高考物理二輪專題突破 熱力學定律與能量守恒課件 魯科版 .pptVIP

1 熱力學第一定律 1 改變內(nèi)能的兩種方式 做功 做功可以改變 在絕熱過程中 系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于所做的功 即 熱傳遞 熱傳遞有三種方式 和 熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能 在單純的傳熱過程中 內(nèi)能的增量就等于 即 物體的內(nèi)能 外界對系統(tǒng) u w 熱傳導 熱對流 熱輻射 外界向系統(tǒng)傳遞的熱量 u q 區(qū)別 做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變 但做功是內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生 熱傳遞是不同物體 或一個物體的不同部分 之間內(nèi)能的 2 熱力學第一定律 當外界既對系統(tǒng)做功 又對系統(tǒng)熱傳遞時內(nèi)能的增量 u 也就是說 一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的與外界對它所做的之和 這個關系叫 轉化 轉移 w q 功 熱量 熱力學第一定律 能量守恒定律 能量既不會 也不會 它只能從一種形式為另一種形式 或者從一個物體到另一個物體 而能量的總值 2 熱力學第二定律 1 熱力學第二定律的表述 按照熱傳遞的方向性 表述為 不可能使熱量從物體傳向物體而不引起其他變化 這是熱力學第二定律的克勞修斯表述 消滅 創(chuàng)生 轉化 轉移 保持不變 高溫 低溫 按照機械能與內(nèi)能轉化的方向性 表述為 不可能從單一熱源吸取熱量 使之變?yōu)橛杏霉Χ渌兓?這是熱力學第二定律的開爾文表述 熱力學第二定律的上述兩種表述是的 可以從一種表述推出另一種表述 它揭示了大量分子參與的宏觀過程的 使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有性 完全 不引起 等價 不可逆性 方向 2 熱力學第二定律的微觀意義 一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運動無序程度的方向進行 用熵表示熱力學第二定律 在孤立系統(tǒng)中 一切不可逆過程必然朝著熵的方向進行 不少人也把熱力學第二定律叫做熵增加原理 從微觀角度看 熱力學第二定律是一個 一個孤立系統(tǒng)總是從的狀態(tài)向的狀態(tài)發(fā)展 而熵值較大代表著 所以自發(fā)的宏觀過程總是向的方向發(fā)展 增大 增加 統(tǒng)計規(guī)律 熵小 熵大 較為無序 無序程度增大 3 能源和可持續(xù)發(fā)展能量退降是指各種形式的能最終轉化為 是微觀領域內(nèi)無序程度向無序程度的轉化 是能夠自動 全額發(fā)生的 而內(nèi)能向機械能的轉化是有條件的 即環(huán)境中必須存在著 而且內(nèi)能不能全額轉化為機械能 能量的退降雖然不會使能的總量減少 卻會導致能量品質(zhì)的 內(nèi)能 較小 較大 溫度差 退化 可持續(xù)發(fā)展的核心是追求發(fā)展與資源 環(huán)境的 其中 最重要的兩個方面就是 開發(fā)新能源 包括和 平衡 資源和環(huán)境保護 太陽能 生物質(zhì)能 風能 水流能 考點一熱力學第一定律和能量守恒定律1 熱傳遞的條件兩物體 或同一物體的不同部分 有溫度差 而不是有內(nèi)能差 熱傳遞的結果是達到熱平衡 兩物體的溫度相等 最終兩物體的內(nèi)能不一定相等 2 物體的內(nèi)能及內(nèi)能的變化 1 物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動能和勢能之和 在微觀上由分子數(shù) 分子熱運動劇烈程度和相互作用力決定 宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積 因此 物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量 2 當物體溫度變化時 分子熱運動劇烈程度發(fā)生改變 分子平均動能變化 物體體積變化時 分子間距離變化 分子勢能發(fā)生變化 因此物體的內(nèi)能變化只由初 末狀態(tài)決定 與中間過程及引起變化的方式無關 3 做功與熱傳遞的本質(zhì)區(qū)別做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的 但是有著本質(zhì)的區(qū)別 1 等效 的意義可以理解為 在改變物體的內(nèi)能上可以起到同樣的效果 即要使物體改變同樣的內(nèi)能 通過做功或者熱傳遞都可以實現(xiàn) 若不知道過程 我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實現(xiàn)的這種改變 2 做功和熱傳遞的本質(zhì)區(qū)別 從運動形式上看 做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉化 熱傳遞則是通過分子之間的相互作用 使不同物體間分子熱運動變化 是內(nèi)能的轉移 從能量的角度看 做功是其他形式的能向內(nèi)能的轉化 熱傳遞是內(nèi)能之間的轉移 前者能的性質(zhì)發(fā)生了變化 后者能的性質(zhì)不變 4 表達式 u w q中各量的符號取法 5 對能量守恒定律的理解 1 某種形式的能減少 一定有其他形式的能增加 且減少量與增加量相等 2 某個物體能量減少 一定存在其他物體能量增加 且減少量和增加量一定相等 3 在利用能量轉化與守恒定律解題時 要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉化或轉移 分析初 末狀態(tài) 確定 e增 e減各為多少 再由 e增 e減列式計算 案例1 2010 福建理綜 如圖所示 一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱 即與外界不發(fā)生熱交換 容器中 容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞 今對活塞施以一豎直向下的壓力f 使活塞緩慢向下移動一段距離后 氣體的體積減小 若忽略活塞與容器壁間的摩擦力 則被密封的氣體 填選項前的字母 a 溫度升高 壓強增大 內(nèi)能減少b 溫度降低 壓強增大 內(nèi)能減少c 溫度升高 壓強增大 內(nèi)能增加d 溫度降低 壓強減小 內(nèi)能增加 解析 本題考查熱力學第一定律 一定質(zhì)量氣體溫度 壓強和體積的關系 容器絕熱 活塞對氣體做功 由熱力學第一定律可知 氣體內(nèi)能增加 溫度是分子平均動能的標志 且氣體內(nèi)能增加 故溫度一定升高 對活塞進行受力分析p0s f p氣s 可知 氣體壓強增大 c項正確 答案 c 即時鞏固1 2010 廣東理綜 如圖是密閉的氣缸 外力推動活塞p壓縮氣體 對缸內(nèi)氣體做功800j 同時氣體向外界放熱200j 缸內(nèi)氣體的 a 溫度升高 內(nèi)能增加600jb 溫度升高 內(nèi)能減少200jc 溫度降低 內(nèi)能增加600jd 溫度降低 內(nèi)能減少200j 解析 根據(jù)熱力學第一定律 氣體內(nèi)能增量 u w q 800j 200j 600j 對于一定質(zhì)量的理想氣體 內(nèi)能增加溫度必然升高 故a選項正確 答案 a 案例2 2009 遼寧 寧夏理綜 帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體 氣體開始處于狀態(tài)a 然后經(jīng)過程ab到達狀態(tài)b或經(jīng)過程ac到狀態(tài)c b c狀態(tài)溫度相同 如圖所示 設氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強分別為pb和pc 在過程ab和ac中吸收的熱量分別為qab和qac 則 a pb pc qab qacb pb pc qabqacd pb pc qab qac 答案 c 即時鞏固2 一定質(zhì)量的氣體 從同一個初始狀態(tài)經(jīng)過一個壓縮過程后體積減小為原來的一半 這個壓縮過程可以是等溫的或者是等壓的 已知在等溫壓縮過程中 外界對氣體做功為w1 氣體向外放熱為q1 在等壓壓縮過程中 外界對氣體做功為w2 氣體向外放熱為q2 則 a w1 w2b w1 w2c q1 w2d q2 w2 解析 等溫過程 u 0 由w1 q1 0 得w1 q1 等壓過程中 體積減小 溫度降低 內(nèi)能減少 由w2 q2 u 得q2 w2 u 則q2 w2 故d不對 作出兩種情況下的p v圖知 外界對氣體做的功在數(shù)值上等于圖線與v軸所圍的面積 則w1 w2 b不對 因為w1 q1 所以q1 w2 c不對 答案 a 考點二兩類永動機 熱力學定律的理解1 兩類永動機的比較 2 熱力學過程方向性實例 技巧提示 在有外界影響的條件下 熱量可以從低溫物體傳到高溫物體 如電冰箱 在引起其他變化的條件下 內(nèi)能可以全部轉化為機械能 如氣體的等溫膨脹過程 3 熱力學第一定律和熱力學第二定律的關系熱力學第一定律是和熱現(xiàn)象有關的物理過程中能量守恒的特殊表達形式及熱量與內(nèi)能改變的定量關系 第二定律指出了能量轉化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進行的方向 指出了一切變化過程的自然發(fā)展是不可逆的 除非靠外界影響 所以二者相互聯(lián)系 又相互補充 案例3 2011屆 蘇州測試 1 下列說法中正確的是 a 布朗運動的劇烈程度與溫度有關 所以布朗運動也叫熱運動b 彩色液晶顯示屏是應用液晶在不同電場中對不同顏色的光吸收強度不同制成的c 能量退降說明能量在不斷減少d 熱力學第二定律也可以表述為 氣體向真空的自由膨脹是可逆的 2 將剩有半杯熱水的玻璃杯蓋子旋緊后經(jīng)過一段時間 若玻璃杯蓋子不漏氣 則杯內(nèi)水蒸氣飽和汽壓及杯內(nèi)氣體壓強分別 a 減小增大b 增大減小c 減小減小d 增大增大 3 如圖汽缸放置在水平地面上 缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體 活塞橫截面積為s 外界大氣壓強為p0 汽缸內(nèi)電熱絲熱功率為p 測得通電時間t內(nèi)活塞緩慢向左移動距離為h 汽缸向外界放出熱量為q 不計活塞與汽缸之間的摩擦 則在時間t內(nèi)缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量為 a pt qb pt p0shc pt p0sh qd p0sh q 解析 1 布朗運動是固體顆粒的運動 不是分子的運動 而熱運動是分子永不停息無規(guī)則的運動 二者概念不同 a錯 能量在數(shù)量上是守恒的 但其轉移和轉化卻有方向性 能量退降說明有的能量散失后不能被回收利用了 c d錯 本題選b 2 飽和汽壓隨溫度而改變 溫度升高 飽和汽壓增大 溫度降低 飽和汽壓減小 熱水經(jīng)過一段時間后 溫度降低 水蒸氣飽和汽壓減小 液體分子平均動能減小 單位時間內(nèi)從液面飛出的分子數(shù)減小 杯內(nèi)氣體壓強減小 本題選c 3 外界對系統(tǒng)做的總功為w pt p0sh 同時汽缸向外界放出熱量為q 根據(jù)熱力學第一定律 可得出在時間t內(nèi)缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量 u w q pt p0sh q 本題選c 答案 1 b 2 c 3 c 即時鞏固3 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖 壓縮機工作時 強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán) 在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化 放出熱量到箱體外 下