202X屆高考物理一輪復習基礎課32熱力學定律與能量守恒課件新人教版

1、基礎課基礎課3232熱力學定律與能量守恒熱力學定律與能量守恒-2-知識點一知識點二知識點三改變物體內能的兩種方式 增加 減少 增加 減少 轉化 轉移 相同 -3-知識點一知識點二知識點三熱力學定律1.熱力學第一定律(1)內容:一個熱力學系統(tǒng)的內能增量外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功之和。 (2)表達式:。 (3)意義:熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能的過程是,而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的。此定律公式是標量式,應用時各量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳。 等于 U=W+Q 等效的 定量關系 -4-知識點一知識點二知識點三2.熱力學第二定律(1)熱力學第二定律的

2、兩種表述按照熱傳遞的方向性可表述為:熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學第二定律的克勞修斯表述。 按照機械能與內能轉化的方向性可表述為: 從單一熱源吸收熱量,使之完全變成功,而不產生其他影響。這是熱力學第二定律的開爾文表述。 (2)熱力學第二定律的微觀意義:一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性的方向進行。 說明:(1)熱力學第二定律的上述兩種表述是等價的,可以從一種表述推導出另一種表述。(2)熱力學第二定律又叫熵增加原理,即在任何自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減少。自發(fā)地 不可能 增大 -5-知識點一知識點二知識點三能量守恒定律1.內容能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只能從一種

3、形式為另一種形式,或者從一個物體到另一個物體,在轉化或轉移的過程中其總量不變。 2.普遍性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律。某一種形式的能是否守恒是,例如機械能守恒定律具有適用條件,而能量守恒定律是,是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。 轉化 轉移 有條件的 無條件的 -6-考點一考點二考點三熱力學第一定律的理解與應用熱力學第一定律的理解與應用(師生共研師生共研)1.對公式U=Q+W中物理量的符號的規(guī)定2.三種特殊情況(1)若過程是絕熱的,則Q=0,W=U,即外界對物體(物體對外界)做的功等于物體內能的增加量(減少量)。(2)等容變化,W=0,Q=U,即物體吸收(放出)的熱量等于物體內能的增加量(減

4、少量)。(3)等溫變化,U=0,則W+Q=0或W=-Q,即外界對物體做的功等于物體放出的熱量(物體對外界做的功等于物體吸收的熱量)。-7-考點一考點二考點三例題(2017全國卷)(多選)如圖所示,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側充有理想氣體,隔板右側與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開,氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸。待氣體達到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來的體積。假設整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是()A.氣體自發(fā)擴散前后內能相同B.氣體在被壓縮的過程中內能增大C.在自發(fā)擴散過程中,氣體對外界做功D.氣體在被壓縮的過程中,外界對氣體做功E.氣體在被壓縮的過程中,氣體分子的平均動能不變

5、答案解析解析關閉由于隔板右側是真空,隔板抽開后,氣體自發(fā)擴散至整個汽缸,并不做功也沒有熱量交換,所以自發(fā)擴散前后內能相同,故選項A正確,選項C錯誤;氣體被壓縮過程中,外界對氣體做功,沒有熱量交換,根據(jù)U=W+Q,氣體的內能增大,故選項B、D正確;氣體被壓縮過程中,溫度升高,分子平均動能增大,故選項E錯誤。 答案解析關閉ABD-8-考點一考點二考點三思維訓練思維訓練一定質量的氣體,在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過程中,吸收熱量280 J,并對外做功120 J,試問:(1)這些氣體的內能怎樣發(fā)生變化?變化了多少?(2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài),并放出了240 J熱量,那么在返回的過程中是氣體對外界做

6、功,還是外界對氣體做功?做功多少?-9-考點一考點二考點三解析 (1)由熱力學第一定律可得U=W+Q=-120 J+280 J=160 J,氣體的內能增加了160 J。(2)由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關,所以氣體從狀態(tài)2回到狀態(tài)1的過程中內能應減少,其減少量應等于從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過程中內能的增加量,則從狀態(tài)2到狀態(tài)1的內能應減少160 J,即U=-160 J,又Q=-240 J,根據(jù)熱力學第一定律得U=W+Q,所以W=U-Q= -160 J-(-240 J)=80 J,即外界對氣體做功80 J。答案 (1)增加160 J(2)外界對氣體做功80 J-10-考點一考點二考點三熱力學第二定律的理解

7、熱力學第二定律的理解(自主悟透自主悟透)1.熱力學第二定律的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成,對周圍環(huán)境不產生熱力學方面的影響,如吸熱、放熱、做功等。在產生其他影響的條件下內能可以全部轉化為機械能,如氣體的等溫膨脹過程。-11-考點一考點二考點三2.熱力學過程的方向性實例 說明:熱力學第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性,進而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方向性。-12-考點一考點二考點三思維訓練思維訓練(多選)關于熱力學定律

8、,以下說法正確的是()A.熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力學中的體現(xiàn),否定了創(chuàng)造和消滅能量的可能性,告訴我們第一類永動機不可能制成B.熱力學第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都具有方向性,告訴我們第二類永動機不可能制成C.做功和熱傳遞都能改變物體的內能,根據(jù)最后的結果可以區(qū)分是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的D.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化,熱力學第二定律指出內能不可能完全轉化為機械能,故二者是相互矛盾的E.熱力學第一定律和熱力學第二定律分別從不同的角度揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程所遵循的規(guī)律,二者相互獨立,又相互補充,都是熱力學的理論基礎 答案解析解析關閉做功和

9、熱傳遞都能改變物體的內能,根據(jù)最后的結果無法判斷是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的,選項C錯誤;熱力學第二定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn),熱力學第二定律則指出了能量轉化的方向性,二者并不矛盾,選項D錯誤。 答案解析關閉ABE-13-考點一考點二考點三熱力學第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應用熱力學第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應用(師生共研師生共研)1.處理方法(1)氣體實驗定律研究對象是一定質量的理想氣體。(2)解決具體問題時,分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵,根據(jù)不同的變化,找出相關的氣體狀態(tài)參量,利用相關規(guī)律解決。(3)對理想氣體,只要體積變化,外界對氣體(或氣體對外界)做功W=p

10、V(壓強一定);只要溫度發(fā)生變化,其內能就發(fā)生變化。(4)結合熱力學第一定律U=W+Q求解問題。-14-考點一考點二考點三2.解題思路 -15-考點一考點二考點三例題(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài),其p-T圖像如圖所示,其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是()A.氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B.氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能C.在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功D.在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功E.在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功 答案解析解析關閉ac延長后過原點,所以ac是等容線,A選項正確;根據(jù)圖像,TaTc,一定量的理想氣體的內能只與溫度有關,溫度越高,內能越大,B選項正確;cd過程中,溫度不變,內能不變,根據(jù)熱力學第一定律U=Q+W,向外界放出的熱量等于外界對氣體做的功,C選項錯誤;在過程da中,U0,即W+Q0,吸收的熱量應大于氣體對外界做的功,D選項錯誤;在過程da中,外界對氣體做的功為W1=pd(Va-Vd)=pdVa-pdVd,d和a壓強相等,所以W1=paVa-pdVd,bc過程中氣體對外界做功W2=pc(Vb-Vc),b、c壓強相同,所以W2=pbVb-pcVc,c和d,a和b溫度相同,所以paVa=pbVb,p