高考?xì)v史 第14章 第3節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒知識研習(xí)課件 魯科版選修33

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1、1熱力學(xué)第一定律(1)改變內(nèi)能的兩種方式做功：做功可以改變，在絕熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于所做的功，即 .熱傳遞：熱傳遞有三種方式：和，熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能在單純的傳熱過程中，內(nèi)能的增量就等于即.物體的內(nèi)能物體的內(nèi)能外界對系統(tǒng)外界對系統(tǒng)UW熱傳導(dǎo)、熱對流熱傳導(dǎo)、熱對流熱輻射熱輻射外界向系統(tǒng)傳遞的熱量外界向系統(tǒng)傳遞的熱量UQ區(qū)別：做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變，但做功是內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生 ，熱傳遞是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內(nèi)能的(2)熱力學(xué)第一定律當(dāng)外界既對系統(tǒng)做功，又對系統(tǒng)熱傳遞時內(nèi)能的增量U.也就是說，一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的與外界對它所做的之和

2、，這個關(guān)系叫轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移WQ功功熱量熱量熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律能量守恒定律：能量既不會，也不會，它只能從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體到另一個物體，而能量的總值2熱力學(xué)第二定律(1)熱力學(xué)第二定律的表述按照熱傳遞的方向性，表述為：不可能使熱量從物體傳向 物體而不引起其他變化，這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述消滅消滅創(chuàng)生創(chuàng)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移保持不變保持不變高溫高溫低溫低溫 按照機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性，表述為：不可能從單一熱源吸取熱量，使之變?yōu)橛杏霉Χ渌兓@是熱力學(xué)第二定律的開爾文表述 熱力學(xué)第二定律的上述兩種表述是的，可以從一種表述推出另一種表述，它揭示了大量分子參與的宏

3、觀過程的，使人們認(rèn)識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有性完全完全不引起不引起等價等價不可逆性不可逆性方向方向 (2)熱力學(xué)第二定律的微觀意義 一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運動無序程度的方向進行 用熵表示熱力學(xué)第二定律：在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過程必然朝著熵的方向進行不少人也把熱力學(xué)第二定律叫做熵增加原理 從微觀角度看，熱力學(xué)第二定律是一個：一個孤立系統(tǒng)總是從的狀態(tài)向的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著 ，所以自發(fā)的宏觀過程總是向的方向發(fā)展增大增大增加增加統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律熵小熵小熵大熵大較為無序較為無序無序程度增大無序程度增大3能源和可持續(xù)發(fā)展能量退降是指各種形式的能最終轉(zhuǎn)化為，是微觀領(lǐng)域內(nèi)

4、無序程度向無序程度的轉(zhuǎn)化，是能夠自動、全額發(fā)生的，而內(nèi)能向機械能的轉(zhuǎn)化是有條件的，即環(huán)境中必須存在著，而且內(nèi)能不能全額轉(zhuǎn)化為機械能，能量的退降雖然不會使能的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的內(nèi)能內(nèi)能較小較小較大較大溫度差溫度差退化退化可持續(xù)發(fā)展的核心是追求發(fā)展與資源、環(huán)境的 ，其中，最重要的兩個方面就是開發(fā)新能源，包括和平衡平衡資源和環(huán)境保護資源和環(huán)境保護太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能水流能水流能考點一熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律1熱傳遞的條件兩物體 (或同一物體的不同部分)有溫度差，而不是有內(nèi)能差，熱傳遞的結(jié)果是達(dá)到熱平衡，兩物體的溫度相等，最終兩物體的內(nèi)能不一定相等 2物體的內(nèi)能及

5、內(nèi)能的變化 (1)物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動能和勢能之和，在微觀上由分子數(shù)、分子熱運動劇烈程度和相互作用力決定；宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積因此，物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量 (2)當(dāng)物體溫度變化時，分子熱運動劇烈程度發(fā)生改變，分子平均動能變化物體體積變化時，分子間距離變化，分子勢能發(fā)生變化，因此物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及引起變化的方式無關(guān) 3做功與熱傳遞的本質(zhì)區(qū)別 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，但是有著本質(zhì)的區(qū)別 (1)“等效”的意義可以理解為：在改變物體的內(nèi)能上可以起到同樣的效果，即要使物體改變同樣的內(nèi)能，通過做功或者熱傳遞都可以實現(xiàn)，若不知道過程，我們無法

6、分辨出是做功還是熱傳遞實現(xiàn)的這種改變 (2)做功和熱傳遞的本質(zhì)區(qū)別 從運動形式上看：做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉(zhuǎn)化；熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使不同物體間分子熱運動變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 從能量的角度看：做功是其他形式的能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化；熱傳遞是內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移前者能的性質(zhì)發(fā)生了變化，后者能的性質(zhì)不變 4表達(dá)式UWQ中各量的符號取法U物體內(nèi)能增加物體內(nèi)能增加物體內(nèi)能減少物體內(nèi)能減少Q(mào)物體從外界吸物體從外界吸收熱量收熱量物體向外界放出熱量物體向外界放出熱量W外界對物體做外界對物體做功功物體對外界做功物體對外界做功 5.對能量守恒定律的理解 (1)某種形式的能減少，一定有其他形式

7、的能增加，且減少量與增加量相等 (2)某個物體能量減少，一定存在其他物體能量增加，且減少量和增加量一定相等 (3)在利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題時，要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，分析初、末狀態(tài)，確定E增、E減各為多少，再由E增E減列式計算 【案例1】（2011廣東理綜）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.設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中（） A.外界對氣體做功，氣體外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大內(nèi)能增大B.外界對氣體做功，氣體外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小內(nèi)能減小C.氣體對外界做功，氣體氣體對外界做功，氣體

8、內(nèi)能增大內(nèi)能增大D.氣體對外界做功，氣體氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小內(nèi)能減小【解析】因為M、N內(nèi)被封閉氣體體積減小，所以外界對氣體做功.由熱力學(xué)第一定律及M、N內(nèi)氣體與外界沒有熱交換可知外界對氣體做功，內(nèi)能一定增加，故A正確，B、C、D錯誤.【答案】A【即時鞏固1】(2010廣東理綜)如圖是密閉的氣缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800 J，同時氣體向外界放熱200 J，缸內(nèi)氣體的_A溫度升高，內(nèi)能增加600 JB溫度升高，內(nèi)能減少200 JC溫度降低，內(nèi)能增加600 JD溫度降低，內(nèi)能減少200 J【解析】根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體內(nèi)能增量UWQ800 J200 J600 J，對于一

9、定質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能增加溫度必然升高，故A選項正確【答案】A 【案例2】（2011全國新課標(biāo)）對于一定量的理想氣體，下列說法正確的是_. A.若氣體的壓強和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變 B.若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變 C.若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大 D.氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān) E.當(dāng)氣體溫度升高時，氣體的內(nèi)能一定增大【解析】一定質(zhì)量的理想氣體, =常量,p、V不變，則T不變，分子平均動能不變，又理想氣體分子勢能為零，故氣體內(nèi)能不變，A項正確；理想氣體內(nèi)能不變，則溫度T不變，由=常量知，p及V可以變化，故狀態(tài)可以變化，B項錯誤；等壓變

10、化過程，溫度升高、體積增大，故C錯誤；由熱力學(xué)第一定律U=Q+W知，溫度每升高1 K，內(nèi)能增量U一定，而外界對氣體做的功W與經(jīng)歷的過程可能有關(guān)（如體積變化時），因此吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程也有關(guān)，D項正確；溫度升高，平均動能增大，分子勢能不變，內(nèi)能一定增大，E項正確. pVTpVT【答案【答案】A、D、E【即時鞏固2】（2011福建理綜）一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5104 J，氣體對外界做功1.0104 J，則該理想氣體的_.（填選項前的字母） A.溫度降低，密度增大 B.溫度降低，密度減小 C.溫度升高，密度增大 D.溫度升高，密度減小 【解析】由U=W+Q可得理想氣

11、體內(nèi)能變化U=-1.0104 J+2.5104 J=1.5 104 J0，故溫度升高，A、B兩項均錯.因為氣體對外做功，所以氣體一定膨脹，體積變大，由=m/V可知密度變小，故C項錯誤，D項正確. 【答案】D考點二兩類永動機、熱力學(xué)定律的理解1兩類永動機的比較第一類永動機第一類永動機第二類永動機第二類永動機不消耗能量卻可以源源不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功的機器不斷地對外做功的機器從單一熱源吸熱，全部從單一熱源吸熱，全部用來對外做功而不引起其用來對外做功而不引起其他變化的機器他變化的機器違背能量守恒，不可能違背能量守恒，不可能實現(xiàn)實現(xiàn)不違背能量守恒，但違不違背能量守恒，但違背熱力學(xué)第二定律，

12、不可背熱力學(xué)第二定律，不可能實現(xiàn)能實現(xiàn) 2.熱力學(xué)過程方向性實例【技巧提示】在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下，內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程 3熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的關(guān)系 熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達(dá)形式及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系 第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展是不可逆的，除非靠外界影響 所以二者相互聯(lián)系，又相互補充【案例3】(1)下列說法中正確的是_A布朗運動的劇烈程度與溫度有關(guān)，所以布朗運動也叫熱運動B彩色液晶顯示屏是應(yīng)用液

13、晶在不同電場中對不同顏色的光吸收強度不同制成的C能量退降說明能量在不斷減少D熱力學(xué)第二定律也可以表述為：氣體向真空的自由膨脹是可逆的 (2)將剩有半杯熱水的玻璃杯蓋子旋緊后經(jīng)過一段時間，若玻璃杯蓋子不漏氣，則杯內(nèi)水蒸氣飽和汽壓及杯內(nèi)氣體壓強分別_ A減小增大 B增大減小 C減小減小 D增大增大 (3)如圖汽缸放置在水平地面上，缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞橫截面積為S，外界大氣壓強為p0，汽缸內(nèi)電熱絲熱功率為P，測得通電時間t內(nèi)活塞緩慢向左移動距離為h，汽缸向外界放出熱量為Q，不計活塞與汽缸之間的摩擦，則在時間t內(nèi)缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量為_APtQ BPtp0ShCPtp0ShQ Dp0ShQ

14、【解析】(1)布朗運動是固體顆粒的運動，不是分子的運動，而熱運動是分子永不停息無規(guī)則的運動，二者概念不同，A錯；能量在數(shù)量上是守恒的，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻有方向性，能量退降說明有的能量散失后不能被回收利用了，C、D錯本題選B.(2)飽和汽壓隨溫度而改變，溫度升高，飽和汽壓增大，溫度降低，飽和汽壓減小熱水經(jīng)過一段時間后，溫度降低，水蒸氣飽和汽壓減小，液體分子平均動能減小，單位時間內(nèi)從液面飛出的分子數(shù)減小，杯內(nèi)氣體壓強減小本題選C.(3)外界對系統(tǒng)做的總功為WPtp0Sh，同時汽缸向外界放出熱量為Q，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得出在時間t內(nèi)缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量UWQPtp0ShQ.本題選C.【答案】(1)B(2)C(3)C【即時鞏固3】如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外下列說法正確的是_A熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是自發(fā)地將熱量從低溫物體傳給高溫物體C電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律【解析】由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，除非有外界的影響或幫助電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，正確答案是C.【答案】C