2020高考總復(fù)習(xí)物理熱力學(xué)定律和能量守恒ppt課件

1、 1課時(shí)38熱力學(xué)定律和能量守恒 2考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律 基礎(chǔ)梳理1改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功：做功可以改變物體的內(nèi)能若做功過(guò)程中絕熱，系統(tǒng)內(nèi)能的增加(減少)等于外界對(duì)系統(tǒng)(系統(tǒng)對(duì)外界)所做的功，即UW.(2)熱傳遞：熱傳遞有三種方式，傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能在單純的熱傳遞過(guò)程中，熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，即UQ. 32熱力學(xué)第一定律定義：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界對(duì)它傳遞的熱量和外界對(duì)它做功的和，這個(gè)關(guān)系稱為熱力學(xué)第一定律表達(dá)式：WQU符號(hào)法則：外界對(duì)物體做功，W取正號(hào)，反之W取負(fù)號(hào)；物體吸收熱量，Q取正號(hào)，反之Q取負(fù)號(hào)；物體內(nèi)能增加，U取正號(hào)，反之U取負(fù)號(hào) 4

2、3能的轉(zhuǎn)化和守恒定律內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，但在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量保持不變 5 疑難詳析做功和熱傳遞改變內(nèi)能是等效的，本質(zhì)是不同的在改變物體的內(nèi)能上，做功和熱傳遞可以起到同樣的效果，即要使物體改變同樣的內(nèi)能，通過(guò)做功或者熱傳遞都可以實(shí)現(xiàn)，如果把這樣的兩個(gè)物體放在一起，我們無(wú)法分辨出哪個(gè)是熱傳遞改變的內(nèi)能，哪個(gè)是做功改變的內(nèi)能不過(guò)，做功和熱傳遞還是有著本質(zhì)的區(qū)別 6(1)從運(yùn)動(dòng)形式看，做功是其他形式的能和物體微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，熱傳遞則是通過(guò)分子之間的相互作用，只是發(fā)生了分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)移；(2)從能量角度

3、看，做功是其他形式的能和物體內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞則是內(nèi)能在物體之間或者物體的不同部分之間的轉(zhuǎn)移物體的內(nèi)能增加與否，不能單獨(dú)地只看做功或者熱傳遞，兩個(gè)過(guò)程需要全面考慮 7 深化拓展熱量和內(nèi)能內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過(guò)熱傳遞或做功兩種方法來(lái)完成而熱量是熱傳遞過(guò)程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過(guò)程中所遷移的能量，是用來(lái)衡量物體內(nèi)能變化的有過(guò)程，才有變化，離開(kāi)過(guò)程則毫無(wú)意義就某一狀態(tài)而言，只要“內(nèi)能”，不能談到“熱量或“功” 8考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律 基礎(chǔ)梳理1熱傳導(dǎo)的方向性溫度不同的兩個(gè)物體接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳

4、給低溫物體，但不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體即熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有方向性 92第二類永動(dòng)機(jī)只從單一熱源吸取熱量，使之全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化是有方向的，所以第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成 103熱力學(xué)第二定律(1)兩種表述：按熱傳導(dǎo)的方向性可以表述為“熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體”，這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述；按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性可以表述為“不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響或表述為“第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”，這是熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述 11(2)等價(jià)實(shí)質(zhì)：熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的，可以從一種

5、表述推導(dǎo)出另一種表述它們都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的不可逆性，說(shuō)明自然界進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 12 疑難詳析熱力學(xué)第一定律與第二定律的相輔性熱力學(xué)第一定律中，摩擦力做功可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱力學(xué)第二定律卻說(shuō)明這一內(nèi)能在不引起其他變化的情況下不可能完全變成功熱量可以從高溫物體自動(dòng)傳向低溫物體，而熱力學(xué)第二定律卻說(shuō)明熱量不能自動(dòng)從低溫物體傳向高溫物體第一定律說(shuō)明在任何過(guò)程中能量必定守恒，第二定律卻說(shuō)明并非所有能量守恒的過(guò)程均可以實(shí)現(xiàn) 13熱力學(xué)第二定律是反映自然界過(guò)程進(jìn)行的方向和條件的一個(gè)規(guī)律，它指出自然界中出現(xiàn)的過(guò)程是具有方向性的，在熱力學(xué)中，兩個(gè)定律相輔相成、缺一不可 14

6、 深化拓展為什么第二類永動(dòng)機(jī)不能制成第二類永動(dòng)機(jī)雖然不違背能的轉(zhuǎn)化與守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律熱機(jī)工作時(shí)從高溫?zé)嵩次諢崃縌，只有一部分用來(lái)做功W而轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分熱量排放給低溫?zé)嵩匆簿褪钦f(shuō)即使沒(méi)有任何漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，總有WQ，所以熱機(jī)的效率總小于100%，即第二類永動(dòng)機(jī)是不能制成的 15題型一熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用例1一定質(zhì)量的非理想氣體(分子間的作用力不可忽略)，從外界吸收了4.2105 J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6105 J的功，那么：(1)氣體的內(nèi)能_(填“增加或“減少”)，其變化量的大小為_(kāi)J.(2)氣體的分子勢(shì)能_(填“增加或“減少”)(3)分子平均動(dòng)能如

7、何變化？ 16 解析(1)因氣體從外界吸收熱量，所以Q4.2105 J氣體對(duì)外做功6105 J，則外界對(duì)氣體做功W6105 J由熱力學(xué)第一定律UWQ，得U6 105 J4.2105 J1.8105 J，所以物體內(nèi)能減少了1.8105 J. 17(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體的分子勢(shì)能增加了(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少了，而分子勢(shì)能增加了，所以分子平均動(dòng)能必然減少了，且分子平均動(dòng)能的減少量一定大于分子勢(shì)能的增加量答案(1)減少1.8105(2)增加(3)減少 18題后反思：當(dāng)做功和熱傳遞兩種過(guò)程同時(shí)發(fā)生時(shí)，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析，要切記符號(hào)法

8、則，系統(tǒng)對(duì)外做功W0，外界對(duì)系統(tǒng)做功W0，系統(tǒng)吸熱Q0，放熱Q0，U0系統(tǒng)內(nèi)能增加，U0系統(tǒng)內(nèi)能減少 19 一定量的氣體，膨脹過(guò)程中是外界對(duì)氣體做功還是氣體對(duì)外界做功？如果膨脹時(shí)做的功是135 J，同時(shí)向外放熱85 J，氣體內(nèi)能的變化量是多少？?jī)?nèi)能是增加了還是減少了？ 20解析：對(duì)氣體來(lái)說(shuō)，體積膨脹，氣體對(duì)外做功，在熱力學(xué)第一定律中W表示外界對(duì)氣體做的功，故此時(shí)W為負(fù)，氣體膨脹做的功為135 J，向外界放熱85 J，此時(shí)W135 J，Q85 J，由熱力學(xué)第一定律知：UWQ135 J85 J220 J.即內(nèi)能減少了220 J答案：見(jiàn)解析 21題型二對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解例2根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可

9、知下列說(shuō)法中正確的有 ()A熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體 B熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 22解析根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體；當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去，制冷機(jī)(例如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體選項(xiàng)A錯(cuò)誤B正確一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止，在這個(gè)過(guò)程中機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為熱量外界條件發(fā)生變化時(shí)，熱量也可以全部轉(zhuǎn)化為

10、機(jī)械能例如在等溫膨脹過(guò)程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外界做的功答案BD 23題后反思：熱力學(xué)第二定律反映了一個(gè)自然規(guī)律：與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過(guò)程具有方向性由于人們發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律是從研究熱機(jī)的問(wèn)題開(kāi)始的，所以較多地集中在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化的方向性和熱傳導(dǎo)的方向性定律的表述方式比較抽象大家要通過(guò)一些實(shí)例來(lái)認(rèn)識(shí)有哪些現(xiàn)象能表明能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中的方向性 24 用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖1所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律？熱水和冷水的溫度是否會(huì)發(fā)生變化？簡(jiǎn)述這一過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化情況 25 圖圖1解析：熱水溫度

11、降低，冷水溫度升高，轉(zhuǎn)化效率低于解析：熱水溫度降低，冷水溫度升高，轉(zhuǎn)化效率低于100%答案：不違反答案：不違反 26題型三能量守恒定律的應(yīng)用例3現(xiàn)代典型的燃煤發(fā)電廠，總效率一般為40%，有一座大型燃煤發(fā)電廠，如果發(fā)出1.0109 J的電力，可供一個(gè)大城市使用圖2表示這這座發(fā)電廠的能量流向請(qǐng)回答： 27圖圖2 28(1)燃煤提供的能量應(yīng)等于哪幾項(xiàng)能量之和？(2)圖中煙囪廢氣所帶走的能量及渦輪機(jī)損耗沒(méi)有標(biāo)出，請(qǐng)你算出來(lái)，在圖中補(bǔ)上(3)算出這座發(fā)電廠的總效率(4)根據(jù)圖所示的電廠能量流向，你認(rèn)為在哪些地方進(jìn)行改進(jìn)可以提高發(fā)電廠的總效率？分析仔細(xì)分析發(fā)電過(guò)程的能量流向圖，搞清各項(xiàng)能量或功間的關(guān)系，根

12、據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律可求解 29 解析(1)燃煤提供的能量等于進(jìn)入渦輪機(jī)的能量和通過(guò)煙囪排出的能量(2)根據(jù)(1)中的解析可得通過(guò)煙囪廢氣所帶走的能量為：E2.5109 J2.2109 J3108 J渦輪機(jī)從外界吸熱2.2109 J，對(duì)外做功W1.0109 J所以渦輪機(jī)損耗22109 J1.0109 J1.2109 J.(3)由能量流向圖可知該發(fā)電廠產(chǎn)生的電能為1.0109 J，消耗的總能量為2.5109 J，所以其總效率為：100%40%. 30 (4)從能量流向圖中可以看出，該發(fā)電廠的損耗共達(dá)到了15109 J，即達(dá)到了60%，最主要的損耗是渦輪機(jī)的損耗，由冷凝器排出，所以這個(gè)地方應(yīng)作為改

13、造的重點(diǎn)，降低通過(guò)冷凝器時(shí)能量的消耗，以此提高渦輪機(jī)的效率，進(jìn)而提高整個(gè)電廠的效率，另外，也要盡可能降低另外兩個(gè)途徑的損耗，一是通過(guò)煙囪廢氣帶走的能量，對(duì)燃煤鍋爐及其煙囪進(jìn)行改造；二是減少輸電過(guò)程中的電能損耗答案見(jiàn)解析 31題后反思：能的轉(zhuǎn)化一定要通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)，而能的轉(zhuǎn)移是要通過(guò)某種形式的傳遞來(lái)完成由熱力學(xué)第一定律可知，要使一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)能增加，其他系統(tǒng)必須對(duì)它傳遞熱量、做功或者既傳遞熱量又做功，其他系統(tǒng)減少等量的能量，而二者的總能量保持不變 32在高為h0.8 m的光滑桌面上放著一個(gè)質(zhì)量為M2 kg的木塊，一顆質(zhì)量m10 g的鉛彈從水平方向射中木塊(未穿出)，把木塊打落在地面上，落地點(diǎn)與桌邊的

14、水平距離s0.4 m設(shè)增加的內(nèi)能有60%使鉛彈的溫度升高，鉛彈的溫度升高多少度？鉛的比熱c1.3102 J/(kg)，取g10 m/s2 33 34 35答案：92.8 361(2021全國(guó)卷)如圖3，水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲氣缸壁和隔板均絕熱初始時(shí)隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，與初始狀態(tài)相比 () 37A右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B左右兩邊氣體溫度都升高C左邊氣體壓強(qiáng)增大D右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量圖圖3 38解析：本題

15、考查熱力學(xué)第一定律和氣體的壓強(qiáng)、溫度和體積的關(guān)系，意在考查考生綜合運(yùn)用熱學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；雖然氣缸壁和隔板絕熱，但右邊氣體由于電熱絲通電放出熱量而溫度升高，壓強(qiáng)增大，從而推動(dòng)隔板，左邊氣體因隔板壓縮氣體對(duì)內(nèi)做功，沒(méi)有熱交換，故內(nèi)能一定增加，溫度升高，由 常數(shù)，左邊氣體V變小，T變大，故p一定變大，對(duì)右邊氣體，由于最終還要達(dá)到平衡，則p變大，V變大，T一定變大，由此可知，A錯(cuò)，B、C都對(duì)； 39又右邊氣體吸收電熱絲放出的熱量后，由于對(duì)外做了功，故氣體內(nèi)能的增加量小于電熱絲放出的熱量，故選項(xiàng)D不對(duì)答案：BC 402如圖4所示，由導(dǎo)熱材料制成的氣缸和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞

16、與氣缸壁之間無(wú)摩擦，活塞上方存有少量液體將一細(xì)管插入液體，由于虹吸現(xiàn)象，活塞上方液體逐漸流出在此過(guò)程中，大氣壓強(qiáng)與外界的溫度保持不變，關(guān)于這一過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是 ()圖圖4 41A氣體分子的平均動(dòng)能逐漸增大B單位時(shí)間氣體分子對(duì)活塞撞擊的次數(shù)增多C單位時(shí)間氣體分子對(duì)活塞的沖量保持不變D氣體對(duì)外界做功等于氣體從外界吸收的熱量 42解析：導(dǎo)熱氣缸和活塞，說(shuō)明氣體溫度始終與大氣溫度相同，當(dāng)液體逐漸流出的過(guò)程中氣體做等溫膨脹、壓強(qiáng)減小的變化，氣體溫度未變，分子密度減小則氣體分子的平均動(dòng)能不變，A錯(cuò)誤；對(duì)活塞單位時(shí)間內(nèi)撞擊次數(shù)減少，B錯(cuò)誤；單位時(shí)間分子對(duì)活塞的沖量減小，C錯(cuò)誤；因?yàn)闅怏w溫度未變，所以氣

17、體的內(nèi)能未變，則氣體對(duì)外界做功和從外界吸收的熱量相等，則D正確答案：D 433對(duì)一定量的氣體，下列說(shuō)法正確的是 ()A氣體的體積是所有氣體分子的體積之和B氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，氣體溫度就越高C氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的D當(dāng)氣體膨脹時(shí)，氣體分子之間的勢(shì)能減小，因而氣體的內(nèi)能減少 44解析：氣體分子間有較大空隙，氣體分子的體積之和遠(yuǎn)小于氣體的體積，所以A錯(cuò)誤氣體溫度越高，分子平均動(dòng)能越大，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，則B正確由壓強(qiáng)的定義可知：?jiǎn)挝幻娣e上的壓力叫壓強(qiáng)，器壁內(nèi)側(cè)受到的壓力就是氣體分子對(duì)器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的，所以C正確當(dāng)氣體膨脹時(shí)，氣體分子間距離增大，有可能對(duì)外做功，

18、還有可能與外界有熱交換，吸收熱量，導(dǎo)致內(nèi)能不變，內(nèi)能增大，內(nèi)能減少都有可能，所以D錯(cuò)誤答案：BC 454地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交換忽略不計(jì)已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該氣團(tuán)在此上升過(guò)程中(不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能) ()A體積減小，溫度降低B體積減小，溫度不變C體積增大，溫度降低 D體積增大，溫度不變 46解析：空氣團(tuán)與外界熱交換忽略不計(jì)，隨高度上升壓強(qiáng)逐漸減小，體積逐漸增大對(duì)外界做功，所以內(nèi)能逐漸減小，則溫度逐漸降低，只有C正確，A、B、D均錯(cuò)誤答案：C 475(1)空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過(guò)程中，活塞對(duì)氣缸中的氣體做功為2.0105 J，同時(shí)氣體的內(nèi)能增加了1.5105 J試問(wèn)：此壓縮過(guò)程中，氣體_(填“吸收或“放出”)的熱量等于_J.(2)若一定質(zhì)量的理想氣體分別按圖5所示的三種不同過(guò)程變