第八章第二節(jié)熱力學(xué)定律及能量守恒氣體

第八章第二節(jié)熱力學(xué)定律及能量守恒氣體第1頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三基礎(chǔ)梳理自學(xué)導(dǎo)引一、熱力學(xué)定律1．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，第2頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三那么，外界對(duì)物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體_____的增加ΔU.(2)表達(dá)式：ΔU＝______.內(nèi)能W＋Q第3頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．熱力學(xué)第二定律兩種表述：(1)不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而_______________．(2)不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而_______________．不引起其他變化不引起其他變化第4頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．熱力學(xué)第三定律(1)內(nèi)容：熱力學(xué)零度不可達(dá)到．(2)熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系：T＝t＋______K.273.15第5頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4．兩類永動(dòng)機(jī)第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不消耗能量卻可以源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功而不引起其他變化的機(jī)器違背能量守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)第6頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，其總量不變.第7頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、氣體的狀態(tài)參量1．溫度(1)宏觀上：表示物體的______程度．(2)微觀上：表示氣體分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的______程度．(3)溫標(biāo)：常用的溫標(biāo)有____________和攝氏溫標(biāo)．冷熱激烈熱力學(xué)溫標(biāo)第8頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．體積(1)宏觀上：容納氣體的______(2)微觀上：氣體分子所能達(dá)到的____(3)單位：國(guó)際單位為m3，且1m3＝103dm3＝____cm3.體積空間106第9頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．壓強(qiáng)(1)宏觀上：器壁單位面積上受到的______(2)微觀上：大量氣體分子單位時(shí)間作用在單位面積上的______(3)單位：國(guó)際單位為帕，符號(hào)為Pa，且1atm＝__________Pa＝76cmHg.沖力沖量1.013×105第10頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(4)大小決定因素宏觀上：氣體的_____、_____和物質(zhì)的量．微觀上：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的分子數(shù)和_____________.溫度體積分子平均動(dòng)能第11頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三名師點(diǎn)撥：一定質(zhì)量的氣體，p與T、V有關(guān)．三個(gè)參量中不可能只有一個(gè)參量發(fā)生變化，至少有兩個(gè)或三個(gè)同時(shí)改變．第12頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、氣體分子動(dòng)理論1．氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：由于氣體分子間距大,氣體分子的大小可以忽略，分子間的作用力很小，也可以忽略．因此，除分子間及分子與器壁間碰撞外，分子間無(wú)相互作用力，所以不計(jì)_________，氣體的內(nèi)能只與氣體的物分子勢(shì)能第13頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三質(zhì)的量和_____有關(guān)，分子處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．2．氣體分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律(1)氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)(機(jī)率)_____

．溫度均等第14頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)_______

(中等速率的分子數(shù)目多)、_______

(速率大或小的分子數(shù)目少)的規(guī)律．(3)當(dāng)溫度升高時(shí)，“中間多”的這一“高峰”向_______的一方移動(dòng)，即速率大的分子數(shù)目增多，速率小的分子中間多兩頭少速率大第15頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三數(shù)目減少，分子的平均速率_______，但不是每個(gè)氣體分子的速率均增大．名師點(diǎn)撥：理想氣體是實(shí)際氣體在一定條件下近似的一種物理模型，在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下，實(shí)際氣體可當(dāng)成理想氣體來(lái)處理，理想氣體沒有分子勢(shì)能，內(nèi)能只由溫度和增大第16頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氣體物質(zhì)的量來(lái)決定．第17頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三要點(diǎn)透析直擊高考一、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解1．由ΔU＝Q＋W，可知改變物體的內(nèi)能有兩種方式：做功和熱傳遞，只考慮其中之一無(wú)法確定內(nèi)能的變化．第18頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．在ΔU＝Q＋W中,W表示做功情況,說(shuō)明內(nèi)能和其他形式的能可以相互轉(zhuǎn)化;Q表示吸熱或放熱的情況,說(shuō)明內(nèi)能可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,而ΔU＝Q＋W是能量守恒定律的具體體現(xiàn)．第19頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少第20頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的,則Q＝0，W＝ΔU,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加．第21頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量.特別提醒：(1)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)要明確研究的對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng).(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算時(shí)，要依照符號(hào)法則代入數(shù)據(jù).第22頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三對(duì)結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照規(guī)則來(lái)解釋其意義第23頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三即時(shí)應(yīng)用1．(2010·高考廣東卷)圖8－2－1第24頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖8－2－1是密閉的汽缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J,同時(shí)氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的(

)A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200J第25頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三C．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200J解析：選A.對(duì)一定質(zhì)量的氣體，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU為正表示內(nèi)能增加了600J，對(duì)氣體來(lái)說(shuō)，分子間距較大,分子勢(shì)能為零,內(nèi)能等第26頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三于所有分子動(dòng)能的和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動(dòng)能增加，溫度升高，選項(xiàng)A正確．二、對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義第27頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響.如吸熱、放熱、做功等．第28頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．第29頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例第30頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但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(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程.第31頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三即時(shí)應(yīng)用2．(2012·安徽合肥模擬)地球上有很多的海水,它的總質(zhì)量約為1.4×1018噸，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023焦耳的熱量，有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量使它完全變成機(jī)械能來(lái)解決能源危機(jī)，但這種機(jī)器第32頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三是不能制成的，其原因是(

)A．內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿足熱力學(xué)第一定律C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器不滿足熱力學(xué)第二定律第33頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三D．上述三種原因都不正確解析：選C.內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，如熱機(jī)，A錯(cuò)誤；內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過(guò)程滿足熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律告訴我們：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化，C正確．第34頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、熱力學(xué)第一定律與氣態(tài)變化1．氣體的溫度、壓強(qiáng)、體積間的關(guān)系一定質(zhì)量的氣體，如果三個(gè)狀態(tài)參量都不變，則該氣體處于一定的狀態(tài)．三個(gè)狀態(tài)參量可以同時(shí)變化，也可以是其中一個(gè)參量保持不變，其他兩個(gè)參量發(fā)生變化，只有一個(gè)狀態(tài)參量發(fā)第35頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三生變化是不可能的．當(dāng)一個(gè)參量不變時(shí)，另兩個(gè)參量的關(guān)系為：(1)溫度不變：分子的平均動(dòng)能不變，若體積減小，單位體積內(nèi)分子數(shù)目增多，氣體的壓強(qiáng)增加．(2)體積不變：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的分子數(shù)目不變，溫度升高，分子的平均動(dòng)能增第36頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三加，氣體的壓強(qiáng)增加．(3)壓強(qiáng)不變：溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增加，只有氣體的體積增大,單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，才可保持氣體的壓強(qiáng)不變．第37頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．熱力學(xué)第一定律在氣體狀態(tài)變化中的應(yīng)用(1)理想氣體無(wú)分子勢(shì)能，只有分子動(dòng)能，一定質(zhì)量的氣體，其內(nèi)能只取決于溫度，而與體積無(wú)關(guān)．第38頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)在氣體狀態(tài)變化過(guò)程中，三個(gè)狀態(tài)參量(p、V、T)遵循理想氣體狀態(tài)方程.氣體的內(nèi)能只需分析氣體的溫度，溫度升高(或降低)，內(nèi)能增大(或減小)．第39頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)由氣體體積變化情況分析做功情況,氣體體積增大，氣體對(duì)外做功，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功．然后由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W確定熱量Q的正、負(fù)，判斷出吸熱、放熱．第40頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三即時(shí)應(yīng)用3．(2011·高考新課標(biāo)全國(guó)卷)對(duì)于一定量的理想氣體,下列說(shuō)法正確的是(

)A．若氣體的壓強(qiáng)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)也一定不變第41頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三C．若氣體的溫度隨時(shí)間不斷升高，其壓強(qiáng)也一定不斷增大D．氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)E．當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體的內(nèi)能一定增大第42頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三解析：選ADE.一定質(zhì)量的理想氣體， ＝C，p、V不變，則T不變，分子平均動(dòng)能不變，又理想氣體分子勢(shì)能為零，故氣體內(nèi)能不變,A項(xiàng)正確；理想氣體內(nèi)能不變，則溫度T不變，由 ＝C知，p及V可以變化，故狀態(tài)可以變化，B項(xiàng)錯(cuò)誤；第43頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三等壓變化過(guò)程,溫度升高、體積增大，故C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，溫度每升高1K，內(nèi)能增量ΔU一定，而外界對(duì)氣體做的功W與經(jīng)歷的過(guò)程可能有關(guān)(如體積變化時(shí))，因此吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過(guò)程也有關(guān)，D項(xiàng)正確；溫度升高，平均動(dòng)第44頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三能增大，分子勢(shì)能不變，內(nèi)能一定增大，E項(xiàng)正確．第45頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三題型探究講練互動(dòng)

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用例1(2010·高考重慶卷)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面，在緩慢放水過(guò)程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體(

)第46頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三A．從外界吸熱B．對(duì)外界做負(fù)功C．分子平均動(dòng)能減小

D．內(nèi)能增加【解析】緩慢放水過(guò)程中，胎內(nèi)氣體體積增大、溫度不變，內(nèi)能不變，由于不計(jì)分子勢(shì)能，第47頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三故分子平均動(dòng)能不變,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤;由體積增大可知?dú)怏w對(duì)外界做功，或克服外界做功，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸熱，選項(xiàng)A正確．【答案】A第48頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三【規(guī)律總結(jié)】(1)氣體體積與做功相關(guān)：體積增大，氣體對(duì)外界做功；體積減小，外界對(duì)氣體做功．(氣體向其空中膨脹，不做功)(2)氣體溫度與內(nèi)能相關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增大，溫度降低，內(nèi)能減?。?9頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三變式訓(xùn)練(2011·高考廣東卷)圖8－2－2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(dòng)．設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過(guò)程中(

)第50頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖8－2－2A．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大第51頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三D．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小解析：選A.因?yàn)镸、N內(nèi)被封閉氣體體積減小，所以外界對(duì)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(duì)氣體做功，內(nèi)能一定增加，故A正確,B、C、D錯(cuò)誤．第52頁(yè)，共60頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

圖8－2－3為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)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