第八章第二节热力学定律及能量守恒气体精选文档.ppt
第八章第二节热力学定律及能量守恒气体本讲稿第一页，共六十页基基础础梳梳理理自自学学导导引引一、一、热热力学定律力学定律1热热力学第一定律力学第一定律(1)内容：一般情况下，如果物体跟外界同内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发时发生做功和生做功和热传递热传递的的过过程，程，本讲稿第二页，共六十页那么，外界那么，外界对对物体所做的功物体所做的功W加上物体从加上物体从外界吸收的外界吸收的热热量量Q等于物体等于物体_的增加的增加U.(2)表达式：表达式：U_.内能内能WQ本讲稿第三页，共六十页2热热力学第二定律力学第二定律两种表述：两种表述：(1)不可能使不可能使热热量由低温物体量由低温物体传递传递到高温物体，到高温物体，而而_(2)不可能从不可能从单单一一热热源吸收源吸收热热量并把它全部量并把它全部用来做功，而用来做功，而_不引起其他不引起其他变变化化不引起其他不引起其他变变化化本讲稿第四页，共六十页3热热力学第三定律力学第三定律(1)内容：内容：热热力学零度不可达到力学零度不可达到(2)热热力学温度力学温度T与与摄摄氏温度氏温度t的关系：的关系：Tt_ K.273.15本讲稿第五页，共六十页4两两类类永永动动机机第一第一类类永永动动机机第二第二类类永永动动机机不消耗能量却可不消耗能量却可以源源不断地以源源不断地对对外做功的机器外做功的机器从从单单一一热热源吸源吸热热，全部用来全部用来对对外做外做功而不引起其他功而不引起其他变变化的机器化的机器违违背能量守恒定背能量守恒定律，不可能律，不可能实现实现违违背背热热力学第二力学第二定律，不可能定律，不可能实实现现本讲稿第六页，共六十页二、能量守恒定律二、能量守恒定律能量既不会凭空能量既不会凭空产产生，也不会凭空消失，生，也不会凭空消失，它只能从一种形式它只能从一种形式转转化化为别为别的形式的形式,或者从或者从一个物体一个物体转转移到移到别别的物体，在的物体，在转转化或化或转转移移的的过过程中，其程中，其总总量不量不变变.本讲稿第七页，共六十页三、气体的状三、气体的状态态参量参量1温度温度(1)宏宏观观上：表示物体的上：表示物体的_程度程度(2)微微观观上：表示气体分子无上：表示气体分子无规则热规则热运运动动的的_程度程度(3)温温标标：常用的温：常用的温标标有有_和和摄摄氏温氏温标标冷冷热热激烈激烈热热力学温力学温标标本讲稿第八页，共六十页2体体积积(1)宏宏观观上：容上：容纳纳气体的气体的_(2)微微观观上：气体分子所能达到的上：气体分子所能达到的_(3)单单位：国位：国际单际单位位为为m3，且，且1 m3103 dm3_ cm3.体体积积空空间间106本讲稿第九页，共六十页3压压强强(1)宏宏观观上：器壁上：器壁单单位面位面积积上受到的上受到的_(2)微微观观上：大量气体分子上：大量气体分子单单位位时间时间作用作用在在单单位面位面积积上的上的_(3)单单位：国位：国际单际单位位为为帕，符号帕，符号为为Pa，且，且1 atm_Pa76 cmHg.冲力冲力冲量冲量1.013105本讲稿第十页，共六十页(4)大小决定因素大小决定因素宏宏观观上：气体的上：气体的_、_和物和物质质的量的量微微观观上：上：单单位体位体积积内的分子数和内的分子数和_.温度温度体体积积分子平均分子平均动动能能本讲稿第十一页，共六十页名名师师点点拨拨：一定一定质质量的气体，量的气体，p与与T、V有有关三个参量中不可能只有一个参量关三个参量中不可能只有一个参量发发生生变变化，至少有两个或三个同化，至少有两个或三个同时时改改变变本讲稿第十二页，共六十页四、气体分子四、气体分子动动理理论论1气体分子运气体分子运动动的特点：由于气体分子的特点：由于气体分子间间距大距大,气体分子的大小可以忽略，分子气体分子的大小可以忽略，分子间间的作的作用力很小，也可以忽略因此，除分子用力很小，也可以忽略因此，除分子间间及及分子与器壁分子与器壁间间碰撞外，分子碰撞外，分子间间无相互作用力，无相互作用力，所以不所以不计计_，气体的内能只与气体，气体的内能只与气体的物的物分子分子势势能能本讲稿第十三页，共六十页质质的量和的量和_有关，分子有关，分子处处于自由运于自由运动动状状态态2气体分子运气体分子运动动的的统计规统计规律律(1)气体分子沿各个方向运气体分子沿各个方向运动动的机会的机会(机率机率)_ 温度温度均等均等本讲稿第十四页，共六十页(2)大量气体分子的速率分布呈大量气体分子的速率分布呈现现_(中等速率的分子数目多中等速率的分子数目多)、_(速率大或小的分子数目少速率大或小的分子数目少)的的规规律律(3)当温度升高当温度升高时时，“中中间间多多”的的这这一一“高高峰峰”向向_的一方移的一方移动动，即速率大的，即速率大的分子数目增多，速率小的分子分子数目增多，速率小的分子中中间间多多两两头头少少速率大速率大本讲稿第十五页，共六十页数目减少，分子的平均速率数目减少，分子的平均速率_，但，但不是每个气体分子的速率均增大不是每个气体分子的速率均增大名名师师点点拨拨：理想气体是理想气体是实际实际气体在一定条气体在一定条件下近似的一种物理模型，在温度不太低、件下近似的一种物理模型，在温度不太低、压压强强不太大的情况下，不太大的情况下，实际实际气体可当成理气体可当成理想气体来想气体来处处理，理想气体没有分子理，理想气体没有分子势势能，能，内能只由温度和内能只由温度和增大增大本讲稿第十六页，共六十页气体物气体物质质的量来决定的量来决定本讲稿第十七页，共六十页要要点点透透析析直直击击高高考考一、一、对热对热力学第一定律的理解力学第一定律的理解1由由UQW，可知改，可知改变变物体的内物体的内能有两种方式：做功和能有两种方式：做功和热传递热传递，只考，只考虑虑其中之一无法确定内能的其中之一无法确定内能的变变化化本讲稿第十八页，共六十页2在在UQW中中,W表示做功情况表示做功情况,说说明明内能和其他形式的能可以相互内能和其他形式的能可以相互转转化化;Q表示表示吸吸热热或放或放热热的情况的情况,说说明内能可以从一个明内能可以从一个物体物体转转移到另一个物体移到另一个物体,而而UQW是是能量守恒定律的具体体能量守恒定律的具体体现现本讲稿第十九页，共六十页3对对公式公式UQW符号的符号的规规定定符符号号WQU外界外界对对物物体做功体做功物体吸物体吸收收热热量量内能内能增加增加物体物体对对外外界做功界做功物体放物体放出出热热量量内能内能减少减少本讲稿第二十页，共六十页4.几种特殊情况几种特殊情况(1)若若过过程是程是绝热绝热的的,则则Q0，WU,外界外界对对物体做的功等于物体内能的增加物体做的功等于物体内能的增加(2)若若过过程中不做功，即程中不做功，即W0，则则QU，物体吸收的，物体吸收的热热量等于物体内能的增加量等于物体内能的增加本讲稿第二十一页，共六十页(3)若若过过程的始末状程的始末状态态物体的内能不物体的内能不变变,即即U0，则则WQ0或或WQ，外界，外界对对物体做的功等于物体放出的物体做的功等于物体放出的热热量量.特别提醒：特别提醒：(1)应用热力学第一定律时要应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统热力学系统.(2)应用热力学第一定律计算应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据时，要依照符号法则代入数据.本讲稿第二十二页，共六十页对结果的正、负也同样依照规则来解释其意对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义义本讲稿第二十三页，共六十页即时应用即时应用1(2010高考广高考广东东卷卷)图图821本讲稿第二十四页，共六十页图图821是密是密闭闭的汽缸，外力推的汽缸，外力推动动活塞活塞P压缩压缩气体，气体，对对缸内气体做功缸内气体做功800 J,同同时时气体气体向外界放向外界放热热200 J，缸内气体的，缸内气体的()A温度升高，内能增加温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少温度升高，内能减少200 J本讲稿第二十五页，共六十页C温度降低，内能增加温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少温度降低，内能减少200 J解析：解析：选选A.对对一定一定质质量的气体，由量的气体，由热热力学力学第一定律第一定律UWQ可知，可知，U800 J(200 J)600 J，U为为正表示内能增加了正表示内能增加了600 J，对对气体来气体来说说，分子，分子间间距距较较大大,分子分子势势能能为为零零,内能等内能等本讲稿第二十六页，共六十页于所有分子于所有分子动动能的和，内能增加，气体能的和，内能增加，气体分子的平均分子的平均动动能增加，温度升高，能增加，温度升高，选项选项A正确正确二、二、对热对热力学第二定律的理解力学第二定律的理解1在在热热力学第二定律的表述中，力学第二定律的表述中，“自自发发地地”、“不不产产生其他影响生其他影响”的涵的涵义义本讲稿第二十七页，共六十页(1)“自自发发地地”指明了指明了热传递热传递等等热热力学宏力学宏观观现现象的方向性，不需要借助外界提供能量的象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助帮助(2)“不不产产生其他影响生其他影响”的涵的涵义义是是发发生的生的热热力学宏力学宏观过观过程只在本系程只在本系统统内完成内完成,对对周周围围环环境不境不产产生生热热力学方面的影响力学方面的影响.如吸如吸热热、放、放热热、做功等、做功等本讲稿第二十八页，共六十页2热热力学第二定律的力学第二定律的实质实质热热力学第二定律的每一种表述力学第二定律的每一种表述,都揭示了都揭示了大量分子参与宏大量分子参与宏观过观过程的方向性，程的方向性，进进而而使人使人们认识们认识到自然界中到自然界中进进行的涉及行的涉及热现热现象的宏象的宏观过观过程都具有方向性程都具有方向性本讲稿第二十九页，共六十页3热热力学力学过过程方向性程方向性实实例例本讲稿第三十页，共六十页特别提醒：特别提醒：热量不可能自发地从低温物热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程的等温膨胀过程.本讲稿第三十一页，共六十页即时应用即时应用2(2012安徽合肥模安徽合肥模拟拟)地球上有很多的地球上有很多的海水海水,它的它的总质总质量量约为约为1.41018吨，如果吨，如果这这些海水的温度降低些海水的温度降低0.1，将要放出，将要放出5.81023焦耳的焦耳的热热量，有人曾量，有人曾设设想利用想利用海水放出的海水放出的热热量使它完全量使它完全变变成机械能来成机械能来解决能源危机，但解决能源危机，但这这种机器种机器本讲稿第三十二页，共六十页是不能制成的，其原因是是不能制成的，其原因是()A内能不能内能不能转转化成机械能化成机械能B内能内能转转化成机械能不化成机械能不满满足足热热力学第一力学第一定律定律C只从只从单单一一热热源吸收源吸收热热量并完全量并完全转转化成机化成机械能的机器不械能的机器不满满足足热热力学第二定律力学第二定律本讲稿第三十三页，共六十页D上述三种原因都不正确上述三种原因都不正确解析：解析：选选C.内能可以内能可以转转化成机械能，如化成机械能，如热热机，机，A错误错误；内能；内能转转化成机械能的化成机械能的过过程程满满足足热热力学第一定律，即能量守恒定律，力学第一定律，即能量守恒定律，B错误错误；热热力学第二定律告力学第二定律告诉诉我我们们：不：不可能从可能从单单一一热热源吸收源吸收热热量并把它全部用量并把它全部用来做功，而不引起其他来做功，而不引起其他变变化，化，C正确正确本讲稿第三十四页，共六十页三、三、热热力学第一定律与气力学第一定律与气态变态变化化1气体的温度、气体的温度、压压强强、体、体积间积间的关系的关系一定一定质质量的气体，如果三个状量的气体，如果三个状态态参量都参量都不不变变，则该则该气体气体处处于一定的状于一定的状态态三个三个状状态态参量可以同参量可以同时变时变化，也可以是其中化，也可以是其中一个参量保持不一个参量保持不变变，其他两个参量，其他两个参量发发生生变变化，只有一个状化，只有一个状态态参量参量发发本讲稿第三十五页，共六十页生生变变化是不可能的当一个参量不化是不可能的当一个参量不变时变时，另两个参量的关系另两个参量的关系为为：(1)温度不温度不变变：分子的平均：分子的平均动动能不能不变变，若，若体体积积减小，减小，单单位体位体积积内分子数目增多，内分子数目增多，气体的气体的压压强强增加增加(2)体体积积不不变变：单单位体位体积积内的分子数目不内的分子数目不变变，温度升高，分子的平均温度升高，分子的平均动动能增能增本讲稿第三十六页，共六十页加，气体的加，气体的压压强强增加增加(3)压压强强不不变变：温度升高，气体分子的平均：温度升高，气体分子的平均动动能增加，只有气体的体能增加，只有气体的体积积增大增大,单单位体位体积积内的分子数减少，才可保持气体的内的分子数减少，才可保持气体的压压强强不不变变本讲稿第三十七页，共六十页2热热力学第一定律在气体状力学第一定律在气体状态变态变化中化中的的应应用用(1)理想气体无分子理想气体无分子势势能，只有分子能，只有分子动动能，能，一定一定质质量的气体，其内能只取决于温度，量的气体，其内能只取决于温度，而与体而与体积积无关无关本讲稿第三十八页，共六十页(2)在气体状在气体状态变态变化化过过程中，三个状程中，三个状态态参量参量(p、V、T)遵循理想气体状遵循理想气体状态态方程方程 .气体的内气体的内能只需分析气体的温度，温度升高能只需分析气体的温度，温度升高(或降或降低低)，内能增大，内能增大(或减小或减小)本讲稿第三十九页，共六十页(3)由气体体由气体体积变积变化情况分析做功情况化情况分析做功情况,气体气体体体积积增大，气体增大，气体对对外做功，气体体外做功，气体体积积减小，减小，外界外界对对气体做功然后由气体做功然后由热热力学第一定律力学第一定律UQW确定确定热热量量Q的正、的正、负负，判断，判断出吸出吸热热、放、放热热本讲稿第四十页，共六十页即时应用即时应用3(2011高考新高考新课标课标全国卷全国卷)对对于一定量于一定量的理想气体的理想气体,下列下列说说法正确的是法正确的是()A若气体的若气体的压压强强和体和体积积都不都不变变，其内能，其内能也一定不也一定不变变B若气体的内能不若气体的内能不变变，其状，其状态态也一定不也一定不变变本讲稿第四十一页，共六十页C若气体的温度随若气体的温度随时间时间不断升高，其不断升高，其压压强强也一定不断增大也一定不断增大D气体温度每升高气体温度每升高1 K所吸收的所吸收的热热量与量与气体气体经历经历的的过过程有关程有关E当气体温度升高当气体温度升高时时，气体的内能一定增，气体的内能一定增大大本讲稿第四十二页，共六十页解析：解析：选选ADE.一定一定质质量的理想气体，量的理想气体，C，p、V不不变变，则则T不不变变，分子平，分子平均均动动能不能不变变，又理想气体分子，又理想气体分子势势能能为为零，故零，故气体内能不气体内能不变变,A项项正确；理想气体内能不正确；理想气体内能不变变，则则温度温度T不不变变，由，由 C知，知，p及及V可可以以变变化，故状化，故状态态可以可以变变化，化，B项错误项错误；本讲稿第四十三页，共六十页等等压变压变化化过过程程,温度升高、体温度升高、体积积增大，故增大，故C错误错误；由；由热热力学第一定律力学第一定律UQW知，知，温度每升高温度每升高1 K，内能增量，内能增量U一定，而外一定，而外界界对对气体做的功气体做的功W与与经历经历的的过过程可能有关程可能有关(如体如体积变积变化化时时)，因此吸收的，因此吸收的热热量与气体量与气体经历经历的的过过程也有关，程也有关，D项项正确；温度升正确；温度升高，平均高，平均动动本讲稿第四十四页，共六十页能增大，分子能增大，分子势势能不能不变变，内能一定增大，内能一定增大，E项项正确正确本讲稿第四十五页，共六十页题题型型探探究究讲讲练练互互动动 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用例例1 (2010高考重高考重庆庆卷卷)给给旱区送水的消旱区送水的消防防车车停于水平地面，在停于水平地面，在缓缓慢放水慢放水过过程中，程中，若若车车胎不漏气，胎内气体温度不胎不漏气，胎内气体温度不变变，不，不计计分子分子间势间势能，能，则则胎内气体胎内气体()本讲稿第四十六页，共六十页A从外界吸从外界吸热热B对对外界做外界做负负功功C分子平均分子平均动动能减小能减小 D内能增加内能增加【解析】【解析】缓缓慢放水慢放水过过程中，胎内气体体程中，胎内气体体积积增大、温度不增大、温度不变变，内能不，内能不变变，由于不，由于不计计分子分子势势能，能，本讲稿第四十七页，共六十页故分子平均故分子平均动动能不能不变变,选项选项C、D错误错误;由体由体积积增大可知气体增大可知气体对对外界做功，或克服外界外界做功，或克服外界做功，做功，选项选项B错误错误由由热热力学第一定律力学第一定律可知气体从外界吸可知气体从外界吸热热，选项选项A正确正确【答案】【答案】A本讲稿第四十八页，共六十页【规规律律总结总结】(1)气体体气体体积积与做功相关：与做功相关：体体积积增大，气体增大，气体对对外界做功；体外界做功；体积积减小，减小，外界外界对对气体做功气体做功(气体向其空中膨气体向其空中膨胀胀，不做功不做功)(2)气体温度与内能相关，温度升高，内能增气体温度与内能相关，温度升高，内能增大，温度降低，内能减小大，温度降低，内能减小本讲稿第四十九页，共六十页变变式式训练训练(2011高考广高考广东东卷卷)图图822为为某种椅子与其升降部分的某种椅子与其升降部分的结结构示意构示意图图，M、N两筒两筒间间密密闭闭了一定了一定质质量的气体，量的气体，M可沿可沿N的内壁上下滑的内壁上下滑动动设设筒内气体不筒内气体不与外界与外界发发生生热热交交换换，在，在M向下滑向下滑动动的的过过程中程中()本讲稿第五十页，共六十页图图822A外界外界对对气体做功，气体内能增大气体做功，气体内能增大B外界外界对对气体做功，气体内能减小气体做功，气体内能减小C气体气体对对外界做功，气体内能增大外界做功，气体内能增大本讲稿第五十一页，共六十页D气体气体对对外界做功，气体内能减小外界做功，气体内能减小解析：解析：选选A.因因为为M、N内被封内被封闭闭气体体气体体积积减小，所以外界减小，所以外界对对气体做功由气体做功由热热力学力学第一定律及第一定律及M、N内气体与外界没有内气体与外界没有热热交交换换可知外界可知外界对对气体做功，内能一定增加，气体做功，内能一定增加，故故A正确正确,B、C、D错误错误本讲稿第五十二页，共六十页图图823为电为电冰箱的工作原理示冰箱的工作原理示意意图图压缩压缩机工作机工作时时，强强迫制冷迫制冷剂剂在冰在冰箱内外的管道中不断循箱内外的管道中不断循环环在蒸在蒸发发器中器中制冷制冷剂剂汽化吸收箱体内的汽化吸收箱体内的热热量量,经过经过冷凝冷凝器器时时制冷制冷剂剂液化，放出液化，放出热热量到箱体外量到箱体外热力学第二定律的应用热力学第二定律的应用例例2本讲稿第五十三页，共六十页图图823(1)下列下列说说法正确的是法正确的是_A热热量可以自量可以自发发地从冰箱内地从冰箱内传传到冰箱外到冰箱外本讲稿第五十四页，共六十页B电电冰箱的制冷系冰箱的制冷系统统能能够够不断地把冰箱内不断地把冰箱内的的热热量量传传到外界，是因到外界，是因为为其消耗了其消耗了电电能能C电电冰箱的工作原理不冰箱的工作原理不违违反反热热力学第一力学第一定律定律D电电冰箱的工作原理冰箱的工作原理违违反反热热力学第一定力学第一定律律本讲稿第五十五页，共六十页(2)电电冰箱的制冷系冰箱的制冷系统统从冰箱内吸收的从冰箱内吸收的热热量量与与释释放到外界的放到外界的热热量相比，有怎量相比，有怎样样的关系的关系？【解析】【解析】(1)热热力学第一定律是力学第一定律是热现热现象象中内能与其他形式能的中内能与其他形式能的转转化化规规律律,是能的是能的转转化和守恒定律的具体表化和守恒定律的具体表现现,适用于所有的适用于所有的热热学学过过程程,故故C正确正确,D错误错误；本讲稿第五十六页，共六十页由由热热力学第二定律可知，力学第二定律可知，热热量不能自量不能自发发地地从低温物体从低温物体传给传给高温物体，除非有外界的高温物体，除非有外界的影响或帮助影响或帮助电电冰箱把冰箱把热热量从低温的内部量从低温的内部传传到高温的外部，需要到高温的外部，需要压缩压缩机的帮助并消机的帮助并消耗耗电电能，故能，故应选应选B、C.本讲稿第五十七页，共六十页(2)由由热热力学第一定律可知，力学第一定律可知，电电冰箱从冰箱内冰箱从冰箱内吸收吸收热热量，同量，同时时消耗了消耗了电电能，能，释释放到外界的放到外界的热热量比从冰箱内吸收的量比从冰箱内吸收的热热量多量多【答案】【答案】(1)BC(2)见见解析解析本讲稿第五十八页，共六十页知能演练强化闯关知能演练强化闯关本讲稿第五十九页，共六十页本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放本讲稿第六十页，共六十页
