2020届高考物理总复习教科版课件:选修3-3 第3课时 热力学定律与能量守恒 .pdf
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1、第第3 3课时 热力学定律与能量守恒课时 热力学定律与能量守恒 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、热力学第一定律一、热力学第一定律 1.1.改变物体内能的两种方式改变物体内能的两种方式 (1)(1) : :将其他形式的能转化为内能将其他形式的能转化为内能; ; (2)(2) : :物体间内能的转移物体间内能的转移. . 2.2.热力学第一定律热力学第一定律 (1)(1)内容内容: :一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的 与外界对它与外界对它 所做的功的和
2、所做的功的和. . (2)(2)表达式表达式:U=:U= . . 做功做功 热传递热传递 Q+WQ+W 热量热量 二、热力学第二定律二、热力学第二定律 1.1.热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 (1)(1)克劳修斯表述克劳修斯表述: :不可能把热量从不可能把热量从 传递到高温物体而不产生传递到高温物体而不产生 其他影响其他影响. . (2)(2)开尔文表述开尔文表述: :不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而_ _._. 2.2.用熵的概念表示热力学第二定律用熵的概念表示热力学第二定律 孤立系统的熵总是增加的孤立系统的熵总是
3、增加的, ,或者孤立系统的熵总不或者孤立系统的熵总不 . . 低温物体低温物体 不产生不产生 其他影响其他影响 减小减小 三、能量守恒定律和两类永动机三、能量守恒定律和两类永动机 1.1.能量守恒定律能量守恒定律 能量既不会凭空产生能量既不会凭空产生, ,也不会凭空消失也不会凭空消失, ,它只能从一种形式它只能从一种形式 为另一种为另一种 形式形式, ,或者从一个物体或者从一个物体 到另一个物体到另一个物体, ,在转化或转移的过程中其在转化或转移的过程中其_ 不变不变. . 2.2.两类永动机两类永动机 (1)(1)第一类永动机第一类永动机: :不需要任何不需要任何 和和 , ,却能对外不断做
4、功却能对外不断做功. .违违 背背 , ,因此不可能实现因此不可能实现. . (2)(2)第二类永动机第二类永动机: :从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功, ,而不引起而不引起 其他变化的机器其他变化的机器. .违背违背 , ,不可能实现不可能实现. . 转化转化 转移转移总量总量 动力动力燃料燃料 能量守恒定律能量守恒定律 热力学第二定律热力学第二定律 自主检测自主检测 1.1.思考判断思考判断 (1)(1)做功和热传递的实质是相同的做功和热传递的实质是相同的.(.( ) ) (2)(2)绝热过程中绝热过程中, ,外界压缩气体做功外界压缩气体做功
5、20 J,20 J,气体的内能一定减少气体的内能一定减少.(.( ) ) (3)(3)物体吸收热量物体吸收热量, ,同时对外做功同时对外做功, ,内能可能不变内能可能不变.(.( ) ) (4)(4)在给自行车打气时在给自行车打气时, ,会发现打气筒的温度升高会发现打气筒的温度升高, ,这是因为外界对气体做这是因为外界对气体做 功功.(.( ) ) (5)(5)热机中热机中, ,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化.(.( ) ) 答案答案: :(1)(1) (2)(2) (3)(3) (4)(4) (5)(5) 2 2.(2018.(201
6、8云南昆明质检云南昆明质检)()(多选多选) )二氧化碳是导致二氧化碳是导致“温室效应温室效应”的主要原因之的主要原因之 一一, ,人类在采取节能减排措施的同时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也在研究控制温室气体的新方法, ,目前目前 专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术. .在某次实验中在某次实验中, ,将一定质量的二将一定质量的二 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将容器缓慢移到海水某深处, , 气体体积减小为原来的一半气体体积减小为原来的一半, ,
7、不计温度变化不计温度变化, ,则此过程中则此过程中( ( ) ) A.A.外界对封闭气体对外界做正功外界对封闭气体对外界做正功 B.B.封闭气体向外界传递热量封闭气体向外界传递热量 C.C.封闭气体分子的平均动能增大封闭气体分子的平均动能增大 D.D.封闭气体从外界吸收热量封闭气体从外界吸收热量 E.E.封闭气体的压强增为原来的封闭气体的压强增为原来的2 2倍倍 ABEABE 解析解析: :因为气体的温度不变因为气体的温度不变, ,所以气体分子的平均动能不变所以气体分子的平均动能不变, ,选项选项C C错误错误; ;当气当气 体体积减小时体体积减小时, ,外界对气体做功外界对气体做功, ,选项
8、选项A A正确正确; ;由热力学第一定律可得由热力学第一定律可得, ,封闭气封闭气 体将向外界传递热量体将向外界传递热量, ,选项选项D D错误错误,B,B正确正确, ,由玻意耳定律可知由玻意耳定律可知, ,选项选项E E正确正确. . 3.3.(2018(2018湖北黄冈模拟湖北黄冈模拟)()(多选多选) )关于热力学定律关于热力学定律, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) A.A.为了增加物体的内能为了增加物体的内能, ,必须对物体做功或向它传递热量必须对物体做功或向它传递热量 B.B.对某物体做功对某物体做功, ,必定会使该物体的内能增加必定会使该物体的内能增加 C.C.可
9、能从单一热源吸收热量可能从单一热源吸收热量, ,使之完全变为功使之完全变为功 D.D.不可能使热量从低温物体传向高温物体不可能使热量从低温物体传向高温物体 E.E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 ACEACE 解析解析: :改变内能的方法有做功和热传递两种改变内能的方法有做功和热传递两种, ,所以为了增加物体的内能所以为了增加物体的内能, ,必须对物必须对物 体做功或向它传递热量体做功或向它传递热量, ,选项选项A A正确正确; ;对物体做功的同时向外界放热对物体做功的同时向外界放热, ,则物体的内能则物体的内能 可能不变或减小可能不变或减小, ,选项
10、选项B B错误错误; ;根据热力学第二定律可知根据热力学第二定律可知, ,在对外界有影响的前提下在对外界有影响的前提下, , 可以从单一热源吸收热量可以从单一热源吸收热量, ,使之完全变为功使之完全变为功, ,选项选项C C正确正确; ;在有外界做功的条件下在有外界做功的条件下, , 可以使热量从低温物体传递到高温物体可以使热量从低温物体传递到高温物体, ,选项选项D D错误错误; ;根据热力学第二定律可知根据热力学第二定律可知, ,选选 项项E E正确正确. . 4.4.大气压强为大气压强为p p0 0=1.0=1.010105 5 Pa, Pa,水在水在1 1个大气压下沸腾时个大气压下沸腾
11、时,1 g,1 g水吸收水吸收2 263.8 J2 263.8 J 的热量后由液态变成同温度的气态的热量后由液态变成同温度的气态, ,其体积由其体积由1.043 cm1.043 cm3 3 变成变成1 676 cm1 676 cm3 3, ,则体则体 积膨胀时气体对外界做的功为积膨胀时气体对外界做的功为 J,J,该过程中气体的内能变化为该过程中气体的内能变化为 J.J. 解析解析: :气体体积膨胀对外做功为气体体积膨胀对外做功为 W=pW=p0 0V=10V=105 5(1 676-1.043)(1 676-1.043)1010-6 -6J167.5 J. J167.5 J. 由热力学第一定律
12、得由热力学第一定律得 U=Q+W=2 263.8 J-167.5 J=2 096.3 J.U=Q+W=2 263.8 J-167.5 J=2 096.3 J. 答案答案: :167.5167.5 增加 增加2 096.32 096.3 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 热力学第一定律考点一 热力学第一定律 1.1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是 等效的等效的, ,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系. . 2.2
13、.对公式对公式U=Q+WU=Q+W符号的规定符号的规定 3.3.几种特殊情况几种特殊情况 (1)(1)若过程是绝热的若过程是绝热的, ,则则Q=0,W=U,Q=0,W=U,外界对物体做的功等于物体内能的增外界对物体做的功等于物体内能的增 加量加量. . (2)(2)若过程中不做功若过程中不做功, ,即即W=0,W=0,则则Q=U,Q=U,物体吸收的热量等于物体内能的增物体吸收的热量等于物体内能的增 加量加量. . (3)(3)若过程的初、末状态物体的内能不变若过程的初、末状态物体的内能不变, ,即即U=0,U=0,则则W+Q=0W+Q=0或或W=-Q.W=-Q.外界外界 对物体做的功等于物体放
14、出的热量对物体做的功等于物体放出的热量. . 【典例典例1 1】 在如图所示的坐标系中在如图所示的坐标系中, ,一定质量的某种理想气体先后发生以一定质量的某种理想气体先后发生以 下两种状态变化过程下两种状态变化过程: :第一种变化是从状态第一种变化是从状态A A到状态到状态B,B,外界对该气体做功为外界对该气体做功为 6 J;6 J;第二种变化是从状态第二种变化是从状态A A到状态到状态C,C,该气体从外界吸收的热量为该气体从外界吸收的热量为9 J.9 J.图线图线 ACAC的反向延长线过坐标原点的反向延长线过坐标原点O,B,CO,B,C两状态的温度相同两状态的温度相同, ,理想气体的分子势能
15、理想气体的分子势能 为零为零. .求求: : (1)(1)从状态从状态A A到状态到状态C C的过程的过程, ,该气体对外界做的功该气体对外界做的功W W1 1和其内能的增量和其内能的增量UU1 1; ; 核心点拨核心点拨 (1)AC (1)AC过程为等容过程过程为等容过程,W=0,W=0,则则Q=U.Q=U. 解析解析: :(1)(1)由题意知从状态由题意知从状态A A到状态到状态C C的过程的过程, ,气体发生等容变化气体发生等容变化, ,该气体对该气体对 外界做的功外界做的功W W1 1=0=0 根据热力学第一定律有根据热力学第一定律有UU1 1=W=W1 1+Q+Q1 1 内能的增量内
16、能的增量UU1 1=Q=Q1 1=9 J.=9 J. 答案答案: :(1)0(1)0 9 J9 J (2)(2)从状态从状态A A到状态到状态B B的过程的过程, ,该气体内能的增量该气体内能的增量UU2 2及其从外界吸收的热量及其从外界吸收的热量Q Q2 2. . 核心点拨核心点拨(2)(2)利用利用ABAB和和ACAC过程的初末状态温度相同过程的初末状态温度相同, ,则则UU相同相同, , 再利用热力学第一定律求出再利用热力学第一定律求出Q Q2 2. . 解析解析: :(2)(2)从状态从状态A A到状态到状态B B的过程的过程, ,体积减小体积减小, ,温度升高温度升高 该气体内能的增
17、量该气体内能的增量UU2 2=U=U1 1=9 J=9 J 根据热力学第一定律有根据热力学第一定律有UU2 2=W=W2 2+Q+Q2 2 从外界吸收的热量从外界吸收的热量Q Q2 2=U=U2 2-W-W2 2=3 J.=3 J. 答案答案: : (2)9 J (2)9 J 3 J3 J 反思总结反思总结 判定物体内能变化的方法判定物体内能变化的方法 (1)(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析. . (2)(2)做功情况看气体的体积做功情况看气体的体积: :体积增大体积增大, ,气体对外做功气体对外做功,W,W为负为负; ;体积缩小体积缩
18、小, ,外界外界 对气体做功对气体做功,W,W为正为正. . (3)(3)与外界绝热与外界绝热, ,则不发生热传递则不发生热传递, ,此时此时Q=0.Q=0. (4)(4)如果研究对象是理想气体如果研究对象是理想气体, ,则由于理想气体没有分子势能则由于理想气体没有分子势能, ,所以当它的内所以当它的内 能变化时能变化时, ,主要体现在分子动能的变化上主要体现在分子动能的变化上, ,从宏观上看就是温度发生了变化从宏观上看就是温度发生了变化. . 多维训练多维训练 1.1. 热力学第一定律的理解热力学第一定律的理解 (2015(2015北京卷北京卷,13),13)下列说法正确的是下列说法正确的是
19、( ( ) ) A.A.物体放出热量物体放出热量, ,其内能一定减小其内能一定减小 B.B.物体对外做功物体对外做功, ,其内能一定减小其内能一定减小 C.C.物体吸收热量物体吸收热量, ,同时对外做功同时对外做功, ,其内能可能增加其内能可能增加 D.D.物体放出热量物体放出热量, ,同时对外做功同时对外做功, ,其内能可能不变其内能可能不变 C C 解析解析: :由热力学第一定律由热力学第一定律U=W+QU=W+Q可知可知, ,若物体放出热量若物体放出热量, ,但外界对物体做正但外界对物体做正 功功, ,则则UU不一定为负值不一定为负值, ,即内能不一定减少即内能不一定减少, ,故故A A
20、项错误项错误; ;同理可分析出同理可分析出,B,B项项 和和D D项错误项错误,C,C项正确项正确. . 2.2. 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用 (2017(2017全国全国卷卷,33)(,33)(多选多选) )如图如图, ,一定质量的理一定质量的理 想气体从状态想气体从状态a a出发出发, ,经过等容过程经过等容过程abab到达状态到达状态b,b,再经过等温过程再经过等温过程bcbc到达状态到达状态c,c, 最后经等压过程最后经等压过程caca回到初态回到初态a.a.下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) ABDABD A.A.在过程在过程abab中气体的内能增加中气体的
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