202X屆高考物理一輪復(fù)習(xí)基礎(chǔ)課32熱力學(xué)定律與能量守恒課件新人教版

1、基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課3232熱力學(xué)定律與能量守恒熱力學(xué)定律與能量守恒-2-知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三改變物體內(nèi)能的兩種方式 增加 減少 增加 減少 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 相同 -3-知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三熱力學(xué)定律1.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功之和。 (2)表達(dá)式:。 (3)意義:熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過(guò)程是,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的。此定律公式是標(biāo)量式,應(yīng)用時(shí)各量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的焦耳。 等于 U=W+Q 等效的 定量關(guān)系 -4-知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三2.熱力學(xué)第二定律(1)熱力學(xué)第二定律的

2、兩種表述按照熱傳遞的方向性可表述為:熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。 按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性可表述為: 從單一熱源吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。這是熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。 (2)熱力學(xué)第二定律的微觀意義:一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的方向進(jìn)行。 說(shuō)明:(1)熱力學(xué)第二定律的上述兩種表述是等價(jià)的,可以從一種表述推導(dǎo)出另一種表述。(2)熱力學(xué)第二定律又叫熵增加原理,即在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減少。自發(fā)地 不可能 增大 -5-知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種

3、形式為另一種形式,或者從一個(gè)物體到另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。 2.普遍性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律。某一種形式的能是否守恒是,例如機(jī)械能守恒定律具有適用條件,而能量守恒定律是,是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 有條件的 無(wú)條件的 -6-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用(師生共研師生共研)1.對(duì)公式U=Q+W中物理量的符號(hào)的規(guī)定2.三種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的,則Q=0,W=U,即外界對(duì)物體(物體對(duì)外界)做的功等于物體內(nèi)能的增加量(減少量)。(2)等容變化,W=0,Q=U,即物體吸收(放出)的熱量等于物體內(nèi)能的增加量(減

4、少量)。(3)等溫變化,U=0,則W+Q=0或W=-Q,即外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(物體對(duì)外界做的功等于物體吸收的熱量)。-7-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例題(2017全國(guó)卷)(多選)如圖所示,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有理想氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開(kāi),氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是()A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中,氣體對(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過(guò)程中,氣體分子的平均動(dòng)能不變

5、答案解析解析關(guān)閉由于隔板右側(cè)是真空,隔板抽開(kāi)后,氣體自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸,并不做功也沒(méi)有熱量交換,所以自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氣體被壓縮過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功,沒(méi)有熱量交換,根據(jù)U=W+Q,氣體的內(nèi)能增大,故選項(xiàng)B、D正確;氣體被壓縮過(guò)程中,溫度升高,分子平均動(dòng)能增大,故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉ABD-8-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維訓(xùn)練思維訓(xùn)練一定質(zhì)量的氣體,在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過(guò)程中,吸收熱量280 J,并對(duì)外做功120 J,試問(wèn):(1)這些氣體的內(nèi)能怎樣發(fā)生變化?變化了多少?(2)如果這些氣體又返回原來(lái)的狀態(tài),并放出了240 J熱量,那么在返回的過(guò)程中是氣體對(duì)外界做

6、功,還是外界對(duì)氣體做功?做功多少?-9-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析 (1)由熱力學(xué)第一定律可得U=W+Q=-120 J+280 J=160 J,氣體的內(nèi)能增加了160 J。(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān),所以氣體從狀態(tài)2回到狀態(tài)1的過(guò)程中內(nèi)能應(yīng)減少,其減少量應(yīng)等于從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過(guò)程中內(nèi)能的增加量,則從狀態(tài)2到狀態(tài)1的內(nèi)能應(yīng)減少160 J,即U=-160 J,又Q=-240 J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律得U=W+Q,所以W=U-Q= -160 J-(-240 J)=80 J,即外界對(duì)氣體做功80 J。答案 (1)增加160 J(2)外界對(duì)氣體做功80 J-10-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第二定律的理解

7、熱力學(xué)第二定律的理解(自主悟透自主悟透)1.熱力學(xué)第二定律的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響,如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,如氣體的等溫膨脹過(guò)程。-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.熱力學(xué)過(guò)程的方向性實(shí)例 說(shuō)明:熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性,進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維訓(xùn)練思維訓(xùn)練(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律

8、,以下說(shuō)法正確的是()A.熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn),否定了創(chuàng)造和消滅能量的可能性,告訴我們第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成B.熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都具有方向性,告訴我們第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成C.做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能,根據(jù)最后的結(jié)果可以區(qū)分是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的D.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化,熱力學(xué)第二定律指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故二者是相互矛盾的E.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律分別從不同的角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程所遵循的規(guī)律,二者相互獨(dú)立,又相互補(bǔ)充,都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ) 答案解析解析關(guān)閉做功和

9、熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能,根據(jù)最后的結(jié)果無(wú)法判斷是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;熱力學(xué)第二定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn),熱力學(xué)第二定律則指出了能量轉(zhuǎn)化的方向性,二者并不矛盾,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉ABE-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用(師生共研師生共研)1.處理方法(1)氣體實(shí)驗(yàn)定律研究對(duì)象是一定質(zhì)量的理想氣體。(2)解決具體問(wèn)題時(shí),分清氣體的變化過(guò)程是求解問(wèn)題的關(guān)鍵,根據(jù)不同的變化,找出相關(guān)的氣體狀態(tài)參量,利用相關(guān)規(guī)律解決。(3)對(duì)理想氣體,只要體積變化,外界對(duì)氣體(或氣體對(duì)外界)做功W=p

10、V(壓強(qiáng)一定);只要溫度發(fā)生變化,其內(nèi)能就發(fā)生變化。(4)結(jié)合熱力學(xué)第一定律U=W+Q求解問(wèn)題。-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.解題思路 -15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例題(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷等溫或等壓過(guò)程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài),其p-T圖像如圖所示,其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O。下列判斷正確的是()A.氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B.氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能C.在過(guò)程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功D.在過(guò)程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功E.在過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功 答案解析解析關(guān)閉ac延長(zhǎng)后過(guò)原點(diǎn),所以ac是等容線,A選項(xiàng)正確;根據(jù)圖像,TaTc,一定量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),溫度越高,內(nèi)能越大,B選項(xiàng)正確;cd過(guò)程中,溫度不變,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=Q+W,向外界放出的熱量等于外界對(duì)氣體做的功,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;在過(guò)程da中,U0,即W+Q0,吸收的熱量應(yīng)大于氣體對(duì)外界做的功,D選項(xiàng)錯(cuò)誤;在過(guò)程da中,外界對(duì)氣體做的功為W1=pd(Va-Vd)=pdVa-pdVd,d和a壓強(qiáng)相等,所以W1=paVa-pdVd,bc過(guò)程中氣體對(duì)外界做功W2=pc(Vb-Vc),b、c壓強(qiáng)相同,所以W2=pbVb-pcVc,c和d,a和b溫度相同,所以paVa=pbVb,p