第二講熱力學(xué)定律氣體

第二講熱力學(xué)定律氣體一、熱力學(xué)定律1、熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一般情況下,如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功與熱傳遞得過(guò)程,那么,外界對(duì)物體所做得功W加上物體從外界吸收得熱量Q等于物體

得增加ΔU、(2)表達(dá)式:ΔU＝

、(3)W、Q、ΔU得“＋、－”號(hào)法則內(nèi)能W＋Q符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)

做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能－物體對(duì)外界做功物體

熱量?jī)?nèi)能物體放出增加減少2、熱力學(xué)第二定律(1)兩種表述①不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而

、②不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功,而

、不引起其她變化不引起其她變化(2)意義:熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到,自然界中進(jìn)行得涉及熱現(xiàn)象得宏觀過(guò)程都具有方向性、3、熱力學(xué)第三定律(1)內(nèi)容:熱力學(xué)零度不可達(dá)到、(2)熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t得關(guān)系:T＝t＋

K、273、15[特別提醒]熱力學(xué)第一定律說(shuō)明發(fā)生得任何過(guò)程中能量必定守恒,因此,第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成、熱力學(xué)第二定律說(shuō)明并非所有能量守恒得過(guò)程都能實(shí)現(xiàn),因此,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)也不可能制成、二、氣體得狀態(tài)參量1、溫度(1)宏觀上:表示物體得

程度、(2)微觀上:表示物體分子熱運(yùn)動(dòng)得

程度,就是分子

得標(biāo)志、(3)溫標(biāo):常用得溫標(biāo)有熱力學(xué)溫標(biāo)(絕對(duì)溫標(biāo))與攝氏溫標(biāo),二者關(guān)系T＝

K,ΔT＝Δt、冷熱激烈平均動(dòng)能(t＋273、15)2、體積(1)宏觀上:氣體所充滿(mǎn)得容器得

、(2)微觀上:氣體分子所能達(dá)到得

、3、壓強(qiáng)(1)宏觀上:器壁單位面積上受到得

、(2)微觀上:大量氣體分子單位時(shí)間內(nèi)作用在單位面積上得

、(3)決定因素:微觀上決定于單位體積內(nèi)得分子數(shù)與分子得平均動(dòng)能;宏觀上決定于氣體得物質(zhì)得量、

與

、容積空間壓力總沖量溫度體積三、氣體分子動(dòng)理論1、氣體分子運(yùn)動(dòng)得特點(diǎn)由于氣體分子間距大,氣體分子得大小可以忽略,分子間得作用力很小,也可以忽略、因此,除分子間及分子與器壁間碰撞外,分子間無(wú)相互作用力,所以不計(jì)

,氣體得內(nèi)能只與氣體得物質(zhì)得量與

有關(guān)、分子勢(shì)能溫度2、氣體分子運(yùn)動(dòng)得統(tǒng)計(jì)規(guī)律(1)氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)得機(jī)會(huì)(幾率)

、(2)大量氣體分子得速率分布呈現(xiàn)

(中等速率得分子數(shù)目多)、

(速率大或小得分子數(shù)目少)得規(guī)律、(3)當(dāng)溫度升高時(shí),“中間多”得這一“高峰”向

得一方移動(dòng),即速率大得分子數(shù)目增多,速率小得分子數(shù)目減小,分子得平均速率

,但不就是每個(gè)氣體分子得速率均增大、相等中間大兩頭小速率大增大[特別提醒]理想氣體就是實(shí)際氣體在一定條件下得近似,無(wú)分子勢(shì)能,內(nèi)能只由溫度與氣體物質(zhì)得量決定、四、氣體狀態(tài)參量間得關(guān)系一定質(zhì)量得氣體,如果三個(gè)狀態(tài)參量都不變,則該氣體處于一定得狀態(tài)中、三個(gè)狀態(tài)參量可以同時(shí)變化,也可以就是其中一個(gè)參量保持不變,其她兩個(gè)參量發(fā)生變化,只有一個(gè)狀態(tài)參量發(fā)生變化就是不可能得、當(dāng)一個(gè)參量不變時(shí),另兩個(gè)參量得關(guān)系為:1、溫度不變:分子得平均動(dòng)能

,若體積減小,單位體積內(nèi)分子數(shù)目

,氣體得壓強(qiáng)

、2、體積不變:單位體積內(nèi)得分子數(shù)目

,溫度升高,分子得平均動(dòng)能

,氣體得壓強(qiáng)

、3、壓強(qiáng)不變:溫度升高,氣體分子得平均動(dòng)能

,只有氣體得體積

,單位體積內(nèi)得分子數(shù)

,才可保持氣體得壓強(qiáng)

、不變?cè)龆嘣黾硬蛔冊(cè)黾釉黾釉黾訙p少不變?cè)龃蟠蠹矣幸蓡?wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)1、關(guān)于氣體分子運(yùn)動(dòng)得特點(diǎn),正確得說(shuō)法就是(

)A、氣體分子得運(yùn)動(dòng)速率可由牛頓運(yùn)動(dòng)定律求得B、當(dāng)溫度升高時(shí),氣體分子得速率分布不再就是“中間

多,兩頭少”C、氣體分子運(yùn)動(dòng)得平均速率與溫度有關(guān)D、氣體分子得平均速度隨溫度升高而增大答案:C解析:氣體分子得運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān),當(dāng)溫度升高時(shí),平均速率變大,但仍然遵循“中間多,兩頭少”得統(tǒng)計(jì)規(guī)律,由于分子運(yùn)動(dòng)得無(wú)規(guī)則性,對(duì)于某個(gè)分子得運(yùn)動(dòng),不能由牛頓運(yùn)動(dòng)定律求得、至于平均速度,可以認(rèn)為分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)得速率相等、穩(wěn)定時(shí),平均速度幾乎等于零、當(dāng)溫度升高時(shí),平均速度不一定增大、2、(2010·廣東高考)如圖8－2－1就是密閉得氣缸,外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體,對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J,同時(shí)氣體向外界放熱200

J,缸內(nèi)氣體得(

)A、溫度升高,內(nèi)能增加600JB、溫度升高,內(nèi)能減少200JC、溫度降低,內(nèi)能增加600JD、溫度降低,內(nèi)能減少200J圖8－2－1解析:對(duì)氣體做功800J,同時(shí)氣體放出熱量200J,由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W＋Q＝800J－200J＝600J,即氣體溫度升高,內(nèi)能增加600J,故A項(xiàng)正確、答案:A3、裝有半瓶開(kāi)水得熱水瓶,經(jīng)過(guò)一晚,瓶塞不易拔出,主要原因就是(

)A、瓶?jī)?nèi)氣體因溫度降低而壓強(qiáng)減小B、瓶外因氣溫高而大氣壓強(qiáng)變大C、瓶?jī)?nèi)氣體因體積減小而壓強(qiáng)增大D、瓶?jī)?nèi)氣體因體積增大而壓強(qiáng)減小解析:瓶?jī)?nèi)氣體體積不會(huì)變化,但溫度降低,壓強(qiáng)減小,瓶塞內(nèi)外壓力差增大,故瓶塞不易拔出,A對(duì),B、C、D錯(cuò)、答案:A4、熱現(xiàn)象過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散得現(xiàn)象、所謂能量耗散就是指在能量轉(zhuǎn)化得過(guò)程中無(wú)法把流散得能量重新收集、利用、下列關(guān)于能量耗散得說(shuō)法中正確得就是

(

)A、能量耗散說(shuō)明能量不守恒B、能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C、能量耗散過(guò)程中能量仍守恒D、能量耗散就是從能量轉(zhuǎn)化得角度反映出自然界中宏觀過(guò)程具有得方向性解析:能量耗散就是指能量轉(zhuǎn)化得過(guò)程中能量得散失,說(shuō)明自然界中得宏觀熱現(xiàn)象得發(fā)展過(guò)程就是有方向性得,符合熱力學(xué)第二定律,且不違背能量守恒定律,故C、D正確、答案:CD5、有一個(gè)排氣口直徑為2、0mm得壓力鍋,如圖8－2－2甲所示,排氣口上用得限壓閥G得質(zhì)量為34、5g,根據(jù)圖乙所示得水得飽與蒸汽壓跟溫度關(guān)系得曲線(xiàn),求當(dāng)壓力鍋煮食物限壓閥放氣時(shí)(即限壓閥被向上頂起時(shí))鍋內(nèi)能達(dá)到得最高溫度、8－2－2答案:122℃[典例啟迪]

[例1]如圖8－2－3所示,導(dǎo)熱性能良好得氣缸內(nèi)用活塞封閉著一定質(zhì)量、常溫常壓得氣體,氣缸固定不動(dòng)、一條細(xì)線(xiàn)一端連接在活塞上,另一端跨過(guò)兩個(gè)光滑得定滑輪后連接在一個(gè)小桶上,開(kāi)始時(shí)活塞靜止、現(xiàn)不斷向小桶中添加細(xì)沙,使活塞緩慢向上移動(dòng)(活塞始終未被拉出氣缸、周?chē)h(huán)境溫度不變)、則在活塞移動(dòng)得過(guò)程中,下列說(shuō)法正確得就是(

)圖8－2－3A、氣缸內(nèi)氣體得分子平均動(dòng)能變小B、氣缸內(nèi)氣體得內(nèi)能變小C、氣缸內(nèi)氣體得壓強(qiáng)變小D、氣缸內(nèi)氣體向外界放熱[審題指導(dǎo)]活塞緩慢向上移動(dòng)就是指活塞始終處于平衡狀態(tài),導(dǎo)熱性能良好得氣缸內(nèi)外溫度始終相同、[解析]先分析活塞得受力,活塞受力如圖所示,在不斷向小桶中添加細(xì)砂時(shí),細(xì)線(xiàn)得拉力要不斷增大,由于大氣壓與活塞重力不變,所以氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)要減小,所以C對(duì);而由于氣缸導(dǎo)熱性能良好,在活塞緩慢移動(dòng)過(guò)程中,氣缸內(nèi)溫度與外界一樣不變,所以分子平均動(dòng)能不變,內(nèi)能不變,A、B錯(cuò);活塞緩慢向上移動(dòng)過(guò)程中,氣體對(duì)外界做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知,氣缸內(nèi)氣體要吸熱,所以D錯(cuò)、[答案]

C[歸納領(lǐng)悟]理想氣體只有分子動(dòng)能,一定質(zhì)量得氣體,其內(nèi)能只取決于溫度,而與體積無(wú)關(guān)、氣體得內(nèi)能只需分析氣體得溫度,溫度升高(或降低),內(nèi)能增大(或減小)、做功情況分析氣體體積,氣體體積增大,氣體對(duì)外做功,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功、熱量Q則由熱力學(xué)第一定律W＋Q＝ΔU確定、[題組突破]

1、一個(gè)內(nèi)壁光滑、絕熱得氣缸固定在地面上,絕熱得活塞下方封閉著空氣,若突然用豎直向上得力F將活塞向上拉一些,如圖8－2－4所示、則缸內(nèi)封閉著得氣體

(

)A、每個(gè)分子對(duì)缸壁得沖力都會(huì)減小B、單位時(shí)間內(nèi)缸壁單位面積上受到得氣體分子碰撞得次數(shù)減少圖8－2－4C、分子平均動(dòng)能不變D、若活塞重力不計(jì),拉力F對(duì)活塞做得功等于缸內(nèi)氣體內(nèi)能得改變量解析:把活塞向上拉起體積增大,氣體對(duì)活塞做功,氣體內(nèi)能減小,溫度降低,分子得平均沖力變小,碰撞次數(shù)減少,故A、C錯(cuò)B對(duì);氣體內(nèi)能得減小量等于氣體對(duì)大氣做得功減去F做得功,故D錯(cuò)、答案:B2、(2010·全國(guó)卷Ⅱ)如圖8－2－5所示,一絕熱容器被隔板K隔開(kāi)成a、b兩部分,已知a內(nèi)有一定量得稀薄氣體,b內(nèi)為真空、抽開(kāi)隔板K后,a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài)、在此過(guò)程中,

(

)A、氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少B、氣體不做功,內(nèi)能不變圖8－2－5C、氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低D、氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變解析:b室為真空,則a氣體體積膨脹對(duì)外不做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知,在絕熱時(shí),氣體得內(nèi)能不變,A項(xiàng)錯(cuò),B項(xiàng)對(duì)、又氣體就是稀薄氣體,則只有動(dòng)能,因此氣體得溫度不變,分子得平均動(dòng)能不變,分子得密集程度變小,則壓強(qiáng)減小,C項(xiàng)錯(cuò),D項(xiàng)對(duì)、答案:BD[典例啟迪][例2]根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析,下列說(shuō)法中正確得就是(

)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,也可以從低溫物體傳到高溫物體C、機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但變化得內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

D、機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,變化得內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能[思路點(diǎn)撥]從熱力學(xué)第二定律得兩種表述出發(fā)解答本題、[解析]根據(jù)熱傳遞得規(guī)律可知,熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體,但不能自發(fā)地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體、借助外界得幫助,熱量可以從低溫物體傳到高溫物體,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確、機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體克服摩擦力做功而最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí),機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能),在一定條件下,變化得內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,如理想氣體在等溫膨脹過(guò)程中,將吸收來(lái)得熱量全部用來(lái)做功,因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確、[答案]

BD[歸納領(lǐng)悟]熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與得宏觀過(guò)程具有方向性,常見(jiàn)得熱力學(xué)過(guò)程得方向性實(shí)例有:[題組突破]3、地球上有很多得海水,它得總質(zhì)量約為1、4×1018噸,如果這些海水得溫度降低0、1℃,將要放出5、8×1023焦耳得熱量,有人曾設(shè)想利用海水放出得熱量使它完全變成機(jī)械能來(lái)解決能源危機(jī),但這種機(jī)器就是不能制成得,其原因就是(

)A、內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B、內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿(mǎn)足熱力學(xué)第一定律C、只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能得機(jī)器不滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律D、上述三種原因都不正確解析:內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,如熱機(jī),A錯(cuò)誤;內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能得過(guò)程滿(mǎn)足熱力學(xué)第一定律,即能量守恒定律,B錯(cuò)誤;熱力學(xué)第二定律告訴我們:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功,而不引起其她變化,C正確、答案:C圖8－2－6A、熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B、電冰箱得制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)得熱量傳到外界,就是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸、電冰箱得工作原理不違反熱力學(xué)第二定律D、電冰箱得工作原理違反熱力學(xué)第二定律解析:電冰箱能夠從低溫物體吸收熱量,就是因?yàn)殡娏髯隽斯?消耗了電能,它不違背熱力學(xué)第二定律、答案:BC[典例啟迪]

[例3]A、B兩裝置,均由一支一端封閉、一端開(kāi)口且?guī)в胁Ａ莸霉軤钊萜髋c水銀槽組成,除玻璃泡在管上得位置不同外,其她條件都相同、將兩管抽成真空后,開(kāi)口向下插入水銀槽中(插入過(guò)程沒(méi)有空氣進(jìn)入管內(nèi)),水銀柱上升至如圖8－2－7所示位置停止、假設(shè)這一過(guò)程水銀與外界沒(méi)有熱交換,則下列說(shuō)法正確得就是(

)圖8－2－7A、A中水銀得內(nèi)能增量大于B中水銀得內(nèi)能增量B、B中水銀得內(nèi)能增量大于A中水銀得內(nèi)能增量C、A與B中水銀體積保持不變,故內(nèi)能增量相同D、A與B中水銀溫度始終相同,故內(nèi)能增量相同[審題指導(dǎo)]水銀上升得原因就是由于大氣壓力得作用,通過(guò)大氣壓力做功把大氣得能量轉(zhuǎn)化到系統(tǒng)中、[解析]在水銀進(jìn)入管中得過(guò)程中,大氣壓力對(duì)水銀做功,把大氣得能量轉(zhuǎn)化為水銀得內(nèi)能與重力勢(shì)能,在一定得大氣壓下,靜止時(shí),A、B管中水銀柱得高度就是相同得,則進(jìn)入管中得水銀體積相同,所以大氣壓力做功相同、但兩裝置中水銀重力勢(shì)能得增量不同,所以?xún)烧邇?nèi)能得改變也不同,由圖可知B管水銀得重力勢(shì)能較小,所以B管中水銀得內(nèi)能增量較多、故選項(xiàng)B正確、[答案]

B[歸納領(lǐng)悟]1、用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題,只要知道物理過(guò)程初末狀態(tài)得能量與過(guò)程中得能量轉(zhuǎn)化情況,不必考慮過(guò)程得變化細(xì)節(jié),這可以使問(wèn)題得解決過(guò)程大大簡(jiǎn)化、2、解題時(shí),要注意搞清過(guò)程中有幾種形式得能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,分析初末狀態(tài),確定ΔE增與ΔE減,利用ΔE增＝ΔE減分析或計(jì)算要解決得問(wèn)題、[題組突破]5、如圖8－2－8所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開(kāi)得A、B兩部分氣體,A得密度較小,B得密度較大,抽去隔板,加熱氣體,使兩部分氣體均勻混合,設(shè)在此過(guò)程氣體吸熱Q,氣體內(nèi)能增量為ΔU,則(

)A、ΔU＝Q

B、ΔU<QC、ΔU>QD、無(wú)法比較圖8－2－8解析:A、B氣體開(kāi)始時(shí)合重心在中線(xiàn)下,混合