2020高考總復習物理熱力學定律和能量守恒ppt課件

1、 1課時38熱力學定律和能量守恒 2考點一熱力學第一定律 基礎梳理1改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功：做功可以改變物體的內(nèi)能若做功過程中絕熱，系統(tǒng)內(nèi)能的增加(減少)等于外界對系統(tǒng)(系統(tǒng)對外界)所做的功，即UW.(2)熱傳遞：熱傳遞有三種方式，傳導、對流和輻射熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能在單純的熱傳遞過程中，熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，即UQ. 32熱力學第一定律定義：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界對它傳遞的熱量和外界對它做功的和，這個關系稱為熱力學第一定律表達式：WQU符號法則：外界對物體做功，W取正號，反之W取負號；物體吸收熱量，Q取正號，反之Q取負號；物體內(nèi)能增加，U取正號，反之U取負號 4

2、3能的轉化和守恒定律內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，但在轉化或轉移的過程中其總量保持不變 5 疑難詳析做功和熱傳遞改變內(nèi)能是等效的，本質(zhì)是不同的在改變物體的內(nèi)能上，做功和熱傳遞可以起到同樣的效果，即要使物體改變同樣的內(nèi)能，通過做功或者熱傳遞都可以實現(xiàn)，如果把這樣的兩個物體放在一起，我們無法分辨出哪個是熱傳遞改變的內(nèi)能，哪個是做功改變的內(nèi)能不過，做功和熱傳遞還是有著本質(zhì)的區(qū)別 6(1)從運動形式看，做功是其他形式的能和物體微觀分子熱運動的轉化，熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，只是發(fā)生了分子熱運動的轉移；(2)從能量角度

3、看，做功是其他形式的能和物體內(nèi)能的轉化，熱傳遞則是內(nèi)能在物體之間或者物體的不同部分之間的轉移物體的內(nèi)能增加與否，不能單獨地只看做功或者熱傳遞，兩個過程需要全面考慮 7 深化拓展熱量和內(nèi)能內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種方法來完成而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的有過程，才有變化，離開過程則毫無意義就某一狀態(tài)而言，只要“內(nèi)能”，不能談到“熱量或“功” 8考點二熱力學第二定律 基礎梳理1熱傳導的方向性溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳

4、給低溫物體，但不會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體即熱傳導的過程具有方向性 92第二類永動機只從單一熱源吸取熱量，使之全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫第二類永動機因為機械能和內(nèi)能的轉化是有方向的，所以第二類永動機不可能制成 103熱力學第二定律(1)兩種表述：按熱傳導的方向性可以表述為“熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體”，這是熱力學第二定律的克勞修斯表述；按機械能與內(nèi)能轉化過程的方向性可以表述為“不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響或表述為“第二類永動機是不可能制成的”，這是熱力學第二定律的開爾文表述 11(2)等價實質(zhì)：熱力學第二定律的兩種表述是等價的，可以從一種

5、表述推導出另一種表述它們都揭示了大量分子參與宏觀過程的不可逆性，說明自然界進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 12 疑難詳析熱力學第一定律與第二定律的相輔性熱力學第一定律中，摩擦力做功可以全部轉化為內(nèi)能；熱力學第二定律卻說明這一內(nèi)能在不引起其他變化的情況下不可能完全變成功熱量可以從高溫物體自動傳向低溫物體，而熱力學第二定律卻說明熱量不能自動從低溫物體傳向高溫物體第一定律說明在任何過程中能量必定守恒，第二定律卻說明并非所有能量守恒的過程均可以實現(xiàn) 13熱力學第二定律是反映自然界過程進行的方向和條件的一個規(guī)律，它指出自然界中出現(xiàn)的過程是具有方向性的，在熱力學中，兩個定律相輔相成、缺一不可 14

6、 深化拓展為什么第二類永動機不能制成第二類永動機雖然不違背能的轉化與守恒定律，但違背了熱力學第二定律熱機工作時從高溫熱源吸收熱量Q，只有一部分用來做功W而轉化為機械能，另一部分熱量排放給低溫熱源也就是說即使沒有任何漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，總有WQ，所以熱機的效率總小于100%，即第二類永動機是不能制成的 15題型一熱力學第一定律的應用例1一定質(zhì)量的非理想氣體(分子間的作用力不可忽略)，從外界吸收了4.2105 J的熱量，同時氣體對外做了6105 J的功，那么：(1)氣體的內(nèi)能_(填“增加或“減少”)，其變化量的大小為_J.(2)氣體的分子勢能_(填“增加或“減少”)(3)分子平均動能如

7、何變化？ 16 解析(1)因氣體從外界吸收熱量，所以Q4.2105 J氣體對外做功6105 J，則外界對氣體做功W6105 J由熱力學第一定律UWQ，得U6 105 J4.2105 J1.8105 J，所以物體內(nèi)能減少了1.8105 J. 17(2)因為氣體對外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負功，氣體的分子勢能增加了(3)因為氣體內(nèi)能減少了，而分子勢能增加了，所以分子平均動能必然減少了，且分子平均動能的減少量一定大于分子勢能的增加量答案(1)減少1.8105(2)增加(3)減少 18題后反思：當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時，內(nèi)能的變化就要用熱力學第一定律進行綜合分析，要切記符號法

8、則，系統(tǒng)對外做功W0，外界對系統(tǒng)做功W0，系統(tǒng)吸熱Q0，放熱Q0，U0系統(tǒng)內(nèi)能增加，U0系統(tǒng)內(nèi)能減少 19 一定量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時做的功是135 J，同時向外放熱85 J，氣體內(nèi)能的變化量是多少？內(nèi)能是增加了還是減少了？ 20解析：對氣體來說，體積膨脹，氣體對外做功，在熱力學第一定律中W表示外界對氣體做的功，故此時W為負，氣體膨脹做的功為135 J，向外界放熱85 J，此時W135 J，Q85 J，由熱力學第一定律知：UWQ135 J85 J220 J.即內(nèi)能減少了220 J答案：見解析 21題型二對熱力學第二定律的理解例2根據(jù)熱力學第二定律，可

9、知下列說法中正確的有 ()A熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體 B熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C機械能可以全部轉化為熱量，但熱量不可能全部轉化為機械能D機械能可以全部轉化為熱量，熱量也可能全部轉化為機械能 22解析根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體；當外界對系統(tǒng)做功時，可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去，制冷機(例如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體選項A錯誤B正確一個運動的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止，在這個過程中機械能全部轉化為熱量外界條件發(fā)生變化時，熱量也可以全部轉化為

10、機械能例如在等溫膨脹過程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉化為對外界做的功答案BD 23題后反思：熱力學第二定律反映了一個自然規(guī)律：與熱現(xiàn)象有關的宏觀物理過程具有方向性由于人們發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律是從研究熱機的問題開始的，所以較多地集中在機械能向內(nèi)能的轉化的方向性和熱傳導的方向性定律的表述方式比較抽象大家要通過一些實例來認識有哪些現(xiàn)象能表明能量轉化過程中的方向性 24 用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖1所示，電流計指針會發(fā)生偏轉，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一實驗是否違反熱力學第二定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變化？簡述這一過程中能的轉化情況 25 圖圖1解析：熱水溫度

11、降低，冷水溫度升高，轉化效率低于解析：熱水溫度降低，冷水溫度升高，轉化效率低于100%答案：不違反答案：不違反 26題型三能量守恒定律的應用例3現(xiàn)代典型的燃煤發(fā)電廠，總效率一般為40%，有一座大型燃煤發(fā)電廠，如果發(fā)出1.0109 J的電力，可供一個大城市使用圖2表示這這座發(fā)電廠的能量流向請回答： 27圖圖2 28(1)燃煤提供的能量應等于哪幾項能量之和？(2)圖中煙囪廢氣所帶走的能量及渦輪機損耗沒有標出，請你算出來，在圖中補上(3)算出這座發(fā)電廠的總效率(4)根據(jù)圖所示的電廠能量流向，你認為在哪些地方進行改進可以提高發(fā)電廠的總效率？分析仔細分析發(fā)電過程的能量流向圖，搞清各項能量或功間的關系，根

12、據(jù)能量轉化與守恒定律可求解 29 解析(1)燃煤提供的能量等于進入渦輪機的能量和通過煙囪排出的能量(2)根據(jù)(1)中的解析可得通過煙囪廢氣所帶走的能量為：E2.5109 J2.2109 J3108 J渦輪機從外界吸熱2.2109 J，對外做功W1.0109 J所以渦輪機損耗22109 J1.0109 J1.2109 J.(3)由能量流向圖可知該發(fā)電廠產(chǎn)生的電能為1.0109 J，消耗的總能量為2.5109 J，所以其總效率為：100%40%. 30 (4)從能量流向圖中可以看出，該發(fā)電廠的損耗共達到了15109 J，即達到了60%，最主要的損耗是渦輪機的損耗，由冷凝器排出，所以這個地方應作為改

13、造的重點，降低通過冷凝器時能量的消耗，以此提高渦輪機的效率，進而提高整個電廠的效率，另外，也要盡可能降低另外兩個途徑的損耗，一是通過煙囪廢氣帶走的能量，對燃煤鍋爐及其煙囪進行改造；二是減少輸電過程中的電能損耗答案見解析 31題后反思：能的轉化一定要通過做功來實現(xiàn)，而能的轉移是要通過某種形式的傳遞來完成由熱力學第一定律可知，要使一個系統(tǒng)內(nèi)能增加，其他系統(tǒng)必須對它傳遞熱量、做功或者既傳遞熱量又做功，其他系統(tǒng)減少等量的能量，而二者的總能量保持不變 32在高為h0.8 m的光滑桌面上放著一個質(zhì)量為M2 kg的木塊，一顆質(zhì)量m10 g的鉛彈從水平方向射中木塊(未穿出)，把木塊打落在地面上，落地點與桌邊的

14、水平距離s0.4 m設增加的內(nèi)能有60%使鉛彈的溫度升高，鉛彈的溫度升高多少度？鉛的比熱c1.3102 J/(kg)，取g10 m/s2 33 34 35答案：92.8 361(2021全國卷)如圖3，水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動，右側氣體內(nèi)有一電熱絲氣缸壁和隔板均絕熱初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間后切斷電源當缸內(nèi)氣體再次達到平衡時，與初始狀態(tài)相比 () 37A右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B左右兩邊氣體溫度都升高C左邊氣體壓強增大D右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量圖圖3 38解析：本題

15、考查熱力學第一定律和氣體的壓強、溫度和體積的關系，意在考查考生綜合運用熱學知識解決實際問題的能力；雖然氣缸壁和隔板絕熱，但右邊氣體由于電熱絲通電放出熱量而溫度升高，壓強增大，從而推動隔板，左邊氣體因隔板壓縮氣體對內(nèi)做功，沒有熱交換，故內(nèi)能一定增加，溫度升高，由 常數(shù)，左邊氣體V變小，T變大，故p一定變大，對右邊氣體，由于最終還要達到平衡，則p變大，V變大，T一定變大，由此可知，A錯，B、C都對； 39又右邊氣體吸收電熱絲放出的熱量后，由于對外做了功，故氣體內(nèi)能的增加量小于電熱絲放出的熱量，故選項D不對答案：BC 402如圖4所示，由導熱材料制成的氣缸和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞

16、與氣缸壁之間無摩擦，活塞上方存有少量液體將一細管插入液體，由于虹吸現(xiàn)象，活塞上方液體逐漸流出在此過程中，大氣壓強與外界的溫度保持不變，關于這一過程，下列說法正確的是 ()圖圖4 41A氣體分子的平均動能逐漸增大B單位時間氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)增多C單位時間氣體分子對活塞的沖量保持不變D氣體對外界做功等于氣體從外界吸收的熱量 42解析：導熱氣缸和活塞，說明氣體溫度始終與大氣溫度相同，當液體逐漸流出的過程中氣體做等溫膨脹、壓強減小的變化，氣體溫度未變，分子密度減小則氣體分子的平均動能不變，A錯誤；對活塞單位時間內(nèi)撞擊次數(shù)減少，B錯誤；單位時間分子對活塞的沖量減小，C錯誤；因為氣體溫度未變，所以氣

17、體的內(nèi)能未變，則氣體對外界做功和從外界吸收的熱量相等，則D正確答案：D 433對一定量的氣體，下列說法正確的是 ()A氣體的體積是所有氣體分子的體積之和B氣體分子的熱運動越劇烈，氣體溫度就越高C氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的D當氣體膨脹時，氣體分子之間的勢能減小，因而氣體的內(nèi)能減少 44解析：氣體分子間有較大空隙，氣體分子的體積之和遠小于氣體的體積，所以A錯誤氣體溫度越高，分子平均動能越大，分子熱運動越劇烈，則B正確由壓強的定義可知：單位面積上的壓力叫壓強，器壁內(nèi)側受到的壓力就是氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的，所以C正確當氣體膨脹時，氣體分子間距離增大，有可能對外做功，

18、還有可能與外界有熱交換，吸收熱量，導致內(nèi)能不變，內(nèi)能增大，內(nèi)能減少都有可能，所以D錯誤答案：BC 454地面附近有一正在上升的空氣團，它與外界的熱交換忽略不計已知大氣壓強隨高度增加而降低，則該氣團在此上升過程中(不計氣團內(nèi)分子間的勢能) ()A體積減小，溫度降低B體積減小，溫度不變C體積增大，溫度降低 D體積增大，溫度不變 46解析：空氣團與外界熱交換忽略不計，隨高度上升壓強逐漸減小，體積逐漸增大對外界做功，所以內(nèi)能逐漸減小，則溫度逐漸降低，只有C正確，A、B、D均錯誤答案：C 475(1)空氣壓縮機在一次壓縮過程中，活塞對氣缸中的氣體做功為2.0105 J，同時氣體的內(nèi)能增加了1.5105 J試問：此壓縮過程中，氣體_(填“吸收或“放出”)的熱量等于_J.(2)若一定質(zhì)量的理想氣體分別按圖5所示的三種不同過程變