2019-2020学年高中物理 第10章 热力学定律 章末总结课件 新人教版选修3-3

章末总结1．做功和热传递的区别与联系做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不同．做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的转移．做功、热传递与内能变化的关系注意：①存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是物体热传递过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关．②机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量．两者没有直接关系，但可以相互转化．2．热力学第一定律热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)与物体从外界吸热(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的保证．(1)外界对物体做功，W0；物体对外做功，W0.(2)物体从外界吸热，Q0；物体放出热量，Q0.(3)ΔU0，物体的内能增加；ΔU0，物体的内能减少．解题思路：分析题干，确定内能改变的手段(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论ΔU0，则内能增加|ΔU|；ΔU0，则内能减少|ΔU|.例1在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是()A．电流通过电炉而使温度升高B．在阳光照射下，水的温度升高C．铁锤打铁块，使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快解析：电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤打铁块是做功过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变室温的．答案：BD1．热力学第二定律的两种表述(1)热传导具有方向性：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．(2)机械能与内能转化的方向性：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．2．热力学第二定律的微观意义(1)一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．热力学第二定律(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．3．分析问题的方法(1)掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．本章对热力学第二定律的表述很多，但这些不同形式的表述都是等价的．(2)自然过程：自然过程指没有外来干扰自然进行的过程．(3)热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．(4)气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．(5)机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．(6)气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空．其实，在整个自然界中，无论有无生命，所有宏观的自发的过程都具有单向性，都是不可逆过程．如河水向下游流，重物向下落，房屋由新到旧直至倒塌，人要从婴儿到老年直至死亡等．例2下列说法不正确的是()A．在任何自然过程中，一切参与者的总能量和总熵保持不变B．熵无处不在，是系统无序程度的量度C．一切不可逆过程在熵增加的同时，总是伴随着能量退降D．由热力学第二定律可知，自然界的能量品质正在退化，可利用的能量越来越少解析：由熵增加原理可知A选项错，B、C、D正确．答案：A1．能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在能的转化或转移过程中其总量保持不变．能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化．2．应用能量守恒定律解题的方法和步骤(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化．能量守恒定律(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增．①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等．(4)解方程，代入数据，计算结果．例3如图所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功为W1，生热为Q1；第二次让B在光滑地面上自由滑动，这次F做的功为W2，生热为Q2，则应有()A．W1W2，Q1＝Q2B．W1＝W2，Q1＝Q2C．W1W2，Q1Q2D．W1W2，Q1Q2解析：设B板长为L，A、B间摩擦力为f，当B固定时，W1＝FL，Q1＝fs相＝fL；当B不固定时，如右图所示，由于A对B有摩擦力使B向右移动了sB，则A的位移为(L＋sB)．所以W2＝F(L＋sB)，Q2＝fs相＝fL，A正确．答案：A在自然界中，有一些自然资源拥有某种形式的能，利用它们能够转换成人们所需要的电能、热能、机械能等，这样的自然资源称为能源．能源的形式是多种多样的，常按其来源、性质、转换和使用特征来进行分类．能源利用与环境影响按照能源的来源与生成，可分为四类．①来自太阳的能源，除了直接的太阳辐射能外，煤炭、石油、天然气、生物能、水能、风能和海洋能等，都间接来自太阳能；②以热能形式蕴藏于地球内部的地热能；③地球上的各种核燃料，即原子核能，它是在原子核发生裂变或聚变反应时释放出来的能量；④月亮和太阳等天体与地球的相互吸引所引起的能量．例4据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占全国土地面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度．在20世纪的60－70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多．请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明其理由：____________________________.(2)用传统煤、石油做燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油做燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么？_________________________________________________.答案：(1)不可取，因为SO2的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害．(2)煤、石油是不可再生的化石燃料，其资源是有限的，其次燃烧后产生的SO2、氮氧化物等严重地污染大气，进而形成酸雨，燃烧后产生的CO2又会造成温室效应．氢气．第一，H2可以用水作为原料来制取；第二，H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；第三，氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用．(答案不唯一，合理即可)在判断系统内能的变化情况时，应先判断该系统是否处于绝热过程，若处于绝热过程，再依据系统对外界做功，还是外界对系统做功来判断系统内能的变化情况．在判断系统内能的变化情况时，不能正确判断系统是否处于绝热过程例1在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，打开电风扇，工作较长时间后，房内的气温将会怎样变化？请说明原因．解析：在此题中要选对系统，到底是哪一系统处于绝热状态，弄明白究竟是系统对外界做功，还是外界对系统做功．此题中的绝热系统为房间内的所有物体，包括空气．由题意可知，外界电流做功，使系统内能增加．答案：电风扇通过扇叶的转动，带动空气流动，加快人体汗液的蒸发，起到使人体降温的作用，但从总体上来看，电风扇要消耗电能，最后转化为内能，因而房内的温度会升高．“自发”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体是单向性的，在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等．“不引起其他变化”的含义是：使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的“帮助”是指提供能量等方式，否则是不可能实现的．不能正确理解“自发”“不引起其他变化”的含义例2根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是()A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可以全部转化为机械能D．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能错解：误根据热力学第二定律认为热量不能从低温物体传到高温物体，忽视了定律中“自发地”和“不产生其他影响”而错选A．解析：根据热传递的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地(不需要外界帮助)从低温物体传到高温物体，借助外界的帮助，热量可以从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确；机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功而最终停止运动时，机械能全部转化为内能)，内能在外界帮助下也可以全部转化为机械能．选项C错误，D正确．答案：BD能源是提供能量的资源，如煤、石油等，能源为人类提供了大量的能量，有的转化为内能，有的转化成机械能等等，但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来再利用(即能量耗散和品质降低)，而可供利用的能源是有限的，不可再生(或短时间内不可再生)．因此能量虽然守恒，但能源会减少．误认为能源不会减少例3下列说法中正确的是()A．从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体的多B．热机的效率可达100%C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的D．以上说法均不正确错解：C解析：发生热传递的条件是必须存在温差，而不是内能差，甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体的高，故A错误；由热力学第二定律：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，可知任何热机的机械效率都不可能达到100%，故B错；关于“能源危机”必须明白几点：(1)能源是提供能量的资源，如煤、石油等；(2)人们在消耗能源时，放出的热量，有的转化为内能，有的转化为机械能等等，但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来再利用(能量耗散)，因此可供利用的能源是有限的，不可再生的(或短时间内不可再生)，“能源危机”并非说明能量不守恒，C错．答案：D