年高考物理总复习(教科版)课件：选修33 第3课时 热力学定律与能量守恒

1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
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.
3.热力学过程方向性实例 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.如
(1)高温物体 (2)功
低温物体 热
(3)气体体积 V1
气体体积 V2(较大)
背
,因此不动可力能实现. 燃料
(2)第能二量类守永恒动定机律:从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起
其他变化的机器.违背
,不可能实现.
热力学第二定律
自主检测
1.思考判断 (1)做功和热传递的实质是相同的.( ) (2)绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,气体的内能一定减少.( ) (3)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变.( ) (4)在给自行车打气时,会发现打气筒的温度升高,这是因为外界对气体做 功.( ) (5)热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化.( )
第3课时 热力学定律与能量守恒
基础回顾 核心探究 演练提升
基础回顾
自主梳理·融会贯通 知识梳理
一、热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式
(1) 做功 :将其他形式的能转化为内能; (2) 热传递 :物体间内能的转移. 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
与外界对它
3.(2018·湖北黄冈模拟)(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( ACE ) 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.可能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
(4)不同气体 A 和 B
混合气体 AB
【典例2】 (2018·辽宁大连模拟)(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意
图.压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制
冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外.
下列说法正确的是(
)
BCE
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的 热量传到外界,是因为其消耗了电能 C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 E.电冰箱的效率不可能达到100%
答案: (2)9 J 3 J
反思总结 判定物体内能变化的方法 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析. (2)做功情况看气体的体积: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. (3)与外界绝热,则不发生热传递,此时Q=0. (4)如果研究对象是理想气体,则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.
气体体积减小为原来的一半,不计温度变化,则此过程中(
)
A.外界对封闭气体对外界做正功 B.封闭气体向外界传递热AB量E
C.封闭气体分子的平均动能增大 D.封闭气体从外界吸收热量
E.封闭气体的压强增为原来的2倍
解析:因为气体的温度不变,所以气体分子的平均动能不变,选项C错误;当气 体体积减小时,外界对气体做功,选项A正确;由热力学第一定律可得,封闭气体 将向外界传递热量,选项D错误,B正确,由玻意耳定律可知,选项E正确.
3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,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=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增 加量. (3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=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.
多维训练
1.[热力学第一定律的理解](2015·北京卷,13)下列说法正确的是( C ) A.物体放出热量,其内能一定减小 B.物体对外做功,其内能一定减小 C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加 D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变
解析:由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,若物体放出热量,但外界对物体做 正功,则ΔU不一定为负值,即内能不一定减少,故A项错误;同理可分析出,B项 和D项错误,C项正确.
误区警示 热力学第二定律的应用注意点
自然界中进行的涉及热现象的宏观过程均具有方向性.即使符合能量守恒 定律的过程,也未必都能发生,如扩散、热传递、摩擦生热等过程均有不可 逆性,这里的不可逆性是指要返回到初始状态,必须借助外界的帮助.
【针对训练】 (多选)下列说法中正确的是( ABE ) A.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递 B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成“能源危机” E.第二类永动机不能制成的原因是违反了热力学第二定律
解析:改变内能的方法有做功和热传递两种,所以为了增加物体的内能,必须对物体 做功或向它传递热量,选项A正确;对物体做功的同时向外界放热,则物体的内能可 能不变或减小,选项B错误;根据热力学第二定律可知,在对外界有影响的前提下,可 以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,选项C正确;在有外界做功的条件下,可以 使热量从低温物体传递到高温物体,选项D错误;根据热力学第二定律可知,选项E正 确.
解析:热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律,是能量守 恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,选项C正确;由热力学第二定律可 知,热量不能自发地从低温物体传给高温物体,除非有外界的影响或帮助;电 冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消耗电能,选 项B正确,A,D错误.电冰箱工作时会产生内能,效率永远不可能达到100%,E 正确.
所做的功的和.
热量
(2)表达式:ΔU= .
Q+W
二、热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述:不可能把热量从 低温物体 传递到高温物体而不产生 其他影响.
(2)开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而______
__________.
不产生
2其.用他熵影的响概念表示热力学第二定律
核心探究
分类探究·各个击破
考点一 热力学第一定律
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ΔU=Q+W符号的规定
符号 + -
W
Q
外界对物体 物体吸收热
做功
量
物体对外界 物体放出热
做功
量
ΔU 内能增加 内能减少
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.(2018·云南昆明质检)(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之
一,人类在采取节能减排措施的同时,也在研究控制温室气体的新方法,目前
专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术.在某次实验中,将一定质量的二
氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中,将容器缓慢移到海水某深处,
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/212021/11/212021/11/2111/21/2021 7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍 受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/212021/11/21November 21, 2021 8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/212021/11/212021/11/212021/11/21
解析:ab 过程为等容变化,由 pa = pb ,pb>pa 得 Tb>Ta,温度升高,气体内能增加,选 Ta Tb
项 A 正确.ca 过程为等压变化,Vc>Va,气体体积减小,外界对气体做功,选项 B 正 确.ab 过程为等容变化,气体体积不变,气体与外界间不做功,选项 C 错误.bc 过程 为等温变化,气体内能不变,即ΔU=0,Vc>Vb,气体体积变大,气体对外界做功,W<0, 由热力学第一定律ΔU=Q+W 得 Q>0,所以气体吸收热量,选项 D 正确.ca 过程为等 压变化,由 Vc = Va ,Vc>Va 则 Tc>Ta,气体温度降低,ΔU<0,外界对气体做功 W>0,由
孤立系统的熵总是增加的,或者孤立系统的熵总不
.
减小
三、能量守恒定律和两类永动机
1.能量守恒定律
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式 转化 为另一种
形式,或者或转移的过程中其_______ 总量
不变.
2.两类永动机
(1)第一类永动机:不需要任何
和
,却能对外不断做功.违
Tc Ta 热力学第一定律ΔU=Q+W 得 Q<0,所以气体对外界放出热量,选项 E 错误.
考点二 热力学第二定律
1.热力学第二定律的理解 (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.
(1)从状态A到状态C的过程,该气体对外界做的功W1和其内能的增量ΔU1;
〚核心点拨〛 (1)A→C过程为等容过程,W=0,则Q=ΔU. 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W1=0 根据热力学第一定律有ΔU1=W1+Q1 内能的增量ΔU1=Q1=9 J.
4.大气压强为p0=1.0×105 Pa,水在1个大气压下沸腾时,1 g水吸收2 263.8 J 的热量后由液态变成同温度的气态,其体积由1.043 cm3 变成1 676 cm3,则体
积膨胀时气体对外界做的功为
J,该过程中气体的内能变化为 J.
解析:气体体积膨胀对外做功为 W=p0ΔV=105×(1 676-1.043)×10-6J≈167.5 J. 由热力学第一定律得 ΔU=Q+W=2 263.8 J-167.5 J=2 096.3 J. 答案:167.5 增加2 096.3
答案:(1)0 9 J
(2)从状态A到状态B的过程,该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.
〚核心点拨〛(2)利用A→B和A→C过程的初末状态温度相同,则ΔU相同, 再利用热力学第一定律求出Q2.
解析:(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ΔU2=ΔU1=9 J 根据热力学第一定律有ΔU2=W2+Q2 从外界吸收的热量Q2=ΔU2-W2=3 J.
解析:热力学第二定律有两种表述:第一是热量不能自发地从低温物体传 到高温物体,即自发热传递具有方向性,选项A中热量从低温物体传到高温 物体是电冰箱工作的结果,选项A正确;第二是不可能从单一热库吸收热量, 使之完全变为功,而不产生其他影响,即第二类永动机不存在,选项B,E正 确,C错误;由能量守恒定律知,能量总是守恒的,只是存在的形式不同,选项 D错误.
2.导学号 58826271 [热力学第一定律的应用](2017·全国Ⅲ卷,33)(多选)如 图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温 过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正确的是( ABD )
A.在过程ab中气体的内能增加 B.在过程ca中外界对气体做功 C.在过程ab中气体对外界做功 D.在过程bc中气体从外界吸收热量 E.在过程ca中气体从外界吸收热量
【典例1】 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: