第15章 第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律目標要求1.理解熱力學(xué)第肯定律，知道轉(zhuǎn)變內(nèi)能的兩種方式，并能用熱力學(xué)第肯定律解決相關(guān)問題.2.理解熱力學(xué)其次定律，知道熱現(xiàn)象的方向性.3.知道第一類永動機和其次類永動機不行能制成．考點一熱力學(xué)第肯定律能量守恒定律1．轉(zhuǎn)變物體內(nèi)能的兩種方式(1)________；(2)傳熱．2．熱力學(xué)第肯定律(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)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________，也不會憑空消逝，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)第一類永動機是不行能制成的，它違反了________________________．1．做功和傳熱轉(zhuǎn)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)能肯定削減20J．()3．物體吸取熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變．()1．熱力學(xué)第肯定律的理解(1)內(nèi)能的變化常用熱力學(xué)第肯定律進行分析．(2)做功狀況看氣體的體積：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)假如爭辯對象是抱負氣體，因抱負氣體忽視分子勢能，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．2．三種特殊狀況(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(削減)；(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸取(放出)的熱量等于物體內(nèi)能的增加(削減)；(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(吸取)的熱量．例1肯定質(zhì)量的抱負氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內(nèi)能削減1.3×105J，則此過程()A．氣體從外界吸取熱量2.0×105JB．氣體向外界放出熱量2.0×105JC．氣體從外界吸取熱量6.0×104JD．氣體向外界放出熱量6.0×104J聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例2(多選)(2021·湖南卷·15(1)改編)如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉肯定質(zhì)量的抱負氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦．在左端活塞上緩慢加細沙，活塞從A下降h高度到B位置時，活塞上細沙的總質(zhì)量為m.在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變．整個過程環(huán)境溫度和大氣壓強p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g.下列說法正確的是()A．整個過程，抱負氣體的分子平均動能保持不變B．整個過程，抱負氣體的內(nèi)能增大C．整個過程，抱負氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)D．左端活塞到達B位置時，外力F等于eq\f(mgS2,S1)聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點二熱力學(xué)其次定律1．熱力學(xué)其次定律的兩種表述(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：不行能從單一熱庫吸取熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“________永動機是不行能制成的”．2．熱力學(xué)其次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．其次類永動機不行能制成的緣由是違反了熱力學(xué)其次定律．1．可以從單一熱源吸取熱量，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．熱量不行能從低溫物體傳給高溫物體．()1．熱力學(xué)其次定律的含義(1)“自發(fā)地”指明白傳熱等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界供應(yīng)能量的掛念．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對四周環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)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(xué)其次定律的實質(zhì)熱力學(xué)其次定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進而使人們生疏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其次類永動機設(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取熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器不行能制成的緣由違反能量守恒定律不違反能量守恒定律，違反熱力學(xué)其次定律例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(xué)其次定律B．自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不行逆的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(xué)第肯定律與圖像的綜合應(yīng)用1．氣體的狀態(tài)變化可由圖像直接推斷或結(jié)合抱負氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C分析．2．氣體的做功狀況、內(nèi)能變化及吸、放熱關(guān)系可由熱力學(xué)第肯定律分析．(1)由體積變化分析氣體做功的狀況：體積膨脹，氣體對外做功；氣體被壓縮，外界對氣體做功．(2)由溫度變化推斷氣體內(nèi)能變化：溫度上升，氣體內(nèi)能增大；溫度降低，氣體內(nèi)能減?。?3)由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q推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(2022·湖北卷·3)肯定質(zhì)量的抱負氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p－V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應(yīng)當線段的中點．下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b是等溫過程B．a(chǎn)→b過程中氣體吸熱C．a(chǎn)→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功聽課記錄：______________________________________________________________例5(多選)如圖所示，肯定質(zhì)量的抱負氣體在狀態(tài)A時壓強為1.5×105Pa，經(jīng)受A→B→C→A的過程，已知B→C過程中氣體做功確定值是C→A過程中氣體做功確定值的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取600J的熱量D．整個過程中氣體從外界吸取450J的熱量聽課記錄：______________________________________________________________考點四熱力學(xué)第肯定律與氣體試驗定律的綜合應(yīng)用解決熱力學(xué)第肯定律與氣體試驗定律的綜合問題的思維流程例6(2021·江蘇卷·13)如圖所示，肯定質(zhì)量抱負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(xué)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，整個過程中氣體吸取的熱量為Q，求該過程中，(1)內(nèi)能的增加量ΔU；(2)最終溫度T.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例7如圖所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽視的活塞，汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的抱負氣體，p0和T0分別為外界大氣的壓強和溫度．已知氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U＝aT，a為正的常量，容器內(nèi)氣體的全部變化過程都是緩慢的，求：(1)缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V1；(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量．____________________________________________________________________