2014届高考物理人教版一轮总复习配套课件 3-3.2 热力学定律 能量守恒.ppt

1、1.改变物体内能的两种方式分别是、，前者是能量的，后者是能量的，但它们改变内能的相同。2.热力学第一定律（1）内容：一个热学系统的内能增量等于外界向与外界的和。（2）表达式：。3.热力学第二定律表述一：热传导的方向性。表述二：机械能和内能转化过程的方向性。4.由能量守恒定律知，类永动机不可能制成。由热力学第二定律知，类永动机不可能制成。学案2 热力学定律 能量守恒做功热传递转化转移效果它传递的热量对它做的功U=W+Q热量不能自发地从低温物体传到高温物体不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响第一第二考点 1 热力学第一定律1.热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量

2、等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。(2)表达式：UQW(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据。对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义。(3)符号规定W外界对物体做功W0物体对外界做功W0Q物体从外界吸收热量Q 0物体向外界放出热量Q 0U物体内能增加U 0物体内能减少U 02.在U=Q+W中，W表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；Q表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而U=Q+W是能量守恒定律的具体体现。例1 2012年高考广东理综卷景颇族的祖先发明的

3、点火器如图3.3-2-1所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，再次压缩过程中()A.气体温度升高，压强不变B.气体温度升高，压强变大C.气体对外界做正功，气体内能增加D.外界对气体做正功，气体内能减少再次猛推推杆压缩过程中,由热力学第一定律可知，气体与外界没有热交换，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高；由理想气体状态方程有，气体体积变小，温度升高，故压强变大，所以选B。图3.3-2-1B根据热力学第一定律，气体内能增量U=W+Q=800 J-200 J=600 J，对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故A选项正确。例2 图3.3-2-

4、2是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()A.温度升高，内能增加600 J B.温度升高，内能减少200 J C.温度降低，内能增加600 J D.温度降低，内能减少200 JA应用U=Q+W求解时，要把握好符号原则。图3.3-2-21.在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减少_ kJ，空气_(选填“吸收”或“放出”)的总热量_ kJ。295放出第一个过程中，由U=Q+W

5、知，Q=-24 kJ，即放出24 kJ的热量；在第二个过程中放出了5 kJ的热量，因此放出的总热量为29 kJ。2.一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，求：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？(1)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J气体的内能增加了160 J。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态回到状态的过程中内能的增加应等于从状态到状态的过程中内能的减少，则从状态到状态的内

6、能减少了160 J即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功80 J。考点 2热力学第二定律1.在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义。(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向

7、性。热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。(1)高温物体热量Q能自发传给低温物体热量Q不能自发传给(2)做功能自发地将其他形式能完全转化为热不能自发地将内能完全转化为其他形式能(3)气体体积V1能自发膨胀气体体积V2(较大)不能自发收缩(4)不同气体A和B能自发混合成混合气体AB不能自发分离成3.热力学过程方向性的实例由热力学第一定律W+Q=U，知A正确，B错误；由热力学第二定律知，C、D这些过程在借助于外界帮助的情况下是可以实现的，所以C正确、D错误；由自

8、然界中一切与热现象有关的过程都是不可逆的，所以E正确。例3 2012年高考全国新课标理综卷关于热力学定律，下列说法正确的是()A.为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程ACE3.对热力学第二定律，下列理解正确的是()A.自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的C.热量不可能由低温物体传递到高温物体D.第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成B由热力学第二定律可知，热

9、量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C错误；第二类永动机并不违反能量守恒，却违背了热力学第二定律，故A、D错误，B正确。考点 3 能量守恒定律1.能量守恒定律 (1)能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变。不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加

10、量一定相等。(2)条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律。(3)两类永动机第一类永动机不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器。不能制成的原因：违背能量守恒定律。第二类永动机从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器。不能制成的原因：违背了热力学第二定律。由图可知A装置中的玻璃泡位置高于B装置中的玻璃泡，所以A装置的重力势能大，由于过程是绝热的，根据能的转化与守恒可知A中水银的内能增量小，故本题只有B选项正确。例4 A、B两装置，均由一支一端封闭

11、、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至图3.3-2-3所示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是()A.A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B.B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C.A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同D.A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同B图3.3-2-3方法点拨：大气压力对A、B管中的水银所做的功相等，而A中的重力势能增加得多，故其内能增加的少。4.重1 000 kg的气锤从2.5 m高处落下，打

12、在质量为200 kg的铁块上，要使铁块的温度升高40 C以上，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击铁块时做的功有60%用来使铁块温度升高，且铁的比热 c=0.462 J/(gC)，取g=10 m/s2。气锤下落过程中只有重力做功，机械能守恒，因而气锤撞击铁块时动能为 Ek=mgh=103102.5 J=2.5104 J由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为 W=Ek-0=2.5104 J使铁块温度升高所需要的热量（到40）Q=cmt=0.46220010340 J=3.696106 J设气锤下落n次才能使铁块温度升高40，由能的转化和守恒定律有：nW=Q n=Q/W=3.696106/(2.51046

13、0%)=246.4故气锤至少要下落247次。1.夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂。关于这一现象的描述(暴晒过程中内胎容积几乎不变)，下列说法错误的是()A.车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B.在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C.在车胎突然爆裂前的瞬间，气体内能增加D.在车胎突然爆裂后的瞬间，气体内能减少分析题意得：车胎在阳光下暴晒，爆裂前内能增加，气体的温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强变大，所以B和C是正确的，A是错误的；当车胎突然爆裂的瞬间，气体膨胀对外做功，温度也会有所下降，所以气体内能减少

14、，D正确。A2.二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中()A.封闭气体对外界做正功B.封闭气体向外界传递热量C.封闭气体分子的平均动能增大D.封闭气体从外界吸收热量B因为气体的温度不变，所以气体分子的平均动能不变，C错误；当气体体积减小时，外界对气体做功，A错误；由热力学第一定律可得，封闭气体将向外界传递热量，B正确、D错误。3.如图3.3-2-4

15、所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是()A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律由热力学第二定律可知，热量不能自发地由低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助；电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机工作并消耗电能。B图3.3-2-4本题主要考查的是热力学第一定律及温度的微观含义，意在考查对温度微观

16、含义的理解和热力学第一定律的应用。气体膨胀，体积增大对外做功。由热力学第一定律U=W+Q，由于是绝热过程，故气体内能减少，气体温度降低，分子的平均动能减小。4.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图3.3-2-5所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A.对外做正功，分子的平均动能减小B.对外做正功，内能增大C.对外做负功，分子的平均功能增大D.对外做负功，内能减小A图3.3-2-55.电冰箱的制冷是用机械的方式制造人工低温的装置，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循

17、环，实现制冷作用，那么下列说法中正确的是()A.打开电冰箱门让压缩机一直工作，可使室内温度逐渐降低B.在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量C.在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量D.电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律BC电冰箱工作过程中，消耗电能的同时部分电能转化为内能，故室内温度不可能降低，A错误；制冷剂在内管道膨胀吸热，在外管道被压缩放热，B、C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律，D错误。6.如图3.3-2-6所示，导热性能良好的气缸内用活塞封闭一定质量的空气，气缸固定不动，外界温度恒定。一条细线左端连接在活塞上，右端跨过定滑轮后连接在一个小桶上，开始时活塞静止

18、。现在不断向小桶中添加细砂，使活塞缓慢向右移动(活塞始终未被拉出气缸)，忽略气体分子间相互作用，则在活移动过程中，下列说法正确的是()A.气缸内气体的分子平均动能变小B.气缸内气体的压强变小C.气缸内气体向外界放出热量D.气缸内气体从外界吸收热量BD图3.3-2-6因温度不变，所以内能不变，活塞缓慢向右移动，体积变大，压强减小，对外界做功，由热力学第一定律可知必吸收热量，B、D正确。7.根据热力学定律和分子动理论可知，下列说法正确的是()A.可以利用高科技手段，将流散到环境中的内能重新收集起来加以利用而引起其他变化B.理想气体状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小C.

19、布朗运动是液体分子的运动，温度越高布朗运动越剧烈D.利用浅层海水和深层海水之间的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的BD根据热力学第二定律知，机械能可以完全转化为内能，而内能向机械能转化是有条件的，A错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，而气体压强大小宏观上取决于气体的温度与体积，温度升高，若体积增大，气体的压强可能减小，B正确；布朗运动是颗粒的运动而非液体分子的运动，但它反映了液体分子运动的无规则性，温度越高，布朗运动越显著，C错误；利用浅层海水和深层海水之间的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，理论上满足热力学

20、第一、第二定律，这在原理上是可行的，D正确。8.如图3.3-2-7所示，绝热气缸、活塞内封闭一定质量的气体(气体分子间作用力不计)，活塞静止在A位置。现将一个物体轻轻地放在活塞上，活塞静止在B位置。以下说法正确的是()A.活塞在B位置时，气体的温度与在A位置的温度相等B.活塞在B位置时，单位时间内与气缸壁单位面积碰撞的分子数比在A位置时要多C.活塞在B位置时，气体对每个分子对气缸壁的冲力比在A位置时要大D.活塞在B位置时，气体每个分子的平均速率比在A位置时要大B图3.3-2-7活塞由A位置到B位置，外界对气体做功，同时此过程中气体与外界没有热量交换，故有温度升高，A、D错误；气体被压缩，压强增

21、大，B正确，C错误。9.如图3.3-2-8所示，用面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞上放一在砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对气缸缓缓加热使气缸内的空气温度从T1升高到T2，且空气柱的高度增加了l，已知加热时气体吸引的热量为Q，外界大气压强为p0，求：(1)活塞与砝码的压力对气全所做的功；(2)大气压对气体所做的功；(3)此过程中被封闭气体的内能变化了多少？（1）活塞与砝码的压力对气体做负功W1mgl（2）大气压强对气体所做的功W2p0Sl（3）根据热力学第一定律此过程中被封闭气体的内能变化 U=W1+W2+Q=Q-mgl-p0Sl。图3.3-2-810.在一个大气压下，水在沸腾时，1 g水吸收2 263.8 J的热量后由液态变成同温度的气态，其体积由1.043 cm3变成1 676 cm3，求：(1)1 g水所含的分子个数；(2)体积膨胀时气体对外界做的功；(3)气体的内能变化。(大气压强p01.0105 Pa，水的摩尔质量为M18 g/mol，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol-1)(1)1 g水所含的分子个数为n11861023个3.31022个。(2)气体体积膨胀时对外做的功为Wp0V105(1 6761.043)106 J167.5 J。(3)根据热力学第一定律有：UWQ(2 263.8167.5)J2 096.3 J。