2019年高中物理-选修3-3.3热力学定律与能量守恒

2.4 T0、压强为1.2 p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强
和温度.已知：气体内能U与温度T的关系为U=α T,α 为正的常 量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求：
(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;
(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.
【解题指南】可按以下思路分析此题：
在M向下滑动的过程中(
)
A.外界对气体做功，气体内能增大
B.外界对气体做功，气体内能减小 C.气体对外界做功，气体内能增大 D.气体对外界做功，气体内能减小
【解题指南】解答本题时应把握以下两点： (1)M向下滑动的过程中，气体体积减小； (2)在与外界不发生热交换的情况下，只靠做功改变气体的内能. 【自主解答】选A.M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，W>0，
2019年高中PPT课件
2019年3月27日更新
第3讲 热力学定律与能量守恒
考点1
热力学第一定律
做功 1.改变物体内能的两种方式：_______和热传递 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____ 与外界对它所做的功的和. (2)表达式：Δ U=_______. Q+W 热量
1.对能量守恒定律的四点说明 (1)能量守恒定律是自然界的普遍规律，一切违背能量守恒定律的过程都不可能实现. (2)不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的. (3)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.
(4)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减
热量. 4.对温度、内能、热量和功的三点说明 (1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量.当物体的内能改变时，温 度不一定改变.只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发
生变化.
(2)热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样是过程量，离开过程谈热量毫无意义.
就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统
下滑过程不与外界发生热交换，Q=0，由热力学第一定律Δ U=W+Q可知内能增大，
A正确，B、C、D错误.
【总结提升】判定物体内能变化的方法 (1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就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
W
Q
U
内能增加
外界对物体做功 物体对外界做功
物体吸收热量 物体放出热量
内能减少
3.Δ U=Q+W的三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q=0,W=Δ U,外界对物体做的功等于物体内能的增加.
(2)若过程是等容的，即W=0,Q=Δ U，物体吸收的热量等于物体内能的增加.
(3)若过程是等温的，即Δ U＝0，则W+Q=0或W=-Q，外界对物体做的功等于物体放出的
中含有“多少热量”或“多少功”. (3)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量.只有物体的内能变 化较大时，做的功或传递的热量才会多.
考点2
能量守恒定律、能源和环境
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 转移 转化 为另一种形式，或者从一个物体______到别的物体，在 ______ 总量 转化或转移的过程中，能量的_________保持不变 2.能源的利用 品质下降 (1)存在能量耗散和_______________. 环境 . (2)重视利用能源时对_______的影响 太阳能 (3)要开发新能源(如_________ 、生物质能、风能、水流能等).
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.
气体实验定律与热力学定律综合 【例证2】(8分)如图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸 顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为
1.改变内能的两种方式的比较
方式名称
比较项目 内能变化 情况
做
功
热传递 物体吸收热量，内能增加 物体放出热量，内能减少
热传递则是通过分子之间的相 互作用，使同一物体的不同部 分或不同物体间的分子热运动 发生变化，是内能的转移
外界对物体做功，物体的内 能增加；物体对外界做功， 物体的内能减少 做功是宏观的机械运动向 物体的微观分子热运动的
区
别
从运动形 式上看
转化
做功是其他形式的能与内能 相互转化的过程
从能量的 角度看 能的性质 变化情况 相互联系
不同物体间或同一物体不同 部分之间内能的转移 能的性质不变
能的性质发生了变化
做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
2.Δ U=W+Q中正、负号法则
意义 符号
+ -
物
理 量
【规范解答】(1)在气体由p=1.2p0下降到p0的过程中，气体体 积不变，温度由T=2.4 T0变为T1，由查理定律得 不变， (2分) 在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强
p T1 0 T p
由盖—吕萨克定律得
解得V = T1 ,
V1 T0
T1 =2T0 (2分) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ V = V 1 2
(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为 W=p0(V-V1) 在这一过程中，气体内能的减少为 (1分)
Δ U=α (T1-T0)
(1分)
由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为 Q=W+Δ U, 解得Q= p1 0V+α T0
2
(1分) (1分)
1 2
答案：(1) V
1 (2) p0V+α T0 2
少量和增加量一定相等. 2.能量守恒定律的应用方法 (1)在利用能量守恒定律解题时，要注意先搞清楚过程中有几种 形式的能在转化或转移. (2)分析初、末状态，确定Δ E增、Δ E减各为多少，再由Δ E增 =Δ E减列式计算.
热力学定律的应用 【例证1】(2011·广东高考)如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒 间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，