高考物理大一轮复习第十二章选修3-33热力学定律与能量守恒课件.ppt

第十二章选修3 3 第3讲热力学定律与能量守恒 基础梳理1 改变物体内能的两种方式 1 2 2 绝热过程 系统不从外界 也不向外界 3 热传递 热量从 物体传到 物体 热传递有三种方式 和 4 热力学第一定律 一个热力学系统的内能增量等于外界向它 与外界对它 公式为 U 做功 热传递 吸热 放热 高温 低温 热传导 热对流 热辐射 传递的热量 所做的功的和 W Q 5 热力学第二定律的两种表述 1 热量不能自发地从 物体传到 物体 2 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 6 能量守恒定律 能量既不会 也不会 它只能从一种形式 为其他形式 或者从一个物体 到别的物体 在转化或转移的过程中其总量保持不变 低温 高温 凭空产生 凭空消失 转化 转移 7 两类永动机 1 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 违背 因此不可能实现 2 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 违背 因此不可能实现 能量守恒定律 热力学第二定律 1 符号规定 对热力学第一定律的理解 2 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则Q 0 W U 外界对物体做的功等于物体内能的增加 2 若过程中不做功 即W 0 则Q U 物体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 U 0 则W Q 0或W Q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 3 判定物体内能变化的方法 1 当做功和热传递两种过程同时发生时 内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析 2 做功情况看气体的体积 体积增大 气体对外做功 W为负 体积缩小 外界对气体做功 W为正 3 与外界绝热 则不发生热传递 此时Q 0 4 如果研究对象是理想气体 则由于理想气体没有分子势能 所以当它的内能变化时 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 典题演示1 2016 南通一模 如图所示 一轻活塞将体积为V 温度为2T0的理想气体 密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内 已知大气压强为p0 大气的温度为T0 气体内能U与温度T的关系为U aT a为正的常数 在汽缸内气体温度缓慢降为T0的过程中 求 1 气体内能减少量 U 答案 aT0 2 气体放出的热量Q 1 在热力学第二定律中 理解 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 对热力学第二定律的理解 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性 4 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 典题演示2关于永动机和热力学定律的讨论 下列说法中正确的是 A 第二类永动机违反能量守恒定律 因此不可能制成B 热量不可能从低温物体传到高温物体C 由热力学第二定律可以判断宏观物理过程能否自发进行D 做功和热传递都可以改变物体的内能 但从能转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的 解析 第二类永动机不可能制成 是因它违反了热力学第二定律 故A错误 由热力学第二定律知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 故B错误 由热力学第二定律可以判断宏观物理过程能否自发进行 故C正确 做功和热传递都可以改变物体的内能 但方式不同 故D正确 CD 气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 热力学第一定律与气体实验定律的综合 典题演示3 2016 苏锡常镇三模 如图所示 内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置 内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体 已知活塞截面积为S 外界大气压强为p0 缸内气体温度为T1 现对汽缸缓慢加热 使体积由V1增大到V2的过程中 气体吸收的热量为Q1 停止加热并保持体积V2不变 使其降温到T1 求 1 停止加热时缸内的气体的温度 2 降温过程中气体放出的热量 典题演示4 2016 南京最后一卷 如图所示 一定质量的理想气体先从状态A经等容过程到状态B 再经等压过程到状态C 在状态C时气体的体积V 3 0 10 3m3 温度与状态A相同 求气体 1 在状态B时的体积 答案 5 10 3m3 2 在整个过程中放出的热量 答案 600J 2 由题 A C两状态温度 则气体的内能相同 即有 U 0 A B过程 气体发生了等容变化 体积不变 气体不做功 B C过程 气体的体积减小 外界对气体做功为W p V p VB VC 600J 根据热力学第一定律 U Q W得Q U W 0 600J 600J 即在整个过程中放出的热量为600J 1 2015 南通一模 一定质量的理想气体分别在T1 T2温度下发生等温变化 相应的两条等温线如图所示 T2对应的图线上有A B两点 表示气体的两个状态 则 A 温度为T1时气体分子的平均动能比T2时大B A到B的过程中 气体内能增加C A到B的过程中 气体从外界吸收热量D A到B的过程中 气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少 CD 解析 由图象可知T1 T2 温度是分子平均动能的标志 A项错误 一定质量的理想气体的内能只取决于温度 A到B过程温度不变 气体内能不变 B项错误 A到B过程气体的体积变大 气体对外做功 根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量 C项正确 根据气体压强的微观解释知 气体的压强取决于平均动能和气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数 A到B过程气体压强变小 分子平均动能不变 故碰撞次数肯定减少 D项正确 2 2016 新课标全国卷 改编 一定量的理想气体从状态a开始 经历等温或等压过程ab bc cd da回到原状态 其pT图象如图所示 其中对角线ac的延长线过原点O 下列说法中正确的是 A 气体在a c两状态的体积相等B 在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功C 在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功D 在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 AD 3 2016 苏北四市一模 如图所示为一定质量的理想气体等压变化的pT图象 从A到B的过程 该气体内能 填 增大 减小 或 不变 填 吸收 或 放出 热量 解析 一定质量理想气体的内能只取决于温度 从A到B气体内能增大 根据理想气体状态方程可知气体体积变大 由 U W Q得出Q取正值 说明气体吸收热量 增大 吸收 4 2015 常州一模 如图所示 固定在水平地面上的汽缸内封闭了一定质量的理想气体 汽缸和活塞导热性能良好 活塞可无摩擦地自由滑动 外界大气压恒为p 开始时气体的体积为V 环境温度为300K 当环境升高到350K时 该气体的体积为 此过程中 气体的内能增加了E 则气体从外界吸收的热量为 5 2015 南通 扬州 泰州三模 如图所示 内壁光滑的导热汽缸水平放置 一定质量的理想气体被封闭在汽缸内 外界大气压强为p0 温度为T0 现对汽缸缓慢加热 体积由V1增大为V2 此过程气体吸收热量Q1 然后固定活塞 停止加热 封闭气体的温度逐渐降低至与外界大气温度相同 求 1 刚停止加热时封闭气体的温度T 2 停止加热后 封闭气体向外传递的热量Q2 答案 Q1 p0 V2 V1 6 2016 南通 泰州 扬州 淮安二模 一定质量的理想气体经历了如图所示的ABCDA循环 p1 p2 V1 V2均为已知量 已知A状态的温度为T0 求 1 C状态的温度T 2 完成一个循环 气体与外界交换的热量Q 答案 p2 p1 V2 V1