高考物理总复习课件：12.3.4 热力基础 （粤教版选修3－3）

欢迎进入物理课堂 第三单元热力学基础第4课时热力学基础 选修3 3第十二章热学 基础回顾 1 改变物体内能的两种方式 1 改变物体内能的两种方式 和 2 做功和热传递改变内能是 的 但本质不同 做功是内能与其他形式的能发生 热传递只是内能在不同物体之间的 答案 1 1 做功热传递 2 等效转化转移 2 热力学第一定律 1 内容 当外界跟物体同时发生做功和热传递的过程时 物体内能的增量 U等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和 2 表达式 3 符号法则 外界对物体做功 W取 物体对外界做功 W取 物体吸收热量 Q取 物体放出热量 Q取 物体内能增加 U取 物体内能减少 U取 答案 2 2 U W Q 3 正负正负正负 3 能量守恒定律能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 成为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在转化和转移过程中其总量不变 4 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叫 它违背了 因此 这种机械不可能制造出来 答案 3 转化转移4 第一类永动机能的转化与守恒定律 要点深化 1 做功与热传递的区别做功与热传递本质不同 做功是内能与其他形式的能发生转化 热传递只是内能在不同物体之间的转移 2 内能与热量的区别系统内能的改变是通过做功或热传递两种来完成的 而热量是热传递中的特征物理量 它只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量 用来衡量物体内能的变化的 只有过程才能有热量 就某一状态而言 只有 内能 不能谈到 热量 3 应用热力学第一定律时要明确 1 此定律表达式是标量式 应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳 J 2 应用此定律前应准确理解各物理量的意义 为方便 准确 通常规定各标量的正 负 正 负的含义如下 U是物体内能的增量 当物体内能增加时取 号 减少时取 号 W是外界对系统做的功 当外界对系统做功时取 号 当系统对外界做功时取 号 Q是外界与系统之间传递的热量 当外界传递给系统热量 系统吸热 时取 号 当系统向外界传递热量 系统放热 时取 号 4 热力学第一定律与能量守恒定律的不同意义热力学第一定律是做功 热量和内能之间的定量关系 能量守恒定律则是自然界普遍的规律 包括任何形式的能量转化或转移 总能量都保持不变 可以说热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的应用 基础回顾 1 热力学第二定律的两种表述 1 按热传导的方向性表述为 不可能使热量由 传递到 而不引起其他 2 按机械能与内能转化的方向性表述为 不可能从 并把它全部用来 而不引起其他变化 2 热力学第二定律的实质自然界中自发的热现象的宏观过程都具有 性 答案 1 1 低温物体高温物体变化 2 单一热源吸收热量做功2 方向 3 第二类永动机只从单一热源吸取热量 使之 用来做功 而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机 4 热力学第二定律的微观意义 1 如果一个 宏观态 对应的 微观态 较多 就说这个 宏观态 是比较 的 2 一切与热现象有关的自发的宏观过程 总是从有序向着无序发展的 或者说总是朝着分子热运动状态 的方向进行 这就是热力学第二定律的微观实质 答案 3 全部4 1 无序 2 无序性增加 要点深化 1 热力学第一定律和热力学第二定律的联系与区别热力学第一定律和热力学第二定律从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律 二者相互独立 又相互补充 均为热力学的理论基础 热力学第一定律对自然过程没有任何限制 只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失 反映的是功 热量与内能改变之间的定量关系 热力学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 反映一切与热现象有关的实际宏观过程是不可逆的 2 为什么第二类永动机不可以实现第二类永动机是指从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其它变化的热机 这类机器虽然不违背能的转化与守恒定律 但因为机械能与内能的转化过程具有方向性 热机工作时从高温热源吸收的热量Q 只有一部分用来做功W 转化为机械能 另一部分热量传给低温物体 也就是说热机在工作过程中必然会放出一部分热量 热机用于做功的热量仅是它从高温热源吸收热量的一部分 绝对不是全部 即使没有任何漏气 摩擦 不必要的散热等损失 总有W Q 所以热机的效率达不到100 即第二类永动机是不可能制成的 3 能源与可持续发展 1 各种形式的能量最终转化为内能 流散到周围的环境中 分散在环境中的内能不管数量多么巨大 它也只不过能使地球大气稍稍变暖一点 却再也不能驱动机器做功了 这样的转化过程叫做 能量降退 或叫做 能量耗散 2 煤 石油 天然气等能源储存着高品质的能量 在利用它们的时候 高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能 而且能量虽然不会减少但能源会越来越少 所以要节约能源 如图所示的容器中 A B各有一个可自由移动的轻活塞 活塞下是水 上为空气 大气压恒定 A B底部由带有阀门K的管道相连 整个装置与外界绝热 开始A中水面比B中高 打开阀门 使A中的水逐渐流向B中 最后达到平衡 在这个过程中 A 大气压力对水做功 水的内能增加B 水克服大气压力做功 水的内能减少C 大气压力对水不做功 水的内能不变D 大气压力对水不做功 水的内能增加 解析 由于水的体积不变 故p0SAhA p0SBhB即大气压力对A做的正功与B克服大气压力做的功相等 故大气压力不做功 但水的重力势能减少了 它转化为水的内能 故水的内能增加了 答案 D点评 能的转化和守恒问题要注意挖掘条件 找出不同形式的能量进行分析判断 题型训练 1 水能不产生污染物 是一种清洁能源 位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流速达每秒6000m3 而且是一年四季流量稳定 瀑布落差50m 若利用这一资源发电 设其效率为50 可估算出发电机的输出功率为 A 3 107WB 6 107WC 3 109WD 6 109W 解析 每秒流下的水量m V 6000 103kg 由能的转化和守恒知 mgh 50 Pt式中m取6000 103kg t取1s h 50m 解得 P 3 107W 如图所示 针管封有一定质量的气体 用力压活塞 活塞对针管中的空气做功为3 6 103J 同时气体又对外界放出了1 6 103J的热量 则 A 气体的内能增加了2 0 103JB 气体的内能减少了2 0 103JC 气体的内能增加了5 2 103JD 气体的内能减少了5 2 103J 分析纠错 由热力学第一定律 U W Q得 U 3 6 103J 1 6 103J 2 0 103J U 0 所以气体的内能是增加了 答案 A点评 应用此定律前应准确理解各物理量的意义 注意各标量的正 负 题型训练 2 如右图为焦耳实验装置简图 用绝热性能良好的材料将容器包好 重物下落带动叶片搅拌容器里的水 引起水温升高 关于这个实验 下列说法正确的是 A 这个装置可测定热功当量B 做功增加了水的热量C 做功增加了水的内能D 功和热量是完全等价的 无区别 解析 可通过重力做功与水温升高吸收热量 测定热功当量 做功增加了水的内能 而热量只是热传递过程中内能改变的量度 所以做功与热量是不同的 答案 AC 右图为电冰箱的工作原理示意图 压缩机工作时 强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量 经过冷凝器时致冷剂液化 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 电冰箱的致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二定律 解析 电冰箱的致冷系统在箱内部吸热 压缩机强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 在毛细管道前致冷剂是高压液体 通过干燥过滤后的毛细管道 突然变为较大蒸发器管道 致冷剂压强变小 致冷剂汽化温度降低 从冰箱内吸收热量 在冷凝器管道 也是在冰箱外的管道放出热量 压缩机强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 气体经压缩机后变成高压 也是压缩机对气体做功的过程 致冷剂温度升高 高于外界温度放热 气体液化也放出热量 由此看出 电冰箱的致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 它的工作原理不违反热力学第一定律 也不违反热力学第二定律 答案 BC点评 抓住热力学第二定律的实质 即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性 题型训练 3 用两种不同的金属丝组成一个回路 接触点1插在热水中 接触2点插在冷水中 如图所示 电流计指针会发生偏转 这就是温差发电现象 则 A 这一实验违反了热力学第二定律B 这一实验不违反热力学第二定律C 热水温度降低 冷水温度升高D 能的转化效率等于100 解析 温度差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少 一部分转化为电能 一部分传递给冷水 不违反热力学第二定律 在这个过程中 热水温度降低 冷水温度升高 按热力学第二定律可判断能的转化效率低于100 答案 BC 如果用Q表示物体吸收 或放出 的热量 用W表示物体对内 或对外 做的功 U表示物体增加 或减少 的内能 以下判断不正确的是 A 热力学第一定律可以表达为 U W QB 热力学第一定律也可以表达为Q U WC 若 U 0 则Q W 说明从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功D 若 U 0 W 0 则Q 0 说明物体要放出热量 错解 按课本看 热力学第一定律表达为 U W Q 故不可以表达为Q U W 故A对B错 而根据 U W Q看 若 U 0 则Q W 说明从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功 故C对 Q 0 说明物体要放出热量 D对 故不正确选项为B 分析纠错 热力学第一定律反映了物体增加 或减少 的内能跟对内 或对外 做功及吸热 与放热 之间的关系 这个关系都可以有三种表达式 不过要对表达式各量的正负值进行说明 故AB都对 C项虽然存在Q W的关系 但从现实中不可能从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功 故C错 Q 0 说明物体要吸收热量 故D错 答案 CD 祝 您 学业有成 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全