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当前位置:首页 > 机械/制造/汽车 > 汽车理论 > 2018届高三物理一轮复习选修3-3热学第3讲热力学定律与能量守恒课件
第3讲热力学定律与能量守恒【知识梳理】知识点1热力学第一定律1.改变内能的两种方式:(1)_____。(2)_______。做功热传递2.热力学第一定律:(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_____与外界对它所做的功的和。(2)表达式:________。热量ΔU=Q+W(3)ΔU=Q+W中正、负号法则。物理量意义符号WQΔU+外界对物体做功物体_____热量内能_____-物体对外界做功物体_____热量内能_____吸收放出增加减少(4)三种特殊的状态变化过程。①如图所示的绝热过程:有Q=__,则W=____,外界对系统做的功等于系统内能的增加。②不做功过程:即W=0,则Q=____,系统吸收的热量等于系统内能的增加。③内能不变过程:即ΔU=0,则______或_____,外界对系统做的功等于_______________。0ΔUΔUW+Q=0W=-Q系统放出的热量知识点2能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能___________________________,或者__________________________,在转移或转化的过程中,能量的总量保持不变。从一种形式转化为另一种形式从一个物体转移到别的物体2.普适性:能量守恒定律是自然界的普遍规律,某一种形式的能是否守恒是_______的。例如,机械能守恒定律具有适用条件,而能量守恒定律是_______的,是一切自然现象都遵守的基本规律。有条件无条件知识点3热力学第二定律1.热力学第二定律的三种表述:(1)克劳修斯表述:热量不能自发地________________________。从低温物体传到高温物体(2)开尔文表述:如图甲所示,不可能从单一热源__________,使之完全变成功,而不产生其他影响。或表述为“第二类永动机不可能制成”。吸收热量(3)如图乙所示,用熵的概念表述:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵_________(热力学第二定律又叫作熵增加原理)。2.热力学第二定律的微观意义:一切自发过程总是沿着分子热运动的___________的方向进行。不会减小无序性增大【易错辨析】(1)做功和热传递的实质是相同的。()(2)外界压缩气体做功20J,气体的内能可能不变。()(3)给自行车打气时,发现打气筒的温度升高,这是因为外界对气体做功。()(4)电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递。()(5)科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机。()(6)对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机。()(7)空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量。()(8)一定量100℃的水变成100℃的水蒸气,其分子之间的势能增加。()提示:(1)×。做功改变内能是其他形式能转化为内能,热传递是内能的转移。(2)√。做功和热传递都可以改变内能,外界压缩气体做功20J,气体可能同时放热,内能可能不变。(3)×。活塞克服摩擦做功,使筒内空气的内能增加,迅速压缩活塞对筒内空气做功,使筒内空气的内能增加。(4)√。热量可以从低温物体向高温物体传递,但要引起其他变化。(5)×。不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化。(6)×。对能源的过度消耗将形成能源危机,但自然界的总能量守恒。(7)√。空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量,因为电能也部分转化为热能。(8)√。一定量100℃的水变成100℃的水蒸气,温度没有变化,分子的平均动能不变,但是在这个过程中要吸热,内能增加,所以分子之间的势能必定增加。考点1热力学第一定律【核心要素精讲】1.热力学第一定律的表达:在ΔU=Q+W中,W表示做功情况,说明内能和其他形式的能可以相互转化;Q表示吸热或放热的情况,说明内能可以从一个物体转移到另一个物体,而ΔU=Q+W是能量守恒定律的具体体现。2.三种特殊情况:(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,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,Q=ΔU,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ΔU=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.温度、内能、热量、功的比较:含义特点温度表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,它是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说,温度没有意义状态量内能(热能)物体内所有分子动能和势能的总和,它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能含义特点热量指在热力系统与外界之间依靠温差传递的能量,热量是过程量,只能说“吸收”“放出”不能说“含有”“具有”过程量功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程【高考命题探究】【典例1】如图所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中()世纪金榜导学号42722282A.外力对乙做功;甲的内能不变B.外力对乙做功;乙的内能不变C.乙传递热量给甲;乙的内能增加D.乙的内能增加;甲的内能不变【解析】选C。隔板B是导热的,说明甲、乙两部分气体间有热传递;容器和活塞是绝热的,说明容器内气体与外界没有热交换。当将活塞P向B移动一段距离时,活塞压缩气体对气体乙做功,根据热力学第一定律分析得知,乙的内能增加,温度升高。由于隔板B是导热的,而升温后的乙气体温度比甲高,故热量由乙传向甲,甲的内能增加。【强化训练】1.如图是密闭的汽缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功200J,同时气体向外界放热100J,缸内气体的()A.温度升高,内能增加100JB.温度升高,内能减少200JC.温度降低,内能增加100JD.温度降低,内能减少200J【解析】选A。外界对气体做功,W=200J;气体向外散热,则Q=-100J,根据热力学第一定律得,气体内能的增量ΔU=W+Q=200J-100J=100J,即内能增加100J。对于一定质量的理想气体,内能增加,温度必然升高,故A正确。2.(2017·海淀区模拟)如图所示,在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉,迅速向下压活塞,筒内气体被压缩后可点燃硝化棉。在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中()A.气体对外界做正功,气体内能增加B.外界对气体做正功,气体内能增加C.气体的温度升高,压强不变D.气体的体积减小,压强不变【解析】选B。压缩玻璃筒内的空气,气体的压强变大,机械能转化为筒内空气的内能,空气的内能增加,温度升高,当达到棉花的燃点后,棉花会燃烧,故B正确,A、C、D错误。【规律总结】判定物体内能变化的方法(1)内能的变化都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,气体对外界做功,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。【加固训练】(多选)如图所示,一个封闭的绝热汽缸,被中间的挡板分割成左右相等的两部分。左边充满一定量的某种理想气体,右边真空。现将中间的挡板移去,待气体稳定后,则()A.气体的温度不发生变化B.因为气体的体积膨胀了,所以内能降低C.气体分子的平均动能减小D.虽然气体的体积膨胀了,但是没有对外做功E.气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半【解析】选A、D、E。气体在向真空膨胀的过程中没有力的作用,所以不做功,绝热过程,内能不变,故温度不变,故A正确,B错误,D正确;温度是分子热运动平均动能的标志,温度不变,故分子的平均动能不变,故C错误;气体的温度不变,体积增加为2倍,故分子热运动的平均动能不变,分子数密度减小为一半,故气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半,故E正确。考点2热力学第二定律的理解应用【核心要素精讲】1.热力学第二定律的含义:(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”的含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。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。3.热力学过程方向性实例:(1)高温物体低温物体。(2)功热。(3)气体体积V1气体体积V2(V1V2)。(4)不同气体A和B混合气体AB。4.两类永动机的比较:分类第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒不违背能量守恒,违背热力学第二定律【高考命题探究】【典例2】(多选)(2017·榆林模拟)关于第二类永动机,下列说法中正确的是世纪金榜导学号42722283()A.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成C.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化【解析】选A、D。没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机,故A正确;第二类永动机违反了热力学第二定律,故B错误;机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化,故D正确,C错误。【强化训练】1.如图所示中汽缸内盛有定量的理想气体,汽缸壁是导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触是光滑的,但不漏气。现将活塞杆与外界连接,使其缓慢地向右移动,这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法正确的是()A.气体是从单一热源吸热,全用来对外做功,因此此过程违反热力学第二定律B.气体从单一热源吸热,但并未全用来对外做功,所以此过程不违反热力学第二定律C.气体是从单一热源吸热,全用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律D.A、B、C三种说法都不对【解析】选C。热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是: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。本题中如果没有外界的帮助,比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动,使气体膨胀对外做功,导致气体温度略微降低,是不可能从外界吸收热量的,即这一过程虽然是气体从单一热源吸热,全用来对外做功,但引起了其他变化,所以此过程不违反热力学第二定律。2.关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是()A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热源吸收热量,完全变成功也是可能的【解析】选D。第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机违反热力学第二定律,A、B错;由热力学第一定律可知W≠0,Q≠0,但ΔU=W+Q可以等于0,C错;由热力学第二定律可知D中现象是可能的,但会引起其他变化,D对。【加固训练】(2017·衡水模拟)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.电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律
本文标题:2018届高三物理一轮复习选修3-3热学第3讲热力学定律与能量守恒课件
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