高考历史 第14章 第3节 热力学定律与能量守恒知识研习课件 鲁科版选修33

1热力学第一定律(1)改变内能的两种方式做功：做功可以改变，在绝热过程中，系统内能的增量等于所做的功，即 .热传递：热传递有三种方式：和，热传递也可以改变物体的内能在单纯的传热过程中，内能的增量就等于即.物体的内能物体的内能外界对系统外界对系统UW热传导、热对流热传导、热对流热辐射热辐射外界向系统传递的热量外界向系统传递的热量UQ区别：做功和热传递都能引起系统内能的改变，但做功是内能和其他形式的能发生 ，热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的(2)热力学第一定律当外界既对系统做功，又对系统热传递时内能的增量U.也就是说，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所做的之和，这个关系叫转化转化转移转移WQ功功热量热量热力学第一定律热力学第一定律能量守恒定律：能量既不会，也不会，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体到另一个物体，而能量的总值2热力学第二定律(1)热力学第二定律的表述按照热传递的方向性，表述为：不可能使热量从物体传向 物体而不引起其他变化，这是热力学第二定律的克劳修斯表述消灭消灭创生创生转化转化转移转移保持不变保持不变高温高温低温低温 按照机械能与内能转化的方向性，表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之变为有用功而其他变化这是热力学第二定律的开尔文表述 热力学第二定律的上述两种表述是的，可以从一种表述推出另一种表述，它揭示了大量分子参与的宏观过程的，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性完全完全不引起不引起等价等价不可逆性不可逆性方向方向 (2)热力学第二定律的微观意义 一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度的方向进行 用熵表示热力学第二定律：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵的方向进行不少人也把热力学第二定律叫做熵增加原理 从微观角度看，热力学第二定律是一个：一个孤立系统总是从的状态向的状态发展，而熵值较大代表着 ，所以自发的宏观过程总是向的方向发展增大增大增加增加统计规律统计规律熵小熵小熵大熵大较为无序较为无序无序程度增大无序程度增大3能源和可持续发展能量退降是指各种形式的能最终转化为，是微观领域内无序程度向无序程度的转化，是能够自动、全额发生的，而内能向机械能的转化是有条件的，即环境中必须存在着，而且内能不能全额转化为机械能，能量的退降虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的内能内能较小较小较大较大温度差温度差退化退化可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的 ，其中，最重要的两个方面就是开发新能源，包括和平衡平衡资源和环境保护资源和环境保护太阳能、生物质能、风能太阳能、生物质能、风能水流能水流能考点一热力学第一定律和能量守恒定律1热传递的条件两物体 (或同一物体的不同部分)有温度差，而不是有内能差，热传递的结果是达到热平衡，两物体的温度相等，最终两物体的内能不一定相等 2物体的内能及内能的变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和，在微观上由分子数、分子热运动剧烈程度和相互作用力决定；宏观上体现为物体的温度和体积因此，物体的内能是一个状态量 (2)当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分子平均动能变化物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及引起变化的方式无关 3做功与热传递的本质区别 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但是有着本质的区别 (1)“等效”的意义可以理解为：在改变物体的内能上可以起到同样的效果，即要使物体改变同样的内能，通过做功或者热传递都可以实现，若不知道过程，我们无法分辨出是做功还是热传递实现的这种改变 (2)做功和热传递的本质区别 从运动形式上看：做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化；热传递则是通过分子之间的相互作用，使不同物体间分子热运动变化，是内能的转移 从能量的角度看：做功是其他形式的能向内能的转化；热传递是内能之间的转移前者能的性质发生了变化，后者能的性质不变 4表达式UWQ中各量的符号取法U物体内能增加物体内能增加物体内能减少物体内能减少Q物体从外界吸物体从外界吸收热量收热量物体向外界放出热量物体向外界放出热量W外界对物体做外界对物体做功功物体对外界做功物体对外界做功 5.对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量与增加量相等 (2)某个物体能量减少，一定存在其他物体能量增加，且减少量和增加量一定相等 (3)在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态，确定E增、E减各为多少，再由E增E减列式计算 【案例1】（2011广东理综）图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动.设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（） A.外界对气体做功，气体外界对气体做功，气体内能增大内能增大B.外界对气体做功，气体外界对气体做功，气体内能减小内能减小C.气体对外界做功，气体气体对外界做功，气体内能增大内能增大D.气体对外界做功，气体气体对外界做功，气体内能减小内能减小【解析】因为M、N内被封闭气体体积减小，所以外界对气体做功.由热力学第一定律及M、N内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功，内能一定增加，故A正确，B、C、D错误.【答案】A【即时巩固1】(2010广东理综)如图是密闭的气缸，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 JB温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少200 J【解析】根据热力学第一定律，气体内能增量UWQ800 J200 J600 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【答案】A 【案例2】（2011全国新课标）对于一定量的理想气体，下列说法正确的是_. A.若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B.若气体的内能不变，其状态也一定不变 C.若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大 D.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E.当气体温度升高时，气体的内能一定增大【解析】一定质量的理想气体, =常量,p、V不变，则T不变，分子平均动能不变，又理想气体分子势能为零，故气体内能不变，A项正确；理想气体内能不变，则温度T不变，由=常量知，p及V可以变化，故状态可以变化，B项错误；等压变化过程，温度升高、体积增大，故C错误；由热力学第一定律U=Q+W知，温度每升高1 K，内能增量U一定，而外界对气体做的功W与经历的过程可能有关（如体积变化时），因此吸收的热量与气体经历的过程也有关，D项正确；温度升高，平均动能增大，分子势能不变，内能一定增大，E项正确. pVTpVT【答案【答案】A、D、E【即时巩固2】（2011福建理综）一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则该理想气体的_.（填选项前的字母） A.温度降低，密度增大 B.温度降低，密度减小 C.温度升高，密度增大 D.温度升高，密度减小 【解析】由U=W+Q可得理想气体内能变化U=-1.0104 J+2.5104 J=1.5 104 J0，故温度升高，A、B两项均错.因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由=m/V可知密度变小，故C项错误，D项正确. 【答案】D考点二两类永动机、热力学定律的理解1两类永动机的比较第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机不消耗能量却可以源源不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器不断地对外做功的机器从单一热源吸热，全部从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其用来对外做功而不引起其他变化的机器他变化的机器违背能量守恒，不可能违背能量守恒，不可能实现实现不违背能量守恒，但违不违背能量守恒，但违背热力学第二定律，不可背热力学第二定律，不可能实现能实现 2.热力学过程方向性实例【技巧提示】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 3热力学第一定律和热力学第二定律的关系 热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能改变的定量关系 第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响 所以二者相互联系，又相互补充【案例3】(1)下列说法中正确的是_A布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫热运动B彩色液晶显示屏是应用液晶在不同电场中对不同颜色的光吸收强度不同制成的C能量退降说明能量在不断减少D热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是可逆的 (2)将剩有半杯热水的玻璃杯盖子旋紧后经过一段时间，若玻璃杯盖子不漏气，则杯内水蒸气饱和汽压及杯内气体压强分别_ A减小增大 B增大减小 C减小减小 D增大增大 (3)如图汽缸放置在水平地面上，缸内封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0，汽缸内电热丝热功率为P，测得通电时间t内活塞缓慢向左移动距离为h，汽缸向外界放出热量为Q，不计活塞与汽缸之间的摩擦，则在时间t内缸内气体内能的变化量为_APtQ BPtp0ShCPtp0ShQ Dp0ShQ【解析】(1)布朗运动是固体颗粒的运动，不是分子的运动，而热运动是分子永不停息无规则的运动，二者概念不同，A错；能量在数量上是守恒的，但其转移和转化却有方向性，能量退降说明有的能量散失后不能被回收利用了，C、D错本题选B.(2)饱和汽压随温度而改变，温度升高，饱和汽压增大，温度降低，饱和汽压减小热水经过一段时间后，温度降低，水蒸气饱和汽压减小，液体分子平均动能减小，单位时间内从液面飞出的分子数减小，杯内气体压强减小本题选C.(3)外界对系统做的总功为WPtp0Sh，同时汽缸向外界放出热量为Q，根据热力学第一定律，可得出在时间t内缸内气体内能的变化量UWQPtp0ShQ.本题选C.【答案】(1)B(2)C(3)C【即时巩固3】如图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，是自发地将热量从低温物体传给高温物体C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律【解析】由热力学第二定律可知，热量不能自发地从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，需要压缩机的帮助并消耗电能，正确答案是C.【答案】C