高二物理课件 10.4 《热力学第二定律》 3（人教选修3-3）

欢迎进入物理课堂 气体的状态参量热力学第二定律 一 气体的状态参量及状态参量 1 温度 宏观上表示物体的冷热程度 在微观上是分子平均动能的标志 热力学温度是国际单位制中的基本量之一 符号T 单位K 开尔文 摄氏温度是导出单位 符号t 单位 摄氏度 关系是t T T0 其中T0 273 15K 摄氏度不再采用过去的定义 两种温度间的关系可以表示为 T t 273 15K和 T t 要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的 0K是低温的极限 它表示所有分子都停止了热运动 可以无限接近 但永远不能达到 2 体积 气体总是充满它所在的容器 所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积 3 压强 气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的 绝不能用气体分子间的斥力解释 一般情况下不考虑气体本身的重量 所以同一容器内气体的压强处处相等 但大气压在宏观上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力而引起的 例如在估算地球大气的总重量时可以用标准大气压乘以地球表面积 压强的国际单位是帕 符号Pa 常用的单位还有标准大气压 atm 和毫米汞柱 mmHg 它们间的关系是 1atm 1 013 105Pa 760mmHg 1mmHg 133 3Pa 二 气体分子动理论 1 气体分子运动的特点是 气体分子间的距离大约是分子直径的10倍 分子间的作用力十分微弱 通常认为 气体分子除了相互碰撞或碰撞器壁外 不受力的作用 每个气体分子的运动是杂乱无章的 但对大量分子的整体来说分子的速率分布规律遵从统计规律 在一定温度下 某种气体的分子速率分布是确定的 可以求出这个温度下该种气体分子的平均速率 2 用分子动理论解释气体压强的产生 气体压强的微观意义 气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的 压强的大小跟两个因素有关 气体分子的平均动能 分子的密集程度 3 气体的体积 压强 温度间的关系 新大纲只要求定性介绍 一定质量的气体 在温度不变的情况下 体积减小 压强增大 体积增大时 压强减小 一定质量的气体 在压强不变的情况下 温度升高 体积增大 一定质量的气体 在体积不变的情况下 温度升高 压强增大 恒量 4 气体压强的计算 气体压强的确定要根据气体所处的外部条件 往往需要利用跟气体接触的液柱和活塞等物体的受力情况和运动情况计算 三 热力学第二定律 1 表述 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而不引起其他变化 按热传导的方向性表述 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 按机械能和内能转化过程的方向性表述 第二类永动机是不可能制成的 2 热力学第二定律使人们认识到 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性 使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律 3 能量耗散 自然界的能量是守恒的 但是有的能量便于利用 有些能量不便于利用 很多事例证明 我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用 这种现象叫做能量的耗散 它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性 例一 右图中两个气缸的质量均为M 内部横截面积均为S 两个活塞的质量均为m 左边的气缸静止在水平面上 右边的活塞和气缸竖直悬挂在天花板下 两个气缸内分别封闭有一定质量的空气A B 大气压为p0 求封闭气体A B的压强各多大 求气体压强要以跟气体接触的物体为对象进行受力分析 在本题中 可取的研究对象有活塞和气缸 两种情况下活塞和气缸的受力情况的复杂程度是不同的 第一种情况下 活塞受重力 大气压力和封闭气体压力三个力作用 而且只有气体压力是未知的 气缸受重力 大气压力 封闭气体压力和地面支持力四个力 地面支持力和气体压力都是未知的 要求地面压力还得以整体为对象才能得出 因此应选活塞为对象求pA 同理第二种情况下应以气缸为对象求pB 得出的结论是 例二 右图中气缸静止在水平面上 缸内用活塞封闭一定质量的空气 活塞的的质量为m 横截面积为S 下表面与水平方向成 角 若大气压为p0 求封闭气体的压强p 解 以活塞为对象进行受力分析 关键是气体对活塞的压力方向应该垂直与活塞下表面而向斜上方 与竖直方向成 角 接触面积也不是S而是S1 S cos 因此竖直方向受力平衡方程为 pS1cos mg p0S 得p p0 mg S 结论跟 角的大小无关 例三 竖直平面内有右图所示的均匀玻璃管 内用两段水银柱封闭两段空气柱a b 各段水银柱高度如图所示 大气压为p0 求空气柱a b的压强各多大 解 从开口端开始计算 右端为大气压p0 同种液体同一水平面上的压强相同 所以b气柱的压强为pb p0 g h2 h1 而a气柱的压强为pa pb gh3 p0 g h2 h1 h3 此类题求气体压强的原则就是从开口端算起 一般为大气压 沿着液柱在竖直方向上 向下加 gh 向上减 gh即可 h为高度差 例四 两端封闭的均匀直玻璃管竖直放置 内用高h的汞柱把管内空气分为上下两部分 静止时两段空气柱的长均为L 上端空气柱压强为p1 2 gh 为水银的密度 当玻璃管随升降机一起在竖直方向上做匀变速运动时 稳定后发现上端空气柱长减为2L 3 则下列说法中正确的是A 稳定后上段空气柱的压强大于2 ghB 稳定后下段空气柱的压强小于3 ghC 升降机一定在加速上升D 升降机可能在匀减速上升 解 系统静止时下段空气柱的压强是3 gh 做匀变速运动稳定后上段空气柱体积减小说明其压强增大 而下段空气柱体积增大 说明其压强减小 由水银柱的受力分析可知 其合力方向向下 因此加速度向下 可能匀加速下降 也可能匀减速上升 选ABD 谢谢 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