高考物理总复习 第8章第二节 热力学定律及能量守恒 气体课件 大纲版

第二节热力学定律及能量第二节热力学定律及能量守恒气体守恒气体第二节第二节热力学定律及能量热力学定律及能量守恒守恒气体气体基础知识梳理基础知识梳理课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练基础知识梳理基础知识梳理一、热力学定律一、热力学定律1热力学第一定律热力学第一定律(1)内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功做的功W加上物体从外界吸收的热量加上物体从外界吸收的热量Q等于物体等于物体_的增加的增加U.(2)表达式：表达式：U _.内能内能WQ2热力学第二定律热力学第二定律两种表述：两种表述：(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而而_ (2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而做功，而_3热力学第三定律热力学第三定律(1)内容：热力学零度不可达到内容：热力学零度不可达到(2)热力学温度热力学温度T与摄氏温度与摄氏温度t的关系：的关系：Tt_K.不引起其他变化不引起其他变化不引起其他变化不引起其他变化273.154两类永动机两类永动机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用来对外做功而不引起其他变化的机器其他变化的机器违背能量守恒定律，不违背能量守恒定律，不可能实现可能实现违背热力学第二定律，违背热力学第二定律，不可能实现不可能实现二、能量守恒定律二、能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能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别的形式，或者从一个物体转从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，其总量移到别的物体，在转化或转移的过程中，其总量不变不变三、气体的状态参量三、气体的状态参量1温度温度(1)宏观上：表示物体的宏观上：表示物体的_程度程度(2)微观上：表示气体分子无规则热运动的微观上：表示气体分子无规则热运动的_程度程度冷热冷热激烈激烈(3)温标：常用的温标有温标：常用的温标有_和摄氏和摄氏温标温标2体积体积(1)宏观上：容纳气体的宏观上：容纳气体的_ (2)微观上：气体分子所能达到的微观上：气体分子所能达到的_ (3)单位：国际单位为单位：国际单位为m3，且，且1 m3103 dm3 _ cm3.热力学温标热力学温标体积体积空间空间1063压强压强(1)宏观上：器壁单位面积上受到的宏观上：器壁单位面积上受到的_(2)微观上：大量气体分子单位时间作用在单位面微观上：大量气体分子单位时间作用在单位面积上的积上的_ (3)单位：国际单位为帕，符号为单位：国际单位为帕，符号为Pa，且，且1 atm _ Pa76 cmHg.(4)大小决定因素大小决定因素宏观上：气体的宏观上：气体的_ 、 _和物质的量和物质的量微观上：单位体积内的分子数和微观上：单位体积内的分子数和_冲力冲力冲量冲量1.013105温度温度体积体积分子平均动能分子平均动能名师点拨：名师点拨：一定质量的气体，一定质量的气体，p与与T、V有关三有关三个参量中不可能只有一个参量发生变化，至少个参量中不可能只有一个参量发生变化，至少有两个或三个同时改变有两个或三个同时改变四、气体分子动理论四、气体分子动理论1气体分子运动的特点：由于气体分子间距大，气体分子运动的特点：由于气体分子间距大，气体分子的大小可以忽略，分子间的作用力很气体分子的大小可以忽略，分子间的作用力很小，也可以忽略因此，除分子间及分子与器小，也可以忽略因此，除分子间及分子与器壁间碰撞外，分子间无相互作用力，所以不计壁间碰撞外，分子间无相互作用力，所以不计_ ，气体的内能只与气体的物质的量，气体的内能只与气体的物质的量和和_有关，分子处于自由运动状态有关，分子处于自由运动状态分子势能分子势能温度温度2气体分子运动的统计规律气体分子运动的统计规律(1)气体分子沿各个方向运动的机会气体分子沿各个方向运动的机会(机率机率)_ (2)大量气体分子的速率分布呈现大量气体分子的速率分布呈现_(中等速中等速率的分子数目多率的分子数目多)、_(速率大或小的分子数速率大或小的分子数目少目少)的规律的规律(3)当温度升高时，当温度升高时，“中间多中间多”的这一的这一“高峰高峰”向向_的一方移动，即速率大的分子数目增多，的一方移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率速率小的分子数目减少，分子的平均速率_，但不是每个气体分子的速率均增大但不是每个气体分子的速率均增大均等均等中间多中间多两头少两头少速率大速率大增大增大名师点拨：名师点拨：理想气体是实际气体在一定条件下理想气体是实际气体在一定条件下近似的一种物理模型，在温度不太低、压强不近似的一种物理模型，在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可当成理想气体来处太大的情况下，实际气体可当成理想气体来处理，理想气体没有分子势能，内能只由温度和理，理想气体没有分子势能，内能只由温度和气体物质的量来决定气体物质的量来决定课堂互动讲练课堂互动讲练一、对热力学第一定律的理解一、对热力学第一定律的理解1由由UQW，可知改变物体的内能有两种，可知改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，只考虑其中之一无法确方式：做功和热传递，只考虑其中之一无法确定内能的变化定内能的变化2在在UQW中，中，W表示做功情况，说明内表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；能和其他形式的能可以相互转化；Q表示吸热或表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而另一个物体，而UQW是能量守恒定律的是能量守恒定律的具体体现具体体现3对公式对公式UQW符号的规定符号的规定符号符号WQU外界对物体做外界对物体做功功物体吸收热物体吸收热量量内能增加内能增加物体对外界做物体对外界做功功物体放出热物体放出热量量内能减少内能减少4.几种特殊情况几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对，外界对物体做的功等于物体内能的增加物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中不做功，即若过程中不做功，即W0，则，则QU，物体，物体吸收的热量等于物体内能的增加吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则，则WQ0或或WQ，外界对物体做的功，外界对物体做的功等于物体放出的热量等于物体放出的热量特别提醒：特别提醒：(1)应用热力学第一定律时要明确研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、负也同样依照规则则代入数据对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义来解释其意义1.(2010年高考广东理综卷年高考广东理综卷)图图821是密闭的是密闭的汽缸，外力推动活塞汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做压缩气体，对缸内气体做功功800 J，同时气体向外界放热，同时气体向外界放热200 J，缸内气体，缸内气体的的()A温度升高，内能增加温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少温度降低，内能减少200 J即时应用即时应用图图821解析：解析：选选A.对一定质量的气体，由热力学第一对一定质量的气体，由热力学第一定律定律UWQ可知，可知，U800 J(200 J)600 J，U为正表示内能增加了为正表示内能增加了600 J，对气体，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项平均动能增加，温度升高，选项A正确正确二、对热力学第二定律的理解二、对热力学第二定律的理解1在热力学第二定律的表述中，在热力学第二定律的表述中，“自发地自发地”、“不产生其他影响不产生其他影响”的涵义的涵义(1)“自发地自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的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)“不产生其他影响不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏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实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量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到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性有方向性3热力学过程方向性实例热力学过程方向性实例特别提醒：特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到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能，如气体的等温膨胀过程2.(2011年安徽合肥模拟年安徽合肥模拟)地球上有很多的海水，地球上有很多的海水，它的总质量约为它的总质量约为1.41018吨，如果这些海水的吨，如果这些海水的温度降低温度降低0.1 ，将要放出，将要放出5.81023焦耳的热量，焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是成的，其原因是()即时应用即时应用A内能不能转化成机械能内能不能转化成机械能B内能转化成机械能不满足热力学第一定律内能转化成机械能不满足热力学第一定律C只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律的机器不满足热力学第二定律D上述三种原因都不正确上述三种原因都不正确解析：解析：选选C.内能可以转化成机械能，如热机，内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，一定律，即能量守恒定律，B错误；热力学第二错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正正确确三、热力学第一定律与气态变化三、热力学第一定律与气态变化1气体的温度、压强、体积间的关系气体的温度、压强、体积间的关系一定质量的气体，如果三个状态参量都不变，一定质量的气体，如果三个状态参量都不变，则该气体处于一定的状态三个状态参量可以则该气体处于一定的状态三个状态参量可以同时变化，也可以是其中一个参量保持不变，同时变化，也可以是其中一个参量保持不变，其他两个参量发生变化，只有一个状态参量发其他两个参量发生变化，只有一个状态参量发生变化是不可能的当一个参量不变时，另两生变化是不可能的当一个参量不变时，另两个参量的关系为：个参量的关系为：(1)温度不变：分子的平均动能不变，若体积减温度不变：分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积内分子数目增多，气体的压强增小，单位体积内分子数目增多，气体的压强增加加(2)体积不变：单位体积内的分子数目不变，温体积不变：单位体积内的分子数目不变，温度升高，分子的平均动能增加，气体的压强增度升高，分子的平均动能增加，气体的压强增加加(3)压强不变：温度升高，气体分子的平均动能压强不变：温度升高，气体分子的平均动能增加，只有气体的体积增大，单位体积内的分增加，只有气体的体积增大，单位体积内的分子数减少，才可保持气体的压强不变子数减少，才可保持气体的压强不变(3)由气体体积变化情况分析做功情况，气体体由气体体积变化情况分析做功情况，气体体积增大，气体对外做功，气体体积减小，外界积增大，气体对外做功，气体体积减小，外界对气体做功然后由热力学第一定律对气体做功然后由热力学第一定律UQW确定热量确定热量Q的正、负，判断出吸热、放热的正、负，判断出吸热、放热3.封闭在汽缸内的一定质量的气体，如果保持气封闭在汽缸内的一定质量的气体，如果保持气体的温度不变，当体积增大时，以下说法正确体的温度不变，当体积增大时，以下说法正确的是的是()A气体的压强增大气体的压强增大B气体的密度减小气体的密度减小C气体分子的平均动能减小气体分子的平均动能减小D每秒撞击单位面积器壁的气体分子个数减少每秒撞击单位面积器壁的气体分子个数减少即时应用即时应用解析：解析：选选BD.从微观角度来说，气体的压强大小从微观角度来说，气体的压强大小与气体分子的个数、密度有关，与分子热运动与气体分子的个数、密度有关，与分子热运动的速率有关，所以温度越高，体积越小，气体的速率有关，所以温度越高，体积越小，气体的压强就越大，当温度不变时，体积增大，气的压强就越大，当温度不变时，体积增大，气体的密度变小，气体的压强变小，体的密度变小，气体的压强变小，B正确，正确，A不不正确温度是分子平均动能大小的标志，故温正确温度是分子平均动能大小的标志，故温度不变，气体分子的平均动能不变，度不变，气体分子的平均动能不变，C错由于错由于气体的密度减小，在分子速率不变时，每秒撞气体的密度减小，在分子速率不变时，每秒撞击单位面积器壁的气体分子个数减少，击单位面积器壁的气体分子个数减少，D正确正确经典题型探究经典题型探究热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用 (2010年高考重庆理综卷年高考重庆理综卷)给旱区送水的给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体势能，则胎内气体()A从外界吸热从外界吸热 B对外界做负功对外界做负功C分子平均动能减小分子平均动能减小 D内能增加内能增加【解析解析】缓慢放水过程中，胎内气体体积增缓慢放水过程中，胎内气体体积增大、温度不变，内能不变，由于不计分子势能，大、温度不变，内能不变，由于不计分子势能，故分子平均动能不变，选项故分子平均动能不变，选项C、D错误；由体积错误；由体积增大可知气体对外界做功，或克服外界做功，增大可知气体对外界做功，或克服外界做功，选项选项B错误由热力学第一定律可知气体从外界错误由热力学第一定律可知气体从外界吸热，选项吸热，选项A正确正确【答案答案】A【规律总结规律总结】(1)气体体积与做功相关：体积气体体积与做功相关：体积增大，气体对外界做功；体积减小，外界对气增大，气体对外界做功；体积减小，外界对气体做功体做功(气体向其空中膨胀，不做功气体向其空中膨胀，不做功)(2)气体温度与内能相关，温度升高，内能增大，气体温度与内能相关，温度升高，内能增大，温度降低，内能减小温度降低，内能减小变式训练变式训练(2011年丰台区模拟年丰台区模拟)如图如图822所示，导热良所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，外界温度为好的汽缸内封闭一定质量的气体，外界温度为T1，大气压强为，大气压强为p0.现保持现保持p0不变，使外界温度不变，使外界温度下降到下降到T2，经过一段时间活塞重新平衡，不计，经过一段时间活塞重新平衡，不计摩擦，活塞不漏气，则该过程中摩擦，活塞不漏气，则该过程中()图图822A外界对气体做功，气体放热，内能减少外界对气体做功，气体放热，内能减少B分子平均动能减少分子平均动能减少C气体分子在单位时间内碰撞单位面积的次数气体分子在单位时间内碰撞单位面积的次数增多增多D气体分子在单位时间内碰撞单位面积的次数气体分子在单位时间内碰撞单位面积的次数减少减少答案：答案：ABC 图图823为电冰箱的工作原理示意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，放出热量到箱体外出热量到箱体外热力学第二定律的应用热力学第二定律的应用图图823(1)下列说法正确的是下列说法正确的是_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量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律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电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？放到外界的热量相比，有怎样的关系？【解析解析】(1)热力学第一定律是热现象中内能热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，正确，D错误；错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低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，故应选部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故应选B、C.(2)由热力学第一定律可知，电冰箱从冰箱内吸由热力学第一定律可知，电冰箱从冰箱内吸收热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量收热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多比从冰箱内吸收的热量多【答案答案】(1)BC(2)见解析见解析