物理學案（新教材粵教版）第十五章第3講熱力學定律與能量守恒定律

第3講熱力學定律與能量守恒定律目標要求1.理解熱力學第一定律，知道改變內(nèi)能的兩種方式，并能用熱力學第一定律解決相關(guān)問題.2.理解熱力學第二定律，知道熱現(xiàn)象的方向性.3.知道第一類永動機和第二類永動機不可能制成．考點一熱力學第一定律能量守恒定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)________；(2)傳熱．2．熱力學第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的_____與外界對它所做的功的和．(2)表達式：ΔU＝________.(3)表達式中的正、負號法則：物理量＋－W________對______做功________對________做功Q物體________熱量物體________熱量ΔU內(nèi)能________內(nèi)能________3.能量守恒定律(1)內(nèi)容能量既不會憑空________，也不會憑空消失，它只能從一種形式________為其他形式，或者從一個物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量________________．(2)條件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有條件的．(例如：機械能守恒)(3)第一類永動機是不可能制成的，它違背了____________________．1．做功和傳熱改變物體內(nèi)能的實質(zhì)是相同的．()2．絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少20J．()3．物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變．()1．熱力學第一定律的理解(1)內(nèi)能的變化常用熱力學第一定律進行分析．(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正．(3)與外界絕熱，則不發(fā)生傳熱，此時Q＝0.(4)如果研究對象是理想氣體，因理想氣體忽略分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化．2．三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界(物體)對物體(外界)做的功等于物體內(nèi)能的增加(減少)；(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收(放出)的熱量等于物體內(nèi)能的增加(減少)；(3)若在過程的初、末狀態(tài)，物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界(物體)對物體(外界)做的功等于物體放出(吸收)的熱量．例1一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功×104J，氣體內(nèi)能減少×105J，則此過程()A．氣體從外界吸收熱量×105JB．氣體向外界放出熱量×105JC．氣體從外界吸收熱量×104JD．氣體向外界放出熱量×104J聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例2(2023·廣東江門市模擬)水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖．從儲水罐充氣口充入氣體，達到一定壓強后，關(guān)閉充氣口，扣動扳機將閥門M打開，水即從槍口噴出．若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體的內(nèi)能_______(選填“變大”“變小”或“不變”)，要______(選填“對外放熱”或“從外吸熱”)．考點二熱力學第二定律1．熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能____________從低溫物體傳到高溫物體．(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“____________永動機是不可能制成的”．2．熱力學第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的____________增大的方向進行．3．第二類永動機不可能制成的原因是違背了熱力學第二定律．1．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功．()2．熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變成機械能而不引起其他變化．()3．熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體．()1．熱力學第二定律的含義(1)“自發(fā)地”指明了傳熱等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能．2．熱力學第二定律的實質(zhì)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．(1)高溫物體eq\o(,\s\up7(熱量Q能自發(fā)傳給),\s\do5(熱量Q不能自發(fā)傳給))低溫物體．(2)功eq\o(,\s\up7(能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為),\s\do5(不能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為))熱．(3)氣體體積V1eq\o(,\s\up7(能自發(fā)膨脹到),\s\do5(不能自發(fā)收縮到))氣體體積V2(較大)．3．兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設(shè)計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律例3(多選)下列說法正確的是()A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵循熱力學第二定律B．自發(fā)的熱傳導是不可逆的C．可以通過給物體加熱而使它運動起來，但不產(chǎn)生其他影響D．氣體向真空膨脹具有方向性聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點三熱力學第一定律與圖像的綜合應(yīng)用1．氣體的狀態(tài)變化可由圖像直接判斷或結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝c分析．2．氣體的做功情況、內(nèi)能變化及吸、放熱關(guān)系可由熱力學第一定律分析．(2)由溫度變化判斷氣體內(nèi)能變化：溫度升高，氣體內(nèi)能增大；溫度降低，氣體內(nèi)能減?。?3)由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q判斷氣體是吸熱還是放熱．(4)在p－V圖像中，圖像與橫軸所圍面積表示氣體對外界或外界對氣體整個過程中所做的功．例4(2023·廣東深圳市調(diào)研)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程ab、bc和ca回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖所示，氣體在狀態(tài)________(填“a”“b”或“c”)的分子平均動能最小，在bc過程中氣體體積________(填“變大”“變小”或“不變”)，在ab過程中，氣體對外界做功________(填“大于”“小于”或“等于”)氣體吸收的熱量．例5(多選)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時壓強為×105Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過程，已知B→C過程中氣體做功絕對值是C→A過程中氣體做功絕對值的3倍，下列說法中正確的是()A．C→A的過程中外界對氣體做功300JB．B→C的過程中氣體對外界做功600JC．整個過程中氣體從外界吸收600J的熱量D．整個過程中氣體從外界吸收450J的熱量聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點四熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用解決熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合問題的思維流程例6(2021·江蘇卷·13)如圖所示，一定質(zhì)量理想氣體被活塞封閉在汽缸中，活塞的面積為S，與汽缸底部相距L，汽缸和活塞絕熱性能良好，氣體的壓強、熱力學溫度與外界大氣相同，分別為p0和T0.現(xiàn)接通電熱絲加熱氣體，一段時間后斷開，活塞緩慢向右移動距離L后停止，活塞與汽缸間的滑動摩擦力為f，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，整個過程中氣體吸收的熱量為Q，求該過程中，(1)內(nèi)能的增加量ΔU；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)最終溫度T.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例7(2023·廣東惠州市博羅中學模擬)魚泡是魚在水中呼吸或進食所形成的，隨著魚嘴一張一閉，魚嘴中的黏液包裹著魚體內(nèi)的空氣上浮到水面(如圖)，有經(jīng)驗的釣友能根據(jù)魚泡判斷出魚的位置．假設(shè)魚在水面下某深度處吐出一魚泡，魚泡直徑為2cm，此處水溫為7℃，當魚泡緩慢上升至水面時，魚泡直徑為3cm，已知水面溫度為27℃，大氣壓為×105Pa，水的密度為×103kg/m3，重力加速度g＝10m/s2，魚泡內(nèi)氣體視為理想氣體．(1)判斷魚在水面下的位置；(2)魚泡在上升的過程中，是向外界放熱還是從外界吸熱？___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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