2022屆高考物理第一輪總復(fù)習(xí)-熱力學(xué)定律課件2

第一頁，編輯于星期一：十四點十五分。第一頁，編輯于星期四：二十點四十一分。溫故自查1．內(nèi)能任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量在

的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的

相聯(lián)系．鑒于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以這個物理量必定是系統(tǒng)的一種

，我們稱它是系統(tǒng)的內(nèi)能．兩個狀態(tài)能量功第二頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二頁，編輯于星期四：二十點四十一分。2．內(nèi)能變化和做功的關(guān)系系統(tǒng)由狀態(tài)1絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時，內(nèi)能的增加量

，即絕熱過程中：內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的

．當(dāng)外力做正功時，系統(tǒng)內(nèi)能

，外力做負(fù)功時，系統(tǒng)內(nèi)能

，且內(nèi)能變化量等于外力所做的功．ΔU＝W功增加減少第三頁，編輯于星期一：十四點十五分。第三頁，編輯于星期四：二十點四十一分?？键c精析1．做功改變物體內(nèi)能的過程是將其他形式的能(如機械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化時，內(nèi)能改變了多少用做功的數(shù)值來量度．外界對物體做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少．2．在絕熱過程中，壓縮氣體，外界對氣體做了功，氣體的內(nèi)能增加，氣體內(nèi)能的增加量等于外界對氣體做的功；氣體膨脹，是氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減少，氣體內(nèi)能的減少量等于氣體膨脹對外做的功．第四頁，編輯于星期一：十四點十五分。第四頁，編輯于星期四：二十點四十一分。注意氣體在真空中膨脹時，不會受到來自外界的壓力，屬于自由膨脹，氣體不需要做功.第五頁，編輯于星期一：十四點十五分。第五頁，編輯于星期四：二十點四十一分。溫故自查1．熱傳遞(1)兩個

不同的物體相互接觸時，熱量從

物體傳到

物體．這樣的過程叫做

．(2)熱傳遞有三種方式：

、

和

．溫度高溫低溫?zé)醾鬟f熱傳導(dǎo)熱對流熱輻射第六頁，編輯于星期一：十四點十五分。第六頁，編輯于星期四：二十點四十一分。2．熱和內(nèi)能(1)熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度．當(dāng)系統(tǒng)由狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱過程達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即

.系統(tǒng)吸收了多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就

多少；系統(tǒng)放出了多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就

多少．(2)做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是

的．ΔU＝Q增加減少等效第七頁，編輯于星期一：十四點十五分。第七頁，編輯于星期四：二十點四十一分。考點精析1．熱傳遞(1)熱傳遞的條件：兩物體溫度不同．只要存在溫度差，熱傳遞過程就會進(jìn)行，與原來物體內(nèi)能的多少大小無關(guān)．熱傳遞過程能量可以由內(nèi)能大的物體傳到內(nèi)能小的物體上，也可以由內(nèi)能小的物體傳到內(nèi)能大的物體上．第八頁，編輯于星期一：十四點十五分。第八頁，編輯于星期四：二十點四十一分。(2)熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射熱傳遞的三種方式各有特點．傳導(dǎo)的特點在于沿著物體但不伴之以物質(zhì)的遷移，所以多發(fā)生于固體上；對流則是靠物質(zhì)的流動來傳遞熱，所以對流是液體和氣體特有的傳熱方式；輻射則無需物質(zhì)作為媒介，而是以直線方式向外傳遞的．(3)熱傳遞過程實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)移的過程．第九頁，編輯于星期一：十四點十五分。第九頁，編輯于星期四：二十點四十一分。2．做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的．做功使物體的內(nèi)能改變，是其他形式的能量和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化(不同形式能量間的轉(zhuǎn)化)．熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移(同種形式能量的轉(zhuǎn)移).第十頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十頁，編輯于星期四：二十點四十一分。溫故自查1．熱力學(xué)第一定律當(dāng)外界既對系統(tǒng)做功又對系統(tǒng)傳熱時，內(nèi)能的增量應(yīng)該是ΔU＝

，也就是說，一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和．這個關(guān)系叫做

．W＋Q熱力學(xué)第一定律第十一頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十一頁，編輯于星期四：二十點四十一分。2．能量守恒定律能量既不能憑空

，也不能憑空

，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，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變，這就是能的轉(zhuǎn)化與守恒定律．產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移第十二頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十二頁，編輯于星期四：二十點四十一分?？键c精析1．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時要明確(1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳．第十三頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十三頁，編輯于星期四：二十點四十一分。(2)應(yīng)用此定律前應(yīng)準(zhǔn)確理解各物理量的意義．為方便、準(zhǔn)確，通常規(guī)定各標(biāo)量的正、負(fù)．正、負(fù)的含義如下：ΔU是物體內(nèi)能的增量．當(dāng)物體內(nèi)能增加時取“＋”號，減少時取“－”號．W是外界對系統(tǒng)做的功．當(dāng)外界對系統(tǒng)做功時取“＋”號，當(dāng)系統(tǒng)對外界做功時取“－”號．Q是外界與系統(tǒng)之間傳遞的熱量．當(dāng)外界傳遞給系統(tǒng)熱量(系統(tǒng)吸熱)時取“＋”號，當(dāng)系統(tǒng)向外界傳遞熱量(系統(tǒng)放熱)時取“－”號．第十四頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十四頁，編輯于星期四：二十點四十一分。2．能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的意義(1)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，熱力學(xué)第一定律就是能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在改變物體內(nèi)能這一特定過程中的具體體現(xiàn)．(2)一切違背能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的過程是不可能實現(xiàn)的，能的轉(zhuǎn)化與守恒定律證明永動機不可能制成．(3)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是認(rèn)識自然，改造自然的有力武器，這個定律將廣泛的自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)系起來，使不同領(lǐng)域的科學(xué)工作者有一個共同語言.第十五頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十五頁，編輯于星期四：二十點四十一分。溫故自查1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述表述一：不可能使

由低溫物體傳遞到

而不引起其他

；表述二：不可能從

并把它全部用來對外

而不引起其他變化．2．第二類永動機：只從

吸取熱量，使之全部用來做功，而不引起其他變化的熱機．高溫物體變化熱量單一熱源吸收熱量單一熱源做功第十六頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十六頁，編輯于星期四：二十點四十一分?？键c精析1．熱力學(xué)第二定律的理解(1)熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程(或自然界中實際的宏觀過程)都具有方向性．熱現(xiàn)象是與大量分子的無規(guī)則運動相聯(lián)系的，因此，自然界中存在的凡涉及到與分子熱運動有關(guān)的宏觀過程都是有方向性的．這就是熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)．第十七頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十七頁，編輯于星期四：二十點四十一分。(2)熱力學(xué)第二定律說明自然界中各種不可逆過程都是相關(guān)聯(lián)的，即由某一過程的不可逆性可推出另一過程的不可逆性．(3)熱力學(xué)第二定律已在物理、化學(xué)、生物等自然學(xué)科中有著重要的應(yīng)用，對我們認(rèn)識自然、利用自然有重要的指導(dǎo)意義．第十八頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十八頁，編輯于星期四：二十點四十一分。2．熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系熱力學(xué)第一定律中，摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)化為熱．熱力學(xué)第二定律卻說明這一熱量不可能在不引起其他變化的情況下完全變成功．熱量可以從高溫物體自動傳向低溫物體，而熱力學(xué)第二定律卻說明熱量不能自動從低溫物體傳向高溫物體．熱力學(xué)第一定律說明在任何過程中能量必守恒，熱力學(xué)第二定律卻說明并非所有能量守恒過程均能實現(xiàn)，熱力學(xué)第二定律是反映自然界過程進(jìn)行的方向和條件的一個規(guī)律，它指出自然界中出現(xiàn)的過程是具有方向性的，某些方向的過程可以實現(xiàn)，而另一些方向的過程則不能實現(xiàn)．在熱力學(xué)中，它和第一定律相輔相成，缺一不可.第十九頁，編輯于星期一：十四點十五分。第十九頁，編輯于星期四：二十點四十一分。溫故自查1．如果一個“宏觀態(tài)”對應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個“宏觀態(tài)”是比較

的．2．自發(fā)的過程總是傾向于出現(xiàn)與

對應(yīng)的宏觀態(tài)，因此自發(fā)的過程總是從

向著

發(fā)展的．3．一切自然過程總是沿著分子熱運動的

的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義．無序較多微觀態(tài)有序無序無序性增大第二十頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十頁，編輯于星期四：二十點四十一分。考點精析熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子無序運動狀態(tài)的變化．從微觀看，在功轉(zhuǎn)化為熱的過程中，自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，但其逆過程卻不能自動地進(jìn)行，即不可能由大量分子無規(guī)則的熱運動自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動．從微觀看，熱傳遞的過程中，自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，其逆過程不能自動進(jìn)行．第二十一頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十一頁，編輯于星期四：二十點四十一分。大量分子無序運動狀態(tài)變化的方向總是向無序性增大的方向進(jìn)行，即一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義.第二十二頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十二頁，編輯于星期四：二十點四十一分。溫故自查1．各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過能使地球大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅(qū)動機器做功了．這樣的轉(zhuǎn)化過程叫做“

”．2．各種形式的能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化是微觀領(lǐng)域內(nèi)無序程度較

向無序程度較

的轉(zhuǎn)變，是能

發(fā)生的、

發(fā)生的．能量耗散大自動全額小第二十三頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十三頁，編輯于星期四：二十點四十一分。3．從可被利用的價值來看，內(nèi)能較之機械能、電能等，是一種

的能量．由此可知，能量耗散雖然不會導(dǎo)致能的總量

，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的

，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式．低品質(zhì)減少降低第二十四頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十四頁，編輯于星期四：二十點四十一分?？键c精析1．煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時候，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能．2．能量雖然不會減少但能源會越來越少，所以要節(jié)約能源．第二十五頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十五頁，編輯于星期四：二十點四十一分。命題規(guī)律根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，判斷通過做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能或吸放熱、做功的情況等．第二十六頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十六頁，編輯于星期四：二十點四十一分。[考例1](2009·全國卷Ⅱ)如圖，水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲．氣缸壁和隔板均絕熱．初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等．現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間后切斷電源．當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)平衡時，與初始狀態(tài)相比 ()第二十七頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十七頁，編輯于星期四：二十點四十一分。A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B．左右兩邊氣體溫度都升高C．左邊氣體壓強增大D．右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量[解析]

右邊氣體溫度升高，體積增大，壓強增加，左邊氣體體積減小，壓強增大，溫度也升高，故A項錯誤，B、C項正確；右邊氣體內(nèi)能的增加量小于電熱絲放出的熱量，故D項錯誤．[答案]

BC第二十八頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十八頁，編輯于星期四：二十點四十一分。如圖所示的容器中，A、B各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定，A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱．開始A中水面比B中高，打開閥門，使A中的水逐漸流向B中，最后達(dá)到平衡，在這個過程中 ()第二十九頁，編輯于星期一：十四點十五分。第二十九頁，編輯于星期四：二十點四十一分。A．大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C．大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變D．大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加[解析]

由于水的體積不變，故p0SAhA＝p0SBhB即大氣壓力對A做的正功與B克服大氣壓力做的功相等，故大氣壓力不做功，但水的重力勢能減少了，它轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，故水的內(nèi)能增加了．[答案]

D第三十頁，編輯于星期一：十四點十五分。第三十頁，編輯于星期四：二十點四十一分。命題規(guī)律根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，確定物體內(nèi)能的變化情況．[考例2]重1000kg的氣錘從2.5m高處落下，打在質(zhì)量為200kg的鐵塊上，要使鐵塊的溫度升高40℃以上，氣錘至少應(yīng)落下多少次？設(shè)氣錘撞擊鐵塊時做的功有60%用來使鐵塊溫度升高，且鐵的比熱c＝0.11cal/(g·℃)，g取10m/s2.第三十一頁，編輯于星期一：十四點十五分。第三十一頁，編輯于星期四：二十點四十一分。[解析]

氣錘下落過程中只有重力做功，機械能守恒，因而氣錘撞擊鐵塊時動能為Ek＝mgh＝103×10×2.5J＝2.5×104J由動能定理知氣錘撞擊鐵塊所做的功為W＝Ek－0＝2.5×104J使鐵塊溫度升高的熱量(到40℃)Q＝cmΔt＝0.11×200×103×40(cal)＝3.696×106J設(shè)氣錘下落n次才能使鐵塊溫度升高40℃，由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律有：n·W·η＝Q故氣錘至少要下落247次．[答案]247第三十二頁，編輯于星期一：十四點十五分。第三十二頁，編輯于星期四：二十點四十一分。如圖所示P—V圖中，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過ACB過程至狀態(tài)B，氣體對外做功280J，吸收熱量410J；氣體又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，這一過程中外界對氣體做功220J.求：(1)ACB過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)BDA過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？第三十三頁，編輯于星期一：十四點十五分。第三十三頁，編輯于星期四：二十點四十一分。[解析]

(1)ACB過程中W1＝－280J，Q1＝410J由熱力學(xué)第一定律得UB－UA＝W1＋Q1＝130J故ACB過程內(nèi)能增加，氣體內(nèi)能的變化量為130J.(2)因為一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，BDA過程中氣體內(nèi)能變化量UA－UB＝－130J由題意知W2＝200J由熱力學(xué)第一定律得UA－UB＝W2＋Q2，代入數(shù)值解得Q2＝－330J，即BDA過程中氣體放熱，放出熱量330J.[答案]

(1)增加130J(2)放熱330J第三十四頁，編輯于星期一：十四點十五分。第三十四頁，編輯于星期四：二十點四十一分。命題規(guī)律根據(jù)熱力學(xué)第二定律，判斷有關(guān)說法是否正確．[考例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)，蒸發(fā)器中的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．下列說法中正確的是 ()第三十五頁，