高考物理總復(fù)習(xí) 第11章 3講 熱力學(xué)定律與能量守恒定律課件 新人教版

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1、第三講熱力學(xué)定律與能量守恒定律1知道做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式2理解熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，并會(huì)運(yùn)用其解釋有關(guān)現(xiàn)象3掌握能量守恒定律并會(huì)加以運(yùn)用4了解能源的開發(fā)和利用、能源的利用與環(huán)境保護(hù)一、熱力學(xué)第一定律1改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功：在絕熱過程中，外界對(duì)物體做了多少功，物體的內(nèi)能就 多少；物體對(duì)外界做了多少功，物體的內(nèi)能就 多少，即UW.(2)熱傳遞本質(zhì)：熱傳遞過程是物體間 的過程與內(nèi)能變化的關(guān)系：在單純的熱傳遞過程中，物體從外界吸收熱量，物體的內(nèi)能就 ；物體向外界傳遞熱量，物體的內(nèi)能就 增加增加減少減少內(nèi)能轉(zhuǎn)移內(nèi)能轉(zhuǎn)移增加增加減少減少1打氣筒是日常生活中常用的一種工

2、具，當(dāng)我們用打氣筒給自行車打氣的時(shí)候，就是在克服氣體壓力和摩擦力做功打氣的過程中你有沒有試著去摸一下打氣筒的外殼？有什么感覺？打氣筒的溫度升高了，這是怎么回事？提示：做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，做功使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加了，所以溫度升高2熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的 等于外界向它傳遞的 與外界對(duì)它所做 的和(2)表達(dá)式： .(3)符號(hào)法則：內(nèi)能增加量內(nèi)能增加量熱量熱量功功UWQ名稱名稱正值正值負(fù)值負(fù)值U內(nèi)能內(nèi)能 .內(nèi)能內(nèi)能 .Q系統(tǒng)系統(tǒng) 熱量熱量系統(tǒng)系統(tǒng) 熱量熱量W 做功做功 做功做功減少減少增加增加吸收吸收放出放出外界對(duì)物體外界對(duì)物體物體對(duì)外界物體對(duì)外界二、熱力學(xué)第二定律1兩種表述

3、(1)熱傳遞的方向性表述：不可能使熱量由 物體傳到 物體而不引起其他變化(2)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性：不 可 能 從 單 一 熱 庫 吸 收 熱 量 ， 使 之 完 全 變 成 功 ， 而 其他影響低溫低溫高溫高溫不引起不引起2熱量能不能從低溫物體傳遞到高溫物體？提示：能，但不是自發(fā)進(jìn)行，需要引起其他變化內(nèi)能內(nèi)能 機(jī)械能機(jī)械能 100% 三、能量守恒定律1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，或從一個(gè)物體 到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其 2永動(dòng)機(jī)由能量守恒定律知， 永動(dòng)機(jī)不可能制成由熱力學(xué)第二定律知， 永動(dòng)機(jī)不可能制成產(chǎn)生產(chǎn)生消失消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移

4、總量不變總量不變第一類第一類第二類第二類3能源與環(huán)境(1)常規(guī)能源： 、 、 ，常規(guī)能源帶來環(huán)境污染問題，如溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等(2)新能源的開發(fā)：風(fēng)能、水能、太陽能、沼氣、核能等石油石油天然氣天然氣煤煤一、熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用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(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳2“等效”的意義：在改變物體的內(nèi)能上，做功和熱傳遞可以起到同樣的效果，即要使物體改變同樣的內(nèi)能，通過做功或者熱傳遞都可以實(shí)現(xiàn)，若不知道過程我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實(shí)現(xiàn)的這種

5、改變3做功和熱傳遞的本質(zhì)區(qū)別(1)從運(yùn)動(dòng)形式上看：做功是宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)向物體的微觀分子運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化. 熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使不同物體間分子熱運(yùn)動(dòng)變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移(2)從能量的角度看：做功是其他形式的能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移前者能的性質(zhì)發(fā)生了變化，后者能的性質(zhì)不變友情提示：物體的內(nèi)能增加與否，不能單純地只看做功或熱傳遞，兩個(gè)過程需要全面考慮 一定質(zhì)量的氣體分子之間的作用力表現(xiàn)為引力，從外界吸收了4.2105 J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6105 J的功，問：(1)物體的內(nèi)能變化多少？(2)分子勢(shì)能是增加還是減少？(3)分子平均動(dòng)能如何變化？【規(guī)范解答】(1)因氣體從外界

6、吸收熱量，所以Q4.2105 J，氣體對(duì)外做功6105 J，則外界對(duì)氣體做功W6105 J，據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，得U6105 J4.2105 J1.8105 J，所以物體內(nèi)能減少了1.8105 J.(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體的分子勢(shì)能增加了(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少了，而分子勢(shì)能增加了，所以分子平均動(dòng)能必然減少了，且分子平均動(dòng)能的減少量一定大于分子勢(shì)能的增加量【方法歸納】(1)當(dāng)做功和熱傳遞兩種過程同時(shí)發(fā)生時(shí)，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界做功，W為正若與外界絕熱，

7、則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q0.1在如圖所示的坐標(biāo)系中，一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對(duì)該氣體做功為6 J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為9 J圖線AC的反向延長線通過坐標(biāo)原點(diǎn)O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢(shì)能為零求：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對(duì)外界做的功W1和其內(nèi)能的增量U1；(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量U2及其從外界吸收的熱量Q2.解：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，氣體發(fā)生等容變化該氣體對(duì)外界做的功W10根據(jù)熱力學(xué)第一定律有U1W1Q1內(nèi)能的增量U1Q19 J.(2)從狀態(tài)A到

8、狀態(tài)B的過程，體積減小，溫度升高該氣體內(nèi)能的增量U2U19 J根據(jù)熱力學(xué)第一定律有U2W2Q2從外界吸收的熱量Q2U2W23 J.二、熱力學(xué)第二定律的理解與應(yīng)用1對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解(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”的涵義“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“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(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(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)象的宏觀過程都具有方向性2

9、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)設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的不消耗能量卻可以不消耗能量卻可以源源不斷地對(duì)外做源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器功的機(jī)器從單一熱源吸熱，全部從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功而不引起用來對(duì)外做功而不引起其他變化的機(jī)器其他變化的機(jī)器違背規(guī)律違背規(guī)律違背能量守恒，不違背能量守恒，不可能實(shí)現(xiàn)可能實(shí)現(xiàn)不違背能量守恒，違背不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律，不可熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)友情提示：熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達(dá)形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向，指出了

10、一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響所以二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充 如圖所示，為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外(1)下列說法正確的是A熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？【規(guī)范解答】(1)熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和

11、守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C正確，D錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，除非有外界的影響或幫助電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能，故應(yīng)選B、C.(2)由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱從冰箱內(nèi)吸了熱量，同時(shí)消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多答案：(1)BC(2)釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多【方法歸納】涉及熱力學(xué)第二定律的問題分析技巧：(1)理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，清楚熱力學(xué)第二定律的兩種表述形式(2)掌握熱力學(xué)第二定律的一些等效說法如：“第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成”“不可能制成效率為百分之百的熱機(jī)

12、”等2如圖所示的汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸光滑但不漏氣將活塞桿與外界連接并由外力F使其緩慢地向右移動(dòng)，氣體將等溫膨脹并通過桿對(duì)外做功若內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法中正確的是()A氣體是從單一熱源吸收熱量，且全部用來對(duì)外做功，因此該過程違背熱力學(xué)第二定律B氣體不是從單一熱源吸收熱量，盡管全部用來對(duì)外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律C氣體是從單一熱源吸收熱量，且全部用來對(duì)外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D氣體不是從單一熱源吸收熱量，也沒有全部用來對(duì)外做功，因此該過程不違反熱力學(xué)第二定律解析：由于氣體始終通過汽缸與外界接觸，外界溫度不變，活

13、塞桿與外界連接并使其緩慢地右移過程中有足夠時(shí)間的熱交換，所以汽缸內(nèi)的氣體溫度也不變，其內(nèi)能不變，該過程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量全部用來對(duì)外做功才能保證內(nèi)能不變，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律，因?yàn)榇诉^程的發(fā)生有別的變化(即外力對(duì)活塞做功)來維持，如果沒有外力F對(duì)活塞做功，此過程不可能發(fā)生答案：C三、能量守恒定律的理解與應(yīng)用1自然界中能量的存在形式：物體運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能、分子運(yùn)動(dòng)具有分子動(dòng)能、電荷具有電勢(shì)能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)2不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的3某種形式的能減少，一定有其他形式的能

14、增加，且減少量和增加量一定相等4某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等5在利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題時(shí)，要注意先搞清楚過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，分析初、末狀態(tài)，確定E增、E減各為多少，再由E增E減列式計(jì)算友情提示：(1)雖然功與能具有相同的單位，但兩者是完全不同的兩個(gè)概念，在能量守恒定律的表達(dá)式中只存在能量，不存在功(2)能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界中普遍存在的一種規(guī)律，是無條件的，而機(jī)械能守恒定律是有條件的 一輛汽車正在平直的公路上以速度v勻速行駛，此時(shí)汽車的功率為P，已知汽車的總效率為，所使用的汽油的熱值為q(每完全燃燒單位質(zhì)量的燃料產(chǎn)生的熱量叫熱

15、值)，現(xiàn)油箱中還有質(zhì)量為m的汽油(1)下列關(guān)于汽車行駛過程中做功和能量轉(zhuǎn)化情況的說法正確的是A阻力對(duì)汽車做負(fù)功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B汽車行駛時(shí)因能量損失故總能量不守恒C牽引力對(duì)汽車做功，使汽車動(dòng)能增加D合外力對(duì)汽車的功等于汽油燃燒放出的能量(2)汽車還能行使多遠(yuǎn)？(設(shè)汽車的質(zhì)量為M)【思維點(diǎn)撥】先求出剩余汽油燃燒放出的能量，再求出汽車勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，便可求還能勻速行駛的距離，再由動(dòng)能定理求出減速的距離【自主解答】(1)阻力對(duì)汽車做功的過程就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，盡管汽車能量損失，但總能量是守恒的，牽引力對(duì)汽車做正功，汽車動(dòng)能增加，合外力的功等于汽車動(dòng)能的增加，但不等于汽油燃燒放出的能量【誤區(qū)

16、警示】汽車還能行駛的距離應(yīng)包括汽油用完后減速的距離，很多同學(xué)漏掉這一段，而只求出勻速行駛距離s1.3風(fēng)沿水平方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風(fēng)車葉輪上，設(shè)空氣密度為，風(fēng)的動(dòng)能的50%轉(zhuǎn)化為風(fēng)車的動(dòng)能，風(fēng)車帶動(dòng)水車將水提高h(yuǎn)高度，效率為80%.則單位時(shí)間最多可提升的水質(zhì)量m_. A、B兩裝置，均由一支一端封閉、一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中(插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi))，水銀柱上升至圖中所示位置停止假設(shè)這一過程進(jìn)入容器的水銀體積相等，且水銀與外界沒有熱交換，則兩種情況下大氣壓力對(duì)水銀做的功是否相等？哪

17、個(gè)管中的水銀內(nèi)能增量大？ 解：由于水銀與外界沒有熱交換，大氣壓力對(duì)水銀做功，一部分轉(zhuǎn)化為水銀的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)化為水銀的內(nèi)能，兩種情況下管中進(jìn)入的水銀量相等，因此大氣壓力對(duì)進(jìn)入管中的水銀做功相等，圖A管中水銀的重力勢(shì)能比圖B的大，因此A中水銀的內(nèi)能增量比B中小 (2012濟(jì)南質(zhì)檢)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛的休閑零食，如圖為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱，迅速打開容器蓋后，玉米粒就“爆炸”成了爆米花設(shè)當(dāng)?shù)販囟萾127，大氣壓為p0，已知密閉容器打開前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p0.試分析：(1)容器內(nèi)的氣體看做理想氣體，求容器內(nèi)氣體的溫度？(2)假定在一次打開的過程中，容器內(nèi)氣體膨脹對(duì)外界做功15 kJ，并向外釋放了20 kJ的熱量，容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？