高考物理總復(fù)習(xí) 第13章 第3課時(shí) 熱力學(xué)定律課件

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1、第3課時(shí)熱力學(xué)定律 【導(dǎo)學(xué)目標(biāo)】 1.理解熱力學(xué)第一定律，能運(yùn)用其解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題.2.了解熱力學(xué)第二定律，能運(yùn)用其解釋第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因以及自然界能量轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化的方向性問(wèn)題 一、熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律 基礎(chǔ)導(dǎo)引 1用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做了900 J的功，同時(shí)汽缸向外散熱210 J，汽缸里空氣的內(nèi)能改變了多少？ 【答案】?jī)?nèi)能增加了690 J 【解析】活塞對(duì)空氣做900 J的功，即W900 J，汽缸向外散熱210 J，即Q210 J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：UWQ900 J(210 J)690 J，即內(nèi)能增加了690 J. 2如圖1，在汽缸內(nèi)活塞左邊封閉著一定量

2、的空氣，壓強(qiáng)和大氣壓相同把汽缸和活塞固定，使汽缸內(nèi)空氣升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q1.如果讓活塞可以自由滑動(dòng)(活塞與汽缸間無(wú)摩擦、無(wú)漏氣)，也使汽缸內(nèi)空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為Q2.Q1和Q2哪個(gè)大些？ 圖1 【答案】Q2Q1 【解析】活塞固定時(shí)，缸內(nèi)氣體的體積不變，沒(méi)有做功過(guò)程發(fā)生，空氣吸收的熱量Q1全部用于增加氣體的內(nèi)能，即有Q1U1；活塞不固定時(shí)，溫度升高，氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，氣體壓強(qiáng)仍等于大氣壓，所以氣體體積增大，氣體對(duì)外做功由于溫度升高相同的值，內(nèi)能的增加量與前一過(guò)程相同，也為Q1.根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ2，由于WQ1. 知識(shí)梳理 1物體內(nèi)能的改變 (1)_是其他形

3、式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，內(nèi)能的改變量可用_的數(shù)值來(lái)量度 (2)_是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過(guò)程，內(nèi)能轉(zhuǎn)移量用_來(lái)量度 2熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它_與外界對(duì)它所_的和 (2)表達(dá)式：U_.做功做功做功做功熱傳遞熱傳遞熱量熱量傳遞的熱量傳遞的熱量做的功做的功QW 3能量守恒定律 (1)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變，這就是能量守恒定律 (2)任何違背能量守恒定律的過(guò)程都是不可能的，不消耗能量而對(duì)外做功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 【答案】做功和熱傳遞都可以改

4、變物體的內(nèi)能，做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的但是功和熱量都不是能量的一種形式，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，熱量是在熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的量度功和熱量都是過(guò)程量，只有在能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái) 二、熱力學(xué)第二定律 基礎(chǔ)導(dǎo)引 以下哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生？哪些不能發(fā)生？不能夠發(fā)生的現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律？ A一杯熱茶在打開(kāi)杯蓋后，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱 B蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 C桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動(dòng)分離 D電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 【答案】見(jiàn)解析 【解析】A.不可能因?yàn)槭恰白詣?dòng)”過(guò)程，所以茶變熱時(shí)的內(nèi)能增量只能來(lái)源于周

5、圍環(huán)境，即周圍環(huán)境中的熱量會(huì)自動(dòng)地收集到茶中，違背熱力學(xué)第二定律，所以這是不可能發(fā)生的現(xiàn)象 B不可能蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必定需要做功，即熱蒸汽推動(dòng)活塞做功這一過(guò)程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而產(chǎn)生熱能，另一方面熱蒸汽與周圍環(huán)境存在溫度差，蒸汽機(jī)會(huì)向周圍環(huán)境散熱所以，蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全都轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，違背熱力學(xué)第二定律，是不可能的 C可能渾水變清，泥沙下沉，重心下降，總的重力勢(shì)能減少，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而機(jī)械能百分百轉(zhuǎn)化成內(nèi)能是可能的 D可能冰箱通電后，消耗電能，將箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外 知識(shí)梳理 1兩種表述 (1)第一種表述：熱量不能自動(dòng)地從_物體傳遞到_物體(克勞修斯表述) (2)第二種

6、表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化(開(kāi)爾文表述) 2第二類永動(dòng)機(jī)是指設(shè)想只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)這類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違反了_低溫低溫高溫高溫?zé)崃W(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 【考點(diǎn)解讀】 1熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過(guò)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)系考點(diǎn)一對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用考點(diǎn)一對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用 3.幾種特殊情況 (1)若過(guò)程是絕熱的，則Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量 (2)若過(guò)程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量

7、等于物體內(nèi)能的增加量 (3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ.外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量 【典例剖析】 例1在溫度均勻的液體中，一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地升到液面，上升過(guò)程中氣泡的體積不斷地增大，如將泡內(nèi)氣體看作理想氣體，則氣泡在浮起的過(guò)程中() A放出熱量B吸收熱量 C不吸熱也不放熱D無(wú)法判斷 解析本題選擇氣泡為研究對(duì)象一定質(zhì)量的理想氣體，其內(nèi)能由溫度決定在溫度均勻的液體中，一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地升到液面的過(guò)程中，小氣泡溫度不變，其內(nèi)能增量U0.上升過(guò)程中，由于氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)不斷減小(氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)等于上部液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)與外界大氣壓之和)，所以氣泡體積不斷增

8、大，氣體要對(duì)外做功，即W0.所以氣泡在浮起過(guò)程中，吸收熱量選項(xiàng)B正確 答案B 方法提煉解決有關(guān)熱力學(xué)第一定律問(wèn)題的思路：分析題干確定內(nèi)能改變的方式(Q、W)判斷W、Q的符號(hào)代入公式UQW得出結(jié)論 跟蹤訓(xùn)練1如圖2是壓力保溫瓶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，活塞a與液面之間封閉了一定質(zhì)量的氣體假設(shè)封閉氣體為理想氣體且與外界沒(méi)有熱交換，則向下壓a的過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體() 圖2 A內(nèi)能增大B體積增大 C壓強(qiáng)不變D溫度不變 【答案】A 【解析】本題考查理想氣體的狀態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律，意在考查考生對(duì)理想氣體的狀態(tài)方程及熱力學(xué)第一定律的理解 活塞向下壓，外界對(duì)氣體做功，氣體又與外界沒(méi)有熱交換，由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w內(nèi)能增大

9、，溫度升高，A對(duì)、D錯(cuò)活塞向下壓，氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，B、C錯(cuò) 【考點(diǎn)解讀】 1在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義 (1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響如吸熱、放熱、做功等考點(diǎn)二對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解考點(diǎn)二對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解 2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 3熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例： 特別提醒熱

10、量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但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(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程 4兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器影響的機(jī)器違背能量守恒定律，違背能量守恒定律，不可能制成不可能制成不違背能量守恒定律，違背不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律，不可能制熱力學(xué)第二定律，不可能制

11、成成 【典例剖析】 例2根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法中正確的是() A熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體 B熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體 C機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 解析根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體；當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去，制冷機(jī)(如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止，在這個(gè)過(guò)程中機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)

12、能外界條件發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如在等溫膨脹過(guò)程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外界做的功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確綜上所述，該題的正確答案是B、D. 答案BD 跟蹤訓(xùn)練2關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法正確的是() A能將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)叫作第二類永動(dòng)機(jī) B第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能在不引起其他變化的同時(shí)全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 【答案】AD 【解析】根據(jù)第二類永動(dòng)機(jī)的定義可知A正確

13、第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，而是違反熱力學(xué)第二定律，所以B錯(cuò)誤機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時(shí)可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C錯(cuò)誤、D正確 例3(1)下列說(shuō)法正確的是_ A由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算該種氣體分子的大小 B懸浮在液體中的固體微粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯 C分子間的引力隨分子間距離的增大而增大，分子間斥力隨分子間距離的增大而減小 D根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體14.14.熱力學(xué)定律與理想氣體模型熱力學(xué)定律與理想氣體模型 (2)如圖3所示，汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體，活塞通過(guò)滑輪和一重物連接并保持平衡，已知活塞距缸口0.

14、2 m，活塞面積10 cm2，大氣壓強(qiáng)1.0105 Pa，物重50 N，活塞質(zhì)量及一切摩擦不計(jì)，緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞剛好升到缸口，封閉氣體吸收了60 J的熱量，則封閉氣體的壓強(qiáng)將_(填“增加”“減小”或“不變”)，氣體內(nèi)能變化量為_(kāi) J. 圖3答案答案(1)B(2)不變不變50 方法提煉運(yùn)用熱力學(xué)第一定律確定氣體內(nèi)能的變化，既要分析做功又要分析熱傳遞一般情況下，我們可以根據(jù)氣體體積膨脹還是壓縮來(lái)確定氣體對(duì)外界做功還是外界對(duì)氣體做功，而體積變化往往要根據(jù)狀態(tài)參量之間的關(guān)系來(lái)確定吸熱、放熱則不能根據(jù)溫度的變化來(lái)確定對(duì)于理想氣體，可以直接根據(jù)溫度的變化來(lái)確定內(nèi)能的變化吸、放熱不能直接確定時(shí)，則要

15、放在最后，根據(jù)熱力學(xué)第一定律來(lái)確定必須指出的是，一般來(lái)說(shuō)系統(tǒng)對(duì)外界做功，表現(xiàn)出系統(tǒng)體積膨脹；外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)體積則被壓縮但在某些特定條件下，例如氣體自由膨脹(外界為真空)時(shí)，氣體就沒(méi)有克服外力做功另外，在判斷內(nèi)能變化時(shí)，還必須結(jié)合物態(tài)變化以及能的轉(zhuǎn)化與守恒來(lái)進(jìn)行 跟蹤訓(xùn)練3 (2013深圳一模)如圖4所示，一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，則此過(guò)程中() A氣體的溫度升高 B氣體對(duì)外放熱 C外界對(duì)氣體做功 D氣體分子間平均距離變小 【答案】A 【解析】本題考查了理想氣體的性質(zhì)，意在考查學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律與蓋呂薩克定律的理解和應(yīng)用 理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，由蓋呂薩克定律，體積增大，溫度升高，氣體分子間平均距離變大，則選項(xiàng)A正確，D錯(cuò)誤；體積增大，對(duì)外做功，內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第一定律，WQU，氣體吸熱，則選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤