學生版 第十四章+第3講 熱力學定律與能量守恒+講義

1、 第3講熱力學定律與能量守恒板塊一主干梳理夯實基礎【知識點1】熱力學第一定律I1改變物體內(nèi)能的兩種方式做功;熱傳遞。2熱力學第一定律內(nèi)容一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。表達式：Q=Q+W。AU=Q+W中正、負號法則意義卑理量WQ11十外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能岡減少AU=Q+W的三種特殊情況若過程是絕熱的，則Q=0,W=AU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。若過程是等容的，即W=0,Q=AU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。對于理想氣體，若過程是等溫的，即AU=0,則W+Q=0或W=Q,外界對物體做的功等于物體放

2、出的熱量?！局R點2】熱力學第二定律I1熱力學第二定律的三種表述克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文表述不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響?；虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C是不可能制成的?！庇渺氐母拍畋硎緹崃W第二定律。在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小。2.熱力學第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行?！局R點3】能量守恒定律I1能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2條件性：能量守恒定律是自然

3、界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。例如，機械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無條件的，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。3兩類永動機第一類永動機：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器。違背能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)。第二類永動機：從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不產(chǎn)生其他影響的機器。違背熱力學第二定律，不可能實現(xiàn)。4.能源的利用存在能量耗散和品質(zhì)隆低。重視利用能源時對環(huán)境的影響。要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質(zhì)能、風能、水能等)。板塊二考點細研悟法培優(yōu)考點1熱力學第一定律對比分析1.改變內(nèi)能的兩種方式的比較:方式名稱比較項做功區(qū)別內(nèi)能變化情況外界對物體

4、做功，物體的內(nèi)能增加*物體對外界做功,物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量*內(nèi)能減少從能量的角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程不同物休間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移能的性質(zhì)變化情況能的性質(zhì)發(fā)生了變化能的性質(zhì)不變相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的2溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較義含特點度能衛(wèi)溫內(nèi)m狀態(tài)量量過程量功例1在如下圖所示的坐標系中，一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)，外界對該氣體做功為6J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C,該氣體從外界吸收的熱量為9J。圖線AC的反向延長線過坐標原點O,B、C兩

5、狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢能為零。求：從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量Aq；(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量AU2及其從外界吸收的熱量Q2。總結(jié)升華判斷物體內(nèi)能變化的方法(1)內(nèi)能的變化都要用熱力學第一定律進行綜合分析。做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正。與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q=0。如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。跟蹤訓練2017安徽合肥聯(lián)考(多選)對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確

6、的是()體積不變，壓強減小的過程，氣體一定放出熱量，內(nèi)能減小若氣體內(nèi)能增加，貝y外界一定對氣體做功若氣體的溫度升高，則每個氣體分子的速度一定增大若氣體壓強不變，氣體分子平均距離增大時，則氣體分子的平均動能一定增大氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的考點2熱力學第二定律對比分析1.熱力學第一、第二定律的比較定律名稱比較項U熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示的問題它從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量者的定量關系它指岀涉及熱現(xiàn)象的過程是有方向性的機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉(zhuǎn)化為機械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向

7、低溫物體說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物休表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關系在熱力學中兩者既相苴獨立，又互為補充,共同構成了熱力學知識的理論基礎2兩類永動機的比較分類第一類永動機第二類永動機設計要求不需要任何動力或燃料卻能不斷地對外做功的機器從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功而不產(chǎn)生其他影響的機器不可能制成的原因違舌能里守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律例2(多選)下列說法中正確的是()第一類永動機違反能量守恒定律，是不可能制成的第二類永動機違反能量守恒定律，是不可能制成的能量耗散的說法與能量守恒定律是互相矛盾的熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化

8、熱量可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化總結(jié)升華對熱力學第二定律的理解(1)在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義：“自發(fā)地”指不需要借助外界提供能量的幫助，指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性；“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。(2)熱力學第二定律的實質(zhì)：熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。跟蹤訓練根據(jù)你學過的熱學中的有關知識，判斷下列說法中正確的是()機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)

9、能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機械能凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體盡管技術不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機卻可以使溫度降到一293C第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發(fā)展，第二類永動機可以制造出來考點3氣體實驗定律與熱力學第一定律的綜合解題技巧確定研究對象X,y4汽缸、活塞、液柱等兩類分析KU)彳狀態(tài)參環(huán)彳初.、末態(tài)之間發(fā)的變化4做功情況J放熱情況內(nèi)能變化情況典例示法例3一定質(zhì)量理想氣體的p-V圖象如圖所示，其中aT為等容過程，b-c為等壓過程，ca為等溫過程，已知氣體在狀態(tài)a時的溫度Ta=300K,在狀態(tài)b時的體積叫=224L。氣體在狀態(tài)c時的體積Vc；(2)試比較氣體由狀態(tài)b到狀態(tài)c過程從外界吸收的熱量Q與對外做功W的大小關系，并簡要說明理由?？偨Y(jié)升華氣體實驗定律與熱力學定律的綜合問題的處理方法(1)氣體實驗定律研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵，根據(jù)不同的變化，找出相關的氣體狀態(tài)參量，利用相關規(guī)律解決。對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)做功W=pV;只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化。結(jié)合熱力學第一定律AD=W+Q求解問題。錯誤!2