【全程復(fù)習(xí)】(廣西專用)(廣西專用)2014年高考物理一輪復(fù)習(xí) 8.2熱力學(xué)定律及能量守恒 氣體課件 新人教版.ppt

1、第2講 熱力學(xué)定律及能量守恒 氣體,考點(diǎn)1 熱力學(xué)定律、能量守恒定律,1.熱力學(xué)第一定律 （1）內(nèi)容：外界對(duì)物體_加上物體從外界_ 等于物體內(nèi)能的增加量U. （2）表達(dá)式：U=_.,做的功W,吸收的熱量Q,W+Q,2.熱力學(xué)第二定律 （1）表述1：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而 _. （2）表述2：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對(duì)外 做功，而_. （3）意義:熱力學(xué)第二定律表明自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的 宏觀過程都具有_.,不引起其他變化,不引起其他變化,方向性,3.熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)零度不可達(dá)到 4.熱力學(xué)溫度和攝氏溫度關(guān)系 （1）T=_. （2）T=_. 5.能量守恒

2、定律 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能_轉(zhuǎn) 化為_，或者_(dá)轉(zhuǎn)移到_，在 能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量_.,t+273.15 K,t,從一種形式,另一種形式,從一個(gè)物體,另一個(gè)物體,不變,1.熱力學(xué)第一定律 （1）符號(hào)規(guī)定.,W,外界對(duì)物體做功,W0,物體對(duì)外界做功,W0,Q,物體從外界吸收熱量,Q0,物體向外界放出熱量,Q0,U,物體內(nèi)能增加,U0,物體內(nèi)能減小,U0,（2）實(shí)質(zhì):熱力學(xué)第一定律是能量守恒的具體體現(xiàn),說明能量在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程中是守恒的.,2.熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律是說不違背能量守恒定律的熱力學(xué)過程的發(fā)生 具有方向性.熱力學(xué)過程方向性實(shí)例: （1） （2） （3

3、） （4） 由以上可知,并非所有能量守恒的過程都能實(shí)現(xiàn).,3.兩類永動(dòng)機(jī)比較,給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面，在緩慢放水過程中，若 車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢(shì)能，則胎內(nèi) 氣體（ ） A.從外界吸熱 B.對(duì)外界做負(fù)功 C.分子平均動(dòng)能減小 D.內(nèi)能增加,【解析】選A.若車胎不漏氣，氣體溫度不變，不計(jì)分子勢(shì)能，則氣體分子平均動(dòng)能不變，內(nèi)能也不變，故C、D兩項(xiàng)均錯(cuò).緩慢放水過程中氣體膨脹，對(duì)外界做正功，再由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w從外界吸熱，故A對(duì)B錯(cuò).,考點(diǎn)2 氣體狀態(tài)參量,1.溫度（T或t） （1）物理意義:宏觀上表示物體的_；微觀上標(biāo)志物體 內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度.它是物體分子_的

4、標(biāo)志.,冷熱程度,平均動(dòng)能,（2）兩種溫標(biāo). 攝氏溫標(biāo)（t）:單位.在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的冰點(diǎn)作為 _,沸點(diǎn)作為_. 熱力學(xué)溫標(biāo)（T）:單位K.把_作為0 K.絕對(duì)零度 （0 K）是低溫的極限,只能接近不能達(dá)到. 2.體積 （1）宏觀上：容納氣體的_. （2）微觀上：氣體分子所能達(dá)到的_.,0,100,-273,容器的容積,空間體積,3.壓強(qiáng) （1）宏觀上：器壁單位面積上受到的_. （2）微觀上：大量氣體分子單位時(shí)間作用在單位面積上的 _. （3）決定因素 宏觀上：氣體的_、_和物質(zhì)的量. 微觀上：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的_和分子的平均_. （4）單位換算:1 atm=_ cmHg=_ Pa.,壓力,總

5、沖量,體積,溫度,分子數(shù),動(dòng)能,76,1.013105,1.氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)之間的關(guān)系 一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)一個(gè)參量不變時(shí)，另兩個(gè)參量的關(guān)系為 （1）等溫變化：分子的平均動(dòng)能不變，若體積減小，單位體積內(nèi)分子數(shù)目增多，氣體的壓強(qiáng)增加. （2）等容變化：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的分子數(shù)目不變，溫度升高，分子的平均動(dòng)能增加，氣體的壓強(qiáng)增加. （3）等壓變化：溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增加，只有氣體的體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，才可保持氣體的壓強(qiáng)不變.,2.熱力學(xué)第一定律在氣體狀態(tài)變化中的應(yīng)用 理想氣體無分子勢(shì)能，只有分子動(dòng)能，一定質(zhì)量的氣體，其內(nèi) 能只取決于溫度，而與體積無關(guān).在氣體狀態(tài)變化過程中，三

6、 個(gè)狀態(tài)參量（p、V、T）遵循氣體狀態(tài)方程 （或恒量）.,3.氣體壓強(qiáng)常見的計(jì)算方法 （1）液體內(nèi)深為h處的總壓強(qiáng)p=p0+gh,式中的p0為液面上方的壓強(qiáng),在水銀內(nèi),用cmHg做單位時(shí)可表示為p=H+h. （2）求用固體（如活塞）或液體（如液柱）封閉在靜止的容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng),應(yīng)對(duì)封閉物進(jìn)行受力分析,然后根據(jù)平衡條件求解.,（2012南京模擬）一定質(zhì)量的理想氣體,經(jīng)等溫壓縮,氣體的壓強(qiáng)增大,用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)分析,這是因?yàn)椋?） A.氣體分子每次碰撞器壁的平均沖量增大 B.單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數(shù)增多 C.氣體分子的總數(shù)增加 D.氣體分子的密度增大,【解析】選B、D.理想

7、氣體經(jīng)等溫壓縮,壓強(qiáng)增大,體積減小,分子密度增大,則單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多,故B、D正確.對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體,分子總數(shù)不變,C錯(cuò).由于氣體等溫變化,分子的平均動(dòng)能不變,故每次撞擊器壁的平均沖量不變,A錯(cuò).,熱力學(xué)第一定律與氣體的綜合應(yīng)用 【例證1】如圖所示,一絕熱容器被隔板K分隔成a、b兩部分.已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空.抽開隔板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 C氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低 D氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變 【解題指南】解答該題應(yīng)注意以下兩點(diǎn): （1）容器為絕熱容器,與外

8、界沒有能量交換. （2）b內(nèi)為真空,則a內(nèi)氣體進(jìn)入b時(shí)沒有做功.,【自主解答】選B、D.在本題中由于b內(nèi)為真空，當(dāng)a內(nèi)氣體膨脹時(shí)，無受力物體，因此氣體并不對(duì)外做功，又由于容器絕熱，氣體與外界無熱交換，所以氣體的內(nèi)能不變，故A錯(cuò)，B正確；由于氣體是稀薄氣體，所以可把氣體看成理想氣體，此時(shí)不考慮分子間的作用力，即不必考慮分子勢(shì)能，氣體的內(nèi)能只由分子動(dòng)能決定，此過程中氣體的溫度不變，由于體積增大，分子密度減小，所以壓強(qiáng)變小，故C錯(cuò),D正確.,【總結(jié)提升】解答該題的關(guān)鍵是: （1）容器絕熱,氣體與外界無熱交換. （2）b內(nèi)為真空,a中氣體雖然膨脹,但不對(duì)外做功,現(xiàn)對(duì)易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因具體分析如下:,【

9、變式訓(xùn)練】地面附近有一正在上升的空氣團(tuán),它與外界的熱交換忽略不計(jì).已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低,則該氣團(tuán)在此上升過程中（不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)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 【解析】選C.由題意,該氣團(tuán)在上升過程中,壓強(qiáng)變小,故體積增大,對(duì)外做功.由于它與外界的熱交換忽略不計(jì),由熱力學(xué)第一定律知其內(nèi)能減少,因不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能,故分子的平均動(dòng)能變小,因此溫度降低.故只有C正確.,氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用 【例證2】（2011上海高考）（10分）如圖,絕熱汽缸A與導(dǎo)熱汽缸B均固定于地面,由剛性桿連接的絕熱活塞與兩汽缸間均無摩

10、擦.兩汽缸內(nèi)裝有處于平衡狀態(tài)的理想氣體,開始時(shí)體積均為V0、溫度均為T0.緩慢加熱A中氣體,停止加熱達(dá)到穩(wěn)定后,A中氣體壓強(qiáng)為原來的1.2倍.設(shè)環(huán)境溫度始終保持不變,求汽缸A中氣體的體積VA和溫度TA.,【解題指南】解答本題要把握以下思路: （1）處于平衡狀態(tài)時(shí)A、B中氣體的壓強(qiáng)相等. （2）B汽缸導(dǎo)熱,內(nèi)部氣體做等溫變化,由玻意耳定律分析. （3）A汽缸絕熱,內(nèi)部氣體的p、V、T均變化,由氣體狀態(tài)方程分析.,【規(guī)范解答】設(shè)初態(tài)壓強(qiáng)為p0,膨脹后A、B壓強(qiáng)相等 pB=1.2p0 （2分） B中氣體始末狀態(tài)溫度相等 p0V0=1.2p0（2V0-VA） （2分） 所以 （2分） A部分氣體滿足

11、（2分） 所以TA=1.4T0 （2分） 答案： 1.4T0,【總結(jié)提升】應(yīng)用狀態(tài)方程解題的一般步驟 （1）明確研究對(duì)象,即質(zhì)量一定的那部分氣體或兩部分氣體. （2）確定每部分氣體的始末狀態(tài)參量p1、V1、T1及p2、V2、T2. （3）建立狀態(tài)方程,對(duì)相關(guān)的兩部分氣體還要列出壓強(qiáng)或體積間的關(guān)系方程. （4）注意討論結(jié)果的合理性.,【變式訓(xùn)練】如圖所示,一開口汽缸內(nèi)盛有密度為的某種液體;一長(zhǎng)為l的粗細(xì)均勻的小瓶底朝上漂浮在液體中,平衡時(shí)小瓶露出液面的部分和進(jìn)入小瓶中液柱的長(zhǎng)度均為l/4.現(xiàn)用活塞將汽缸封閉（圖中未畫出）,使活塞緩慢向下運(yùn)動(dòng),各部分氣體的溫度均保持不變.當(dāng)小瓶的底部恰好與液面相平

12、 時(shí),進(jìn)入小瓶中的液柱長(zhǎng)度為l/2,求此時(shí)汽缸 內(nèi)氣體的壓強(qiáng).大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g.,【解析】設(shè)當(dāng)小瓶?jī)?nèi)氣體的長(zhǎng)度為 時(shí),壓強(qiáng)為p1;當(dāng)小瓶的底 部恰好與液面相平時(shí),瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)為p2,汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng) 為p3. 依題意 由玻意耳定律 式中S為小瓶的橫截面積.聯(lián)立兩式,得 ,又有 聯(lián)立式,得 答案：,【變式備選】如圖所示,薄壁光滑導(dǎo)熱良 好的汽缸放在光滑水平面上,當(dāng)環(huán)境溫度 為10 時(shí),用橫截面積為1.010-2 m2的 活塞封閉體積為2.010-3 m3的理想氣體,活塞另一端固定在墻上.外界大氣壓強(qiáng)為1.0105Pa. （1）當(dāng)環(huán)境溫度為37 時(shí),汽缸自由移動(dòng)了多少距離? （2）

13、如果環(huán)境溫度保持在37 ,對(duì)汽缸作用水平力,使缸內(nèi)氣體體積緩慢地恢復(fù)到原來數(shù)值,這時(shí)汽缸受到的水平作用力多大?,【解析】（1）氣體等壓變化 汽缸移動(dòng)的距離為,（2）氣體等容變化 對(duì)汽缸受力分析,根據(jù)平衡條件, p3S=p0S+F， F=（p3-p0）S=11041.010-2 N=100 N. 答案：（1）210-2 m （2）100 N,【例證】如圖甲所示是一個(gè)右端開口的圓筒形汽缸，活塞可以在汽缸內(nèi)自由滑動(dòng).活塞將一定量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)，此時(shí)氣體的溫度為27 .若給汽缸加熱，使氣體溫度升高，讓氣體推動(dòng)活塞從MN緩慢地移到PQ.已知大氣壓強(qiáng)p0=1.0105 Pa.求：,（1）當(dāng)活塞到達(dá)

14、PQ后缸內(nèi)氣體的溫度； （2）把活塞鎖定在PQ位置上，讓氣體的溫度緩慢地降到27 ,求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)并分析判斷該過程氣體是放熱還是吸熱； （3）在圖乙中畫出上述兩個(gè)過程中氣體壓強(qiáng)p隨溫度T變化的圖象.,【規(guī)范解答】（1）此過程為等壓變化過程p1=p2=p0=1105 Pa, V2=2V1，T1=300 K 由 得：T2=600 K （2）此過程為等容變化過程，T3=300 K 由查理定律：得：p3=0.5105 Pa,該過程中氣體溫度降低，內(nèi)能減少，體積不變，做功為零，由熱力學(xué)第一定律可判斷氣體向外放熱. （3）pT圖象如圖所示. 答案：（1）600 K （2）0.5105 Pa 放熱 （3）

15、見規(guī)范解答,1.（2011廣東高考）如圖為某種 椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖， M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體， M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣 體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑 動(dòng)的過程中（ ）,A.外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大 B.外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小 C.氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大 D.氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小 【解析】選A.M向下滑動(dòng)的過程中，氣體體積減小，故外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律知，Q=0，內(nèi)能的改變?nèi)Q于做功，因外界對(duì)氣體做功，故氣體的內(nèi)能增大，A正確，B、C、D錯(cuò)誤.,2.（2012河池模擬）一定質(zhì)量的理想氣體處于平衡態(tài),現(xiàn)設(shè)法使其溫度升高而壓強(qiáng)減小達(dá)

16、到平衡態(tài),則（ ） A.狀態(tài)時(shí)氣體的密度比狀態(tài)時(shí)氣體的密度小 B.狀態(tài)時(shí)分子的平均動(dòng)能比狀態(tài)時(shí)分子的平均動(dòng)能大 C.從狀態(tài)到狀態(tài)過程中氣體要向外放熱 D.從狀態(tài)到狀態(tài)過程中氣體要對(duì)外做功,【解析】選D.由 =常數(shù)知,溫度升高而壓強(qiáng)減小時(shí),體積一 定增大,即對(duì)外做功,氣體的密度減小,A錯(cuò)，D對(duì).又由U=W+Q 知,氣體一定吸熱,C錯(cuò).溫度升高,氣體分子的平均動(dòng)能增大,B 錯(cuò).,3.一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示 的ab、bc、cd、da四個(gè)過程，其中bc的延長(zhǎng) 線通過原點(diǎn)，cd垂直于ab且與水平軸平行， da與bc平行.則氣體體積在（ ） A.ab過程中不斷增加 B.bc過程中保持不變 C.cd過程中不斷增加 D.da過程中保持不變,【解析】選A、B.由 可知pT圖中斜率 C為定值.據(jù) 此可知ab過程中體積增加，A項(xiàng)正確；bc過程體積不變，B項(xiàng)正 確；cd過程中體積減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于Od直線的斜率與Oa直線 的斜率不等，故d、a狀態(tài)體積不等，D錯(cuò)誤.,4.（2012綿陽模擬）醫(yī)療室用的電熱高壓 滅菌鍋的鍋蓋密封良好,蓋上有一個(gè)排氣孔,