物理第十三章 熱學(xué) 第3節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒定律 新人教版

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1、第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律-2-一、熱力學(xué)第一定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1) 做功;(2) 熱傳遞。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傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。(2)表達(dá)式:U= Q+W。-3-二、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,或者是從一個(gè)物體 轉(zhuǎn)移到別的物體,在 轉(zhuǎn)化或 轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變。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。3.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,它違背了 能量守恒定律。-4-三、熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的兩

2、種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能 自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開(kāi)爾文表述:不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而 不產(chǎn)生其他影響?；虮硎鰹椤?第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”。2.用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì) 減小。3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的 無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。4.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了 熱力學(xué)第二定律。-5-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律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

3、熱傳遞之間的定量關(guān)系。2.對(duì)公式U=Q+W符號(hào)的規(guī)定-6-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三3.幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的,則Q=0,W=U,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W=0,則Q=U,物體吸收的熱量等于物體內(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U=0,則W+Q=0或W=-Q,外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例1(2017全國(guó)卷)如圖,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有理想氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開(kāi),氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來(lái)的體積。假

4、設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是()A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中,氣體對(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過(guò)程中,氣體分子的平均動(dòng)能不變 答案解析解析關(guān)閉由于隔板右側(cè)是真空,隔板抽開(kāi)后,氣體自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸,并不做功也沒(méi)有熱量交換,所以自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氣體被壓縮過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功,沒(méi)有熱量交換,根據(jù)U=W+Q,氣體的內(nèi)能增大,故選項(xiàng)B、D正確;氣體被壓縮過(guò)程中,溫度升高,分子平均動(dòng)能增大,故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉ABD-8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)撥要知道氣體在

5、向真空膨脹時(shí)不對(duì)外做功;絕熱狀態(tài)時(shí)Q=0;理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意1.做功看體積:體積增大,氣體對(duì)外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對(duì)氣體做功,W為正。氣體向真空中自由膨脹,對(duì)外界不做功,W=0。2.與外界絕熱,則不發(fā)生熱傳遞,此時(shí)Q=0。3.由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能,所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí),主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練1.(2017北京昌平期末)下列說(shuō)法正確的是()A.物體放出熱量,其內(nèi)能一定減小B.物體對(duì)外做功,其內(nèi)能一定減小C.物體吸收熱量,同時(shí)對(duì)外做功,其內(nèi)能可能增加D.物體放出熱量,

6、同時(shí)對(duì)外做功,其內(nèi)能可能不變 答案解析解析關(guān)閉由熱力學(xué)第一定律U=W+Q可知,物體放熱,Q0,但是W未知,則U不一定小于零,即內(nèi)能不一定減少,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。對(duì)外做功W0,對(duì)外做功W0,則W+Q可為正也可為零或負(fù),即內(nèi)能可能增加或不變或減小,選項(xiàng)C正確。放熱Q0,且對(duì)外做功W0,則UTc,一定量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),溫度越高,內(nèi)能越大,B選項(xiàng)正確;cd過(guò)程中,溫度不變,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=Q+W,向外界放出的熱量等于外界對(duì)氣體做的功,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;在過(guò)程da中,U0即W+Q0,吸收的熱量應(yīng)大于氣體對(duì)外界做的功,D選項(xiàng)錯(cuò)誤;在過(guò)程da中,外界對(duì)氣體做的功為W1=pd(Va-Vd)=

7、pdVa-pdVd,d和a壓強(qiáng)相等,所以W1=paVa-pdVd,bc過(guò)程中氣體對(duì)外界做功W2=pc(Vb-Vc),b、c壓強(qiáng)相同,所以W2=pbVb-pcVc,c和d,a和b溫度相同,所以paVa=pbVb,pdVd=pcVc,W1=W2,E選項(xiàng)正確。 答案解析關(guān)閉ABE-28-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三10.(2016海南卷)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過(guò)程1或者過(guò)程2到狀態(tài)N,其p-V圖象如圖所示。在過(guò)程1中,氣體始終與外界無(wú)熱量交換;在過(guò)程2中,氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對(duì)于這兩個(gè)過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是(填正確答案標(biāo)號(hào))。A.氣體經(jīng)歷過(guò)程1,其溫度降低B.氣體經(jīng)歷過(guò)程1,其內(nèi)能減小C.氣體在過(guò)程2中一直對(duì)外放熱D.氣體在過(guò)程2中一直對(duì)外做功E.氣體經(jīng)歷過(guò)程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過(guò)程2的相同 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉