热力学定律与能量守恒.ppt

<p>第十一章热学,第三节热力学定律与能量守恒,第十一章热学,一、热力学第一定律和能量守恒定律,1,改变物体内能的两种方式,(1),_,；,(2),_,2,热力学第一定律,(1),内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和,(2),表达式：,U,Q,W,做功,热传递,3,能的转化和守恒定律,(1),内容：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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变,(2),第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机它是不可能制成的,1.,(2014,高考广东卷,),用密封性好、充,满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体,(,),A,体积减小，内能增大,B,体积减小，压强减小,C,对外界做负功，内能增大,D,对外界做正功，压强减小,AC,二、热力学第二定律,1,常见的两种表述,(1),克劳修斯表述：热量不能自发地从,_,物体传到,_,物体,(2),开尔文表述：不可能从,_,吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响,2,第二类永动机：,违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机这类永动机不违背,_,，但它违背了,_,，也是不可能制成的,低温,高温,单一热库,能量守恒定律,热力学第二定律,2.,对热力学第二定律，下列理解正确的是,(,),A,自然界进行的一切宏观过程都是可逆的,B,自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的,C,热量不可能由低温物体传递到高温物体,D,由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的,BD,考点,一,对热力学第一定律的理解及应用,考点二,对热力学第二定律的理解,考点一对热力学第一定律的理解及应用,1,热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系,2,对公式,U,Q,W,符号的规定,符号,W,Q,U,外界对物体做功,物体吸收热量,内能增加,物体对外界做功,物体放出热量,内能减少,3.,几种特殊情况,(1),若过程是绝热的，则,Q,0,，,W,U,，外界对物体做的功等于物体内能的增加量,(2),若过程中不做功，即,W,0,，则,Q,U,，物体吸收的热量等于物体内能的增加量,(3),若过程的始末状态物体的内能不变，即,U,0,，则,W,Q,0,或,W,Q,.,外界对物体做的功等于物体放出的热量,特别提醒：,(1),做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的：做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移,(2),气体向真空中膨胀不做功,在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种变化是从状态,A,到状态,B,，外界对该气体做功为,6,J,；第二种变化是从状态,A,到状态,C,，该气体从外界吸收的热量为,9,J,图线,AC,的反向延长线过坐标原点,O,，,B,、,C,两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零求：,(1),从状态,A,到状态,C,的过程，该气体对外界做的功,W,1,和其内能的增量,U,1,；,(2),从状态,A,到状态,B,的过程，该气体内能的增量,U,2,及其从外界吸收的热量,Q,2,.,解析,(1),由题意知从状态,A,到状态,C,的过程，气体发生等容变化,该气体对外界做的功,W,1,0,根据热力学第一定律,U,1,W,1,Q,1,内能的增量,U,1,Q,1,9 J.,(2),从状态,A,到状态,B,的过程，体积减小，温度升高,该气体内能的增量,U,2,U,1,9 J,根据热力学第一定律有,U,2,W,2,Q,2,从外界吸收的热量,Q,2,U,2,W,2,3 J.,答案,(1)0,9 J,(2)9 J,3 J,总结提升,(1),做功看体积：体积增大，气体对外做功，,W,为负；体积缩小，外界对气体做功，,W,为正,(2),与外界绝热，则不发生热传递，此时,Q,0.,(3),由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要 体 现 在 分子动能的变化上，从 宏 观上看 就 是 温 度发生,了变化,1.,如图所示，一定质量的理想气体由状态,a,沿,abc,变化到状态,c,，吸收了,340,J,的热量，并对外做功,120,J,若 该气体由状态,a,沿,adc,变化到状态,c,时，对外做功,40,J,，则这一 过程中气体,_(,填,“,吸收,”,或,“,放出,”,),热量,_,J,.,吸收,260,解析：对该理想气体由状态,a,沿,abc,变化到状态,c,，由热力学第一定律可得：,U,Q,W,340 J,120 J,220 J,，即从,a,状态到,c,状态，理想气体的内能增加了,220 J,；若该气体由状态,a,沿,adc,变化到状态,c,时，对外做功,40 J,，此过程理想气体的内能增加还是,220 J,，所以可以判定此过程是吸收热量，再根据热力学第一定律可得：,U,Q,W,，得,Q,U,W,220 J,40 J,260 J.,考点二对热力学第二定律的理解,1,在热力学第二定律的表述中，,“,自发地,”,、,“,不产生其他影响,”,的涵义,(1),“,自发地,”,指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助,(2),“,不产生其他影响,”,的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响如吸热、放热、做功等,2,热力学第二定律的实质,热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,特别提醒：,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能也可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程,3,两类永动机的比较,第一类永动机,第二类永动机,不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器,从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器,违背能量守恒定律,不可能制成,不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成,关于热力学定律，下列说法正确的是,(,),A,为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量,B,对某物体做功，必定会使该物体的内能增加,C,可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功,D,不可能使热量从低温物体传向高温物体,E,功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程,ACE,解析,选项,A,，内能的改变可以通过做功或热传递进行，故,A,正确；选项,B,，对某物体做功，物体的内能不一定增加，,B,错误；选项,C,，在引起其他变化的情,况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，,C,正确；选项,D,，在引起其他变化的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，,D,错 误；选 项,E,，涉 及热 现 象 的 宏 观 过 程都具有方向性，,故,E,正确,2.,(2015,广东汕头模拟,),以下哪个现象,不违背热力学第二定律,(,),A,一杯热茶在打开盖后，茶会自动变得更热,B,没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是,100%,C,桶中浑浊的泥水在静置一段 时间后，泥 沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离,D,热量自发地从低温物体传到高温物体,解析：茶不会自发地变得更热，选项,A,错误；无 论什 么样的热机，效率永远不会达到,100%,，选项,B,错误；热量不 会自发地从低温物体传到高温物体，选项,D,错误,C,方法技巧,气态方程与热力学第一定律的综合应用,(2013,高考山东卷,),我国,“,蛟龙,”,号,深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录在某次深潜实验中，,“,蛟龙,”,号探测到,990,m,深处的海水温度为,280,K,某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度,T,0,300,K,，压强,p,0,1,atm,，封闭气体的体积,V,0,3,m,3,，如果将该汽缸下潜至,990,m,深处，此过程中封闭气体可视为理想气体,(1),求,990,m,深处封闭气体的体积,(1,atm,相当于,10,m,深的海水产生的压强,),(2),下潜过程中封闭气体,_(,填,“,吸热,”,或,“,放热,”,),，传递的热量,_(,填,“,大于,”,或,“,小于,”,),外界对气体所做的功,审题点睛,(1),分析封闭气体的初、末状态，明确气体状态变化遵守的规律，选用公式列方程求解,(2),根据温度变化确定内能的变化情况，根据体积的变化，确定做功情况，由热力学第一定律确定吸、放热情况及与做功的关系,答案,2.8,10,2,m,3,放热,大于,3.,(2014,高考新课标全国卷,),一定量,的理想气体从状态,a,开始，经历三个过程,ab,、,bc,、,ca,回到原状态，其,p,T,图象如图所示下列判断正确的是,(,),A,过程,ab,中气体一定吸热,B,过程,bc,中气体既不吸热也不放热,C,过程,ca,中外界对气体所做的功等于气体所放的热,D,a,、,b,和,c,三个状态中，状态,a,分子的平均动能最小,E,b,和,c,两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同,ADE,由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项,B,错误；过程,ca,压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项,C,错误；温度是分子平均动能的标志，由,p,T,图象可知，,a,状态气体温度最低，则平均动能最小，选项,D,正确；,b,、,c,两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，选项,E,正确,本部分内容讲解结束,按,ESC,键退出全屏播放,</p>