全程复习广西专用广西专用高考物理一轮复习82热力学定律及能量守恒气体新人教版.pptx

第2讲 热力学定律及能量守恒 气体考点考点1 1 热力学定律、能量守恒定律热力学定律、能量守恒定律1.1.热力学第一定律热力学第一定律（1 1）内容：外界对物体）内容：外界对物体_加上物体从外界加上物体从外界_等于物体内能的增加量等于物体内能的增加量U.U.（2 2）表达式：）表达式：U=_.U=_.做的功做的功W W吸收的热量吸收的热量Q QW+QW+Q2.2.热力学第二定律热力学第二定律（1 1）表述）表述1 1：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而_._.（2 2）表述）表述2 2：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而做功，而_._.（3 3）意义）意义:热力学第二定律表明自然界中进行的涉及热现象的热力学第二定律表明自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有宏观过程都具有_._.不引起其他变化不引起其他变化不引起其他变化不引起其他变化方向性方向性3.3.热力学第三定律：热力学零度不可达到热力学第三定律：热力学零度不可达到4.4.热力学温度和摄氏温度关系热力学温度和摄氏温度关系（1 1）T=_.T=_.（2 2）T=_.T=_.5.5.能量守恒定律能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能_转转化为化为_，或者，或者_转移到转移到_，在，在能的转化或转移过程中其总量能的转化或转移过程中其总量_._.t+273.15 Kt+273.15 Ktt从一种形式从一种形式另一种形式另一种形式从一个物体从一个物体另一个物体另一个物体不变不变1.1.热力学第一定律热力学第一定律（1 1）符号规定）符号规定.W W外界对物体做功外界对物体做功W0W0物体对外界做功物体对外界做功W0W0Q0物体向外界放出热量物体向外界放出热量Q0Q0U0物体内能减小物体内能减小U0U0（2 2）实质）实质:热力学第一定律是能量守恒的具体体现热力学第一定律是能量守恒的具体体现,说明能量说明能量在转移和转化的过程中是守恒的在转移和转化的过程中是守恒的.2.2.热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过程的发生热力学第二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过程的发生具有方向性具有方向性.热力学过程方向性实例热力学过程方向性实例:（1 1）（2 2）（3 3）（4 4）由以上可知由以上可知,并非所有能量守恒的过程都能实现并非所有能量守恒的过程都能实现.3.3.两类永动机比较两类永动机比较第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机不消耗能量却可以源源不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器不断地对外做功的机器从单一热源吸热，全部用来对外做从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器功而不引起其他变化的机器违背能量守恒定律，不违背能量守恒定律，不可能实现可能实现违背热力学第二定律，不可能实现违背热力学第二定律，不可能实现给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体（气体（）A.A.从外界吸热从外界吸热 B.B.对外界做负功对外界做负功C.C.分子平均动能减小分子平均动能减小 D.D.内能增加内能增加【解析解析】选选A.A.若车胎不漏气，气体温度不变，不计分子势能，若车胎不漏气，气体温度不变，不计分子势能，则气体分子平均动能不变，内能也不变，故则气体分子平均动能不变，内能也不变，故C C、D D两项均错两项均错.缓慢缓慢放水过程中气体膨胀，对外界做正功，再由热力学第一定律知放水过程中气体膨胀，对外界做正功，再由热力学第一定律知气体从外界吸热，故气体从外界吸热，故A A对对B B错错.考点考点2 2 气体状态参量气体状态参量1.1.温度（温度（T T或或t t）（1 1）物理意义）物理意义:宏观上表示物体的宏观上表示物体的_；微观上标志物体；微观上标志物体内分子热运动的激烈程度内分子热运动的激烈程度.它是物体分子它是物体分子_的标志的标志.冷热程度冷热程度平均动能平均动能（2 2）两种温标）两种温标.摄氏温标（摄氏温标（t t）:单位单位.在在1 1个标准大气压下个标准大气压下,水的冰点作为水的冰点作为_,_,沸点作为沸点作为_._.热力学温标（热力学温标（T T）:单位单位K.K.把把_作为作为0 K.0 K.绝对零度绝对零度（0 K0 K）是低温的极限）是低温的极限,只能接近不能达到只能接近不能达到.2.2.体积体积（1 1）宏观上：容纳气体的）宏观上：容纳气体的_._.（2 2）微观上：气体分子所能达到的）微观上：气体分子所能达到的_._.00100100-273-273容器的容积容器的容积空间体积空间体积3.3.压强压强（1 1）宏观上：器壁单位面积上受到的）宏观上：器壁单位面积上受到的_._.（2 2）微观上：大量气体分子单位时间作用在单位面积上的）微观上：大量气体分子单位时间作用在单位面积上的_._.（3 3）决定因素）决定因素宏观上：气体的宏观上：气体的_、_和物质的量和物质的量.微观上：单位体积内的微观上：单位体积内的_和分子的平均和分子的平均_._.（4 4）单位换算）单位换算:1 atm=_ cmHg=_ Pa.:1 atm=_ cmHg=_ Pa.压力压力总冲量总冲量体积体积温度温度分子数分子数动能动能76761.013101.013105 51.1.气体的温度、体积、压强之间的关系气体的温度、体积、压强之间的关系一定质量的气体，当一个参量不变时，另两个参量的关系为一定质量的气体，当一个参量不变时，另两个参量的关系为（1 1）等温变化：分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积）等温变化：分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积内分子数目增多，气体的压强增加内分子数目增多，气体的压强增加.（2 2）等容变化：单位体积内的分子数目不变，温度升高，分子）等容变化：单位体积内的分子数目不变，温度升高，分子的平均动能增加，气体的压强增加的平均动能增加，气体的压强增加.（3 3）等压变化：温度升高，气体分子的平均动能增加，只有气）等压变化：温度升高，气体分子的平均动能增加，只有气体的体积增大，单位体积内的分子数减少，才可保持气体的压体的体积增大，单位体积内的分子数减少，才可保持气体的压强不变强不变.2.2.热力学第一定律在气体状态变化中的应用热力学第一定律在气体状态变化中的应用理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内能只取决于温度，而与体积无关能只取决于温度，而与体积无关.在气体状态变化过程中，三在气体状态变化过程中，三个状态参量（个状态参量（p p、V V、T T）遵循气体状态方程）遵循气体状态方程 （或恒量）（或恒量）.3.3.气体压强常见的计算方法气体压强常见的计算方法（1 1）液体内深为）液体内深为h h处的总压强处的总压强p=pp=p0 0+gh,+gh,式中的式中的p p0 0为液面上方的为液面上方的压强压强,在水银内在水银内,用用cmHgcmHg做单位时可表示为做单位时可表示为p=H+h.p=H+h.（2 2）求用固体（如活塞）或液体（如液柱）封闭在静止的容器）求用固体（如活塞）或液体（如液柱）封闭在静止的容器内的气体压强内的气体压强,应对封闭物进行受力分析应对封闭物进行受力分析,然后根据平衡条件求然后根据平衡条件求解解.（20122012南京模拟）一定质量的理想气体南京模拟）一定质量的理想气体,经等温压缩经等温压缩,气体的气体的压强增大压强增大,用分子动理论的观点分析用分子动理论的观点分析,这是因为（这是因为（）A.A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲量增大气体分子每次碰撞器壁的平均冲量增大B.B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多C.C.气体分子的总数增加气体分子的总数增加D.D.气体分子的密度增大气体分子的密度增大【解析解析】选选B B、D.D.理想气体经等温压缩理想气体经等温压缩,压强增大压强增大,体积减小体积减小,分分子密度增大子密度增大,则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多次数增多,故故B B、D D正确正确.对一定质量的理想气体对一定质量的理想气体,分子总数不变分子总数不变,C,C错错.由于气体等温变化由于气体等温变化,分子的平均动能不变分子的平均动能不变,故每次撞击器壁的故每次撞击器壁的平均冲量不变平均冲量不变,A,A错错.热力学第一定律与气体的综合应用热力学第一定律与气体的综合应用【例证例证1 1】如图所示如图所示,一绝热容器被隔板一绝热容器被隔板K K分隔成分隔成a a、b b两部分两部分.已已知知a a内有一定量的稀薄气体内有一定量的稀薄气体,b,b内为真空内为真空.抽开隔板抽开隔板K K后后,a,a内气体进内气体进入入b,b,最终达到平衡状态最终达到平衡状态.在此过程中（在此过程中（）A A气体对外界做功气体对外界做功,内能减少内能减少B B气体不做功气体不做功,内能不变内能不变C C气体压强变小气体压强变小,温度降低温度降低D D气体压强变小气体压强变小,温度不变温度不变【解题指南解题指南】解答该题应注意以下两点解答该题应注意以下两点:（1 1）容器为绝热容器）容器为绝热容器,与外界没有能量交换与外界没有能量交换.（2 2）b b内为真空内为真空,则则a a内气体进入内气体进入b b时没有做功时没有做功.【自主解答自主解答】选选B B、D.D.在本题中由于在本题中由于b b内为真空，当内为真空，当a a内气体膨胀内气体膨胀时，无受力物体，因此气体并不对外做功，又由于容器绝热，时，无受力物体，因此气体并不对外做功，又由于容器绝热，气体与外界无热交换，所以气体的内能不变，故气体与外界无热交换，所以气体的内能不变，故A A错，错，B B正确；正确；由于气体是稀薄气体，所以可把气体看成理想气体，此时不考由于气体是稀薄气体，所以可把气体看成理想气体，此时不考虑分子间的作用力，即不必考虑分子势能，气体的内能只由分虑分子间的作用力，即不必考虑分子势能，气体的内能只由分子动能决定，此过程中气体的温度不变，由于体积增大，分子子动能决定，此过程中气体的温度不变，由于体积增大，分子密度减小，所以压强变小，故密度减小，所以压强变小，故C C错错,D,D正确正确.【总结提升总结提升】解答该题的关键是解答该题的关键是:（1 1）容器绝热）容器绝热,气体与外界无热交换气体与外界无热交换.（2 2）b b内为真空内为真空,a,a中气体虽然膨胀中气体虽然膨胀,但不对外做功但不对外做功,现对易错选现对易错选项及错误原因具体分析如下项及错误原因具体分析如下:易错选项易错选项错误原因错误原因易错选易错选A A项项误认为只要气体膨胀就一定对外做功误认为只要气体膨胀就一定对外做功,再由热力再由热力学第一定律判断其内能减少学第一定律判断其内能减少.而实际上由于而实际上由于b b内内为真空为真空.当当a a部分的气体膨胀时，没有受到外界部分的气体膨胀时，没有受到外界的压力，所以气体膨胀时并未对外做功的压力，所以气体膨胀时并未对外做功.易错选项易错选项错误原因错误原因易错选易错选C C项项由上述结论由上述结论,误判断温度降低；或者误认为气误判断温度降低；或者误认为气体的体积膨胀时，分子间距离变大，克服分体的体积膨胀时，分子间距离变大，克服分子力做功，分子势能增加，导致分子动能减子力做功，分子势能增加，导致分子动能减小，使气体温度降低小，使气体温度降低.而实际上稀薄气体可等而实际上稀薄气体可等效为理想气体，不考虑分子力，也就不考虑效为理想气体，不考虑分子力，也就不考虑分子势能分子势能.气体实验定律的应用气体实验定律的应用【例证例证2 2】（20112011上海高考）（上海高考）（1010分）如图分）如图,绝热汽缸绝热汽缸A A与导热与导热汽缸汽缸B B均固定于地面均固定于地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦摩擦.两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为开始时体积均为V V0 0、温度均为、温度均为T T0 0.缓慢加热缓慢加热A A中气体中气体,停止加热达到稳定后停止加热达到稳定后,A,A中气中气体压强为原来的体压强为原来的1.21.2倍倍.设环境温度始终保持不变设环境温度始终保持不变,求汽缸求汽缸A A中气中气体的体积体的体积V VA A和温度和温度T TA A.【解题指南解题指南】解答本题要把握以下思路解答本题要把握以下思路:（1 1）处于平衡状态时）处于平衡状态时A A、B B中气体的压强相等中气体的压强相等.（2 2）B B汽缸导热汽缸导热,内部气体做等温变化内部气体做等温变化,由玻意耳定律分析由玻意耳定律分析.（3 3）A A汽缸绝热汽缸绝热,内部气体的内部气体的p p、V V、T T均变化均变化,由气体状态方程分由气体状态方程分析析.【规范解答规范解答】设初态压强为设初态压强为p p0 0,膨胀后膨胀后A A、B B压强相等压强相等p pB B=1.2p=1.2p0 0 （2 2分）分）B B中气体始末状态温度相等中气体始末状态温度相等p p0 0V V0 0=1.2p=1.2p0 0（2V2V0 0-V-VA A）（2 2分）分）所以所以 （2 2分）分）A A部分气体满足部分气体满足 （2 2分）分）所以所以T TA A=1.4T=1.4T0 0 （2 2分）分）答案：答案：1.4T1.4T0 0【总结提升总结提升】应用状态方程解题的一般步骤应用状态方程解题的一般步骤（1 1）明确研究对象）明确研究对象,即质量一定的那部分气体或两部分气体即质量一定的那部分气体或两部分气体.（2 2）确定每部分气体的始末状态参量）确定每部分气体的始末状态参量p p1 1、V V1 1、T T1 1及及p p2 2、V V2 2、T T2 2.（3 3）建立状态方程）建立状态方程,对相关的两部分气体还要列出压强或体积对相关的两部分气体还要列出压强或体积间的关系方程间的关系方程.（4 4）注意讨论结果的合理性）注意讨论结果的合理性.考查内容考查内容关于气体图象问题关于气体图象问题【例证例证】如图甲所示是一个右端开口的圆筒形汽缸，活塞可以如图甲所示是一个右端开口的圆筒形汽缸，活塞可以在汽缸内自由滑动在汽缸内自由滑动.活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，此活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，此时气体的温度为时气体的温度为27.27.若给汽缸加热，使气体温度升高，让气若给汽缸加热，使气体温度升高，让气体推动活塞从体推动活塞从MNMN缓慢地移到缓慢地移到PQ.PQ.已知大气压强已知大气压强p p0 0=1.010=1.0105 5 Pa.Pa.求：求：（1 1）当活塞到达）当活塞到达PQPQ后缸内气体的温度；后缸内气体的温度；（2 2）把活塞锁定在）把活塞锁定在PQPQ位置上，让气体的温度缓慢地降到位置上，让气体的温度缓慢地降到27,27,求此时气体的压强并分析判断该过程气体是放热还是吸热；求此时气体的压强并分析判断该过程气体是放热还是吸热；（3 3）在图乙中画出上述两个过程中气体压强）在图乙中画出上述两个过程中气体压强p p随温度随温度T T变化的图变化的图象象.【规范解答规范解答】（1 1）此过程为等压变化过程）此过程为等压变化过程p p1 1=p=p2 2=p=p0 0=110=1105 5 Pa,Pa,V V2 2=2V=2V1 1，T T1 1=300 K=300 K由由得：得：T T2 2=600 K=600 K（2 2）此过程为等容变化过程，）此过程为等容变化过程，T T3 3=300 K=300 K由查理定律：由查理定律：得：得：p p3 3=0.510=0.5105 5 Pa Pa该过程中气体温度降低，内能减少，体积不变，做功为零，由该过程中气体温度降低，内能减少，体积不变，做功为零，由热力学第一定律可判断气体向外放热热力学第一定律可判断气体向外放热.（3 3）p pT T图象如图所示图象如图所示.答案：答案：（1 1）600 K 600 K （2 2）0.5100.5105 5 Pa Pa 放热放热（3 3）见规范解答）见规范解答1.1.（20112011广东高考）如图为某种广东高考）如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，椅子与其升降部分的结构示意图，M M、N N两筒间密闭了一定质量的气体，两筒间密闭了一定质量的气体，M M可沿可沿N N的内壁上下滑动，设筒内气的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在体不与外界发生热交换，在M M向下滑向下滑动的过程中（动的过程中（）A.A.外界对气体做功，气体内能增大外界对气体做功，气体内能增大B.B.外界对气体做功，气体内能减小外界对气体做功，气体内能减小C.C.气体对外界做功，气体内能增大气体对外界做功，气体内能增大D.D.气体对外界做功，气体内能减小气体对外界做功，气体内能减小【解析解析】选选A.MA.M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，由热力学第一定律知，体做功，由热力学第一定律知，Q=0Q=0，内能的改变取决于做功，内能的改变取决于做功，因外界对气体做功，故气体的内能增大，因外界对气体做功，故气体的内能增大，A A正确，正确，B B、C C、D D错误错误.2.2.（20122012河池模拟）一定质量的理想气体处于平衡态河池模拟）一定质量的理想气体处于平衡态,现设现设法使其温度升高而压强减小达到平衡态法使其温度升高而压强减小达到平衡态,则（则（）A.A.状态状态时气体的密度比状态时气体的密度比状态时气体的密度小时气体的密度小B.B.状态状态时分子的平均动能比状态时分子的平均动能比状态时分子的平均动能大时分子的平均动能大C.C.从状态从状态到状态到状态过程中气体要向外放热过程中气体要向外放热D.D.从状态从状态到状态到状态过程中气体要对外做功过程中气体要对外做功【解析解析】选选D.D.由由 =常数知常数知,温度升高而压强减小时温度升高而压强减小时,体积一体积一定增大定增大,即对外做功即对外做功,气体的密度减小气体的密度减小,A,A错，错，D D对对.又由又由U=W+QU=W+Q知知,气体一定吸热气体一定吸热,C,C错错.温度升高温度升高,气体分子的平均动能增大气体分子的平均动能增大,B,B错错.3.3.一定质量理想气体的状态经历了如图所示一定质量理想气体的状态经历了如图所示的的abab、bcbc、cdcd、dada四个过程，其中四个过程，其中bcbc的延长的延长线通过原点，线通过原点，cdcd垂直于垂直于abab且与水平轴平行，且与水平轴平行，dada与与bcbc平行平行.则气体体积在（则气体体积在（）A.abA.ab过程中不断增加过程中不断增加B.bcB.bc过程中保持不变过程中保持不变C.cdC.cd过程中不断增加过程中不断增加D.daD.da过程中保持不变过程中保持不变【解析解析】选选A A、B.B.由由 可知可知p pT T图中斜率图中斜率 C C为定值为定值.据据此可知此可知abab过程中体积增加，过程中体积增加，A A项正确；项正确；bcbc过程体积不变，过程体积不变，B B项正项正确；确；cdcd过程中体积减小，过程中体积减小，C C项错误；由于项错误；由于OdOd直线的斜率与直线的斜率与OaOa直线直线的斜率不等，故的斜率不等，故d d、a a状态体积不等，状态体积不等，D D错误错误.4.4.（20122012绵阳模拟）医疗室用的电热高压绵阳模拟）医疗室用的电热高压灭菌锅的锅盖密封良好灭菌锅的锅盖密封良好,盖上有一个排气孔盖上有一个排气孔,上面扣一个限压阀上面扣一个限压阀,利用其重力将排气孔压利用其重力将排气孔压住住.排气孔和限压阀的示意图如图所示排气孔和限压阀的示意图如图所示.加热加热过程中当锅内气压达到一定程度时过程中当锅内气压达到一定程度时,气体就气体就会把限压阀顶起来会把限压阀顶起来,使高压气体排出使高压气体排出,这样就能使锅内保持较高这样就能使锅内保持较高而又安全稳定的压强而又安全稳定的压强.若限压阀的质量若限压阀的质量m=0.1 kg,m=0.1 kg,横截面直径横截面直径D=D=2 cm,2 cm,排气孔直径排气孔直径d=0.3 cm,d=0.3 cm,大气压为标准值大气压为标准值(取取p p0 0=110=1105 5 Pa),Pa),则锅内气压最大可达多少则锅内气压最大可达多少?（g g取取10 N/kg10 N/kg）【解析解析】当锅内气压达到最大时当锅内气压达到最大时,限压阀被顶起限压阀被顶起,此时限压阀处此时限压阀处于受力平衡状态于受力平衡状态,设此时锅内气压为设此时锅内气压为p,p,则由平衡条件可得则由平衡条件可得所以所以答案：答案：2.4102.4105 5 Pa Pa