高考物理复习 第11章第三节热力学定律与能量守恒课件 沪科.ppt

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1、第三节热力学定律与能量守恒第三节热力学定律与能量守恒2021/8/11 星期三1 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第三三节节热热力力学学定定律律与与能能量量守守恒恒基础知识梳理基础知识梳理2021/8/11 星期三2基础知识梳理基础知识梳理一、改一、改变变内能的两种方式内能的两种方式做功和做功和热传递热传递1功和内能功和内能做功可以使物体的内能做功可以使物体的内能发发生改生改变变，内能的改，内能的改变变量是用功的数量是用功的数值值来量度的外界来量度的外界对对物体做了多物体做了多少功，物体的内能就少功，物体的内能就_多少；物体多少；物体对对外界外界做了多

2、少功，物体的内能就做了多少功，物体的内能就_多少多少绝热过绝热过程：系程：系统统只由外界只由外界对对它做功而与外界交它做功而与外界交换换能量，它不从外界能量，它不从外界_热热，也不向外界，也不向外界_热热,这样这样的的过过程叫做程叫做绝热过绝热过程程增加增加减少减少吸吸放放2021/8/11 星期三32热传递热传递和内能和内能热传递热传递也可以使物体的内能也可以使物体的内能发发生改生改变变，内能的，内能的改改变变量是用量是用_来量度的物体吸收了多少来量度的物体吸收了多少热热量，物体的内能就增加多少；物体放出了多少量，物体的内能就增加多少；物体放出了多少热热量，物体的内能就减少多少量，物体的内能

3、就减少多少热传递热传递有三种方式：有三种方式：_、_和和_.二、二、热热力学定律力学定律1热热力学第一定律与能量守恒定律力学第一定律与能量守恒定律热热量量热传导热传导热对热对流流热辐热辐射射2021/8/11 星期三4(1)如果物体跟外界同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，那，那么外界么外界对对物体所做的功物体所做的功W加上物体从外界吸收加上物体从外界吸收的的热热量量Q等于物体内能的增加等于物体内能的增加U，即，即_.(2)热热力学第一定律的符号法力学第一定律的符号法则则功功W0，表示，表示_做功；做功；W0，表示物体，表示物体_热热；Q0，表示内能，表示内能_；U0，表示

4、内，表示内能能_(3)_指出各种不同形式的能量都可指出各种不同形式的能量都可以相互以相互转转化并且在化并且在转转化或化或转转移的移的过过程中，能量程中，能量的的总总量保持不量保持不变变第一第一类类永永动动机：机：违违背能量守恒定律的机器被称背能量守恒定律的机器被称为为第一第一类类永永动动机它是不可能制成的机它是不可能制成的增加增加减少减少能量守恒定律能量守恒定律2021/8/11 星期三6思考感悟思考感悟由由热热力学第一定律判定内能力学第一定律判定内能变变化的依据是什么化的依据是什么?提示：提示：内能内能变变化的依据是做功与化的依据是做功与热传递热传递的的总总和和.2热热力学第二定律及其微力学

5、第二定律及其微观观解解释释反反映映宏宏观观自自然然过过程程方方向向性性的的定定律律就就是是热热力力学学第第二定律它有常二定律它有常见见的两种表述：的两种表述：(1)克克劳劳修斯表述修斯表述(按按热传递热传递的方向性来表述的方向性来表述)：热热量不能自量不能自发发地从地从_物体物体传传到到_物体物体.低温低温高温高温2021/8/11 星期三7(2)开开尔尔文文表表述述(按按机机械械能能与与内内能能转转化化过过程程的的方方向向性性来来表表述述)：不不可可能能从从_吸吸收收热热量量，使之完全使之完全变变成功，而不成功，而不产产生其他影响生其他影响热热力力学学第第二二定定律律的的意意义义：揭揭示示了

6、了有有大大量量分分子子参参与与的的宏宏观观过过程程的的方方向向性性，是是独独立立于于热热力力学学第第一一定律的一个重要自然定律的一个重要自然规规律律单单一一热热源源2021/8/11 星期三8(3)热热力学第二定律的微力学第二定律的微观观解解释释一切自然一切自然过过程程总总是沿着分子是沿着分子热热运运动动的的_性增大的方向性增大的方向进进行，行，这这是是热热力学第二定律的微力学第二定律的微观观意意义义从微从微观观的角度看，的角度看，热热力学第二定律是一个力学第二定律是一个统统计规计规律：一个孤立系律：一个孤立系统总统总是从是从熵熵小的状小的状态态向向熵熵_的状的状态发态发展，而展，而熵值较熵值

7、较大代表着大代表着较为较为无序，无序，所以自所以自发发的宏的宏观过观过程程总总是向无序性增大的方向是向无序性增大的方向发发展，所以展，所以热热力学第二定律也叫力学第二定律也叫熵熵增加原理增加原理.无序无序大大2021/8/11 星期三9第二第二类类永永动动机：机：违违背宏背宏观热现观热现象方向性的机器象方向性的机器被称被称为为_永永动动机机这类这类永永动动机不机不违违背背_，但它，但它违违背了背了_，也是不可能制成的也是不可能制成的三、能量守恒定律三、能量守恒定律能量既不能凭空能量既不能凭空产产生，也不能凭空消失，它只生，也不能凭空消失，它只能从一种形式能从一种形式_为为另一种形式，或者从一另

8、一种形式，或者从一个系个系统统(物体物体)_到另一个系到另一个系统统(物体物体)，在，在转转化和化和转转移的移的过过程中其程中其_不不变变.第二第二类类能能量守恒定律量守恒定律热热力学第二定律力学第二定律转转化化转转移移总总量量2021/8/11 星期三10课堂互动讲练课堂互动讲练一、一、热热力学第一定律的力学第一定律的应应用用1物体的内能及内能的物体的内能及内能的变变化化(1)物体的内能是指物体内所有分子的平均物体的内能是指物体内所有分子的平均动动能能和和势势能之和在微能之和在微观观上由分子数、分子上由分子数、分子热热运运动动的的剧剧烈程度和相互作用力决定；宏烈程度和相互作用力决定；宏观观上

9、体上体现为现为物体的温度和体物体的温度和体积积，因此物体的内能是一个状，因此物体的内能是一个状态态量量2021/8/11 星期三11(2)理想气体的内能是指所有分子的平均理想气体的内能是指所有分子的平均动动能之和能之和,所以一定所以一定质质量理想气体的内能只与温度有关；温量理想气体的内能只与温度有关；温度升高，内能增大；温度降低，内能减小度升高，内能增大；温度降低，内能减小.2做功和做功和热传递热传递在改在改变变物体内能上是等效的物体内能上是等效的，但是有着本但是有着本质质的区的区别别(1)“等效等效”的意的意义义可以理解可以理解为为：在改：在改变变物体的内物体的内能上可以起到同能上可以起到同

10、样样的效果，即要使物体改的效果，即要使物体改变变同同样样的内能，通的内能，通过过做功或者做功或者热传递热传递都可以都可以实现实现，若不若不知道知道过过程，我程，我们们无法分辨出是做功无法分辨出是做功还还是是热传递实热传递实现现的的这这种改种改变变2021/8/11 星期三12(2)做功和做功和热传递热传递的本的本质质区区别别从运从运动动形式上看：做功是宏形式上看：做功是宏观观的机械运的机械运动动向向物体的微物体的微观观分子分子热热运运动动的的转转化；化；热传递则热传递则是通是通过过分子之分子之间间的相互作用，使不同物体的相互作用，使不同物体间间分子分子热热运运动变动变化，是内能的化，是内能的转

11、转移移从能量的角度看：做功是其他形式的能向内从能量的角度看：做功是其他形式的能向内能的能的转转化；化；热传递热传递是内能之是内能之间间的的转转移前者能移前者能的性的性质发质发生了生了变变化，后者能的性化，后者能的性质质不不变变2021/8/11 星期三13【名名师师点点睛睛】(1)应应用用热热力力学学第第一一定定律律时时要要明明确确研研究究的的对对象象是是哪哪个个物物体体或或者者是是哪哪个个热热力力学学系系统统(2)应应用用热热力力学学第第一一定定律律计计算算时时，要要依依照照符符号号法法则则代代入入数数据据对对结结果果的的正正、负负也也同同样样依依照照规规则则来解来解释释其意其意义义2021

12、/8/11 星期三14即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1.(2010年高考广年高考广东东卷卷)如如图图1131是密是密闭闭的的汽缸，外力推汽缸，外力推动动活塞活塞P压缩压缩气体，气体，对对缸内气体缸内气体做功做功800 J，同，同时时气体向外界放气体向外界放热热200 J，缸内，缸内气体的气体的()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 JC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图图11312021/8/11 星期三15解析：解析：选选A.由由UQW得：得：U2

13、00 J800 J600 J，即气体的内能增加，即气体的内能增加600 J，故，故B、D错误错误由于气体分子由于气体分子间间的距离的距离较较大，其分子大，其分子势势能可忽略不能可忽略不计计，故密，故密闭闭(质质量不量不变变)气体内能气体内能的多少表的多少表现为现为温度的高低，即气体温度升高，温度的高低，即气体温度升高，故故C错误错误，A正确正确2021/8/11 星期三16二、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(1)“自自发发地地”指明了指明了热传递热传递等等热热力

14、学宏力学宏观现观现象象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助.(2)“不不产产生其他影响生其他影响”的涵的涵义义是指是指发发生的生的热热力力学宏学宏观过观过程只在本系程只在本系统统内完成，内完成，对对周周围环围环境不境不产产生生热热力学方面的影响如吸力学方面的影响如吸热热、放、放热热、做功、做功等等.2021/8/11 星期三172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，都揭示了大量力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏分子参与宏观过观过程的方向性，程的方向性，进进而使人而使人们认识们认识到自然界中到自然界中进进行的

15、涉及行的涉及热现热现象的宏象的宏观过观过程都具程都具有方向性有方向性3热热力学力学过过程方向性程方向性实实例例2021/8/11 星期三182021/8/11 星期三19【名【名师师点睛】点睛】热热量不可能自量不可能自发发地从低温物体地从低温物体传传到高温物体，但在有外界影响的条件下，到高温物体，但在有外界影响的条件下，热热量可以从低温物体量可以从低温物体传传到高温物体，如到高温物体，如电电冰箱；冰箱；在引起其他在引起其他变变化的条件下内能可以全部化的条件下内能可以全部转转化化为为机械能，如气体的等温膨机械能，如气体的等温膨胀过胀过程程2021/8/11 星期三204两两类类永永动动机的比机的

16、比较较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需要任何不需要任何动动力或燃力或燃料，却能不断地料，却能不断地对对外外做功的机器做功的机器从从单单一一热热源吸收源吸收热热量，量，使之完全使之完全变变成功，而不成功，而不产产生其他影响的机器生其他影响的机器违违背能量守恒，不可背能量守恒，不可能制成能制成不不违违背能量守恒，但背能量守恒，但违违背背热热力学第二定律，不力学第二定律，不可能制成可能制成2021/8/11 星期三215热热力学第一定律与第二定律的关系力学第一定律与第二定律的关系热热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转转化化为为内能；内能；热热力

17、学第二定律却力学第二定律却说说明明这这一内能在不一内能在不引起其他引起其他变变化的情况下不可能完全化的情况下不可能完全变变成功成功热热量可以从高温物体自量可以从高温物体自动传动传向低温物体，而向低温物体，而热热力力学第二定律却学第二定律却说说明明热热量不能自量不能自动动从低温物体从低温物体传传向高温物体第一定律向高温物体第一定律说说明在任何明在任何过过程中能量程中能量必定守恒，第二定律却必定守恒，第二定律却说说明并非所有能量守恒明并非所有能量守恒的的过过程均可以程均可以实现实现2021/8/11 星期三22热热力学第二定律是反映自然界中力学第二定律是反映自然界中过过程程进进行的方行的方向和条件

18、的一个向和条件的一个规规律，它指出自然界中出律，它指出自然界中出现现的的过过程是具有方向性的，在程是具有方向性的，在热热力学中，两个定律力学中，两个定律相相辅辅相成、缺一不可相成、缺一不可2021/8/11 星期三23即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.根据根据热热力学第二定律，下列判断正确的是力学第二定律，下列判断正确的是()A电电流的能不可能全部流的能不可能全部变为变为内能内能B在火力在火力发电发电机中，燃气的内能不可能全部机中，燃气的内能不可能全部变变为电为电能能C在在热热机中，燃气的内能不可能全部机中，燃气的内能不可能全部变为变为机械机械能能D在在热传导热传导中

19、，中，热热量不可能自量不可能自发发地从低温物体地从低温物体传递给传递给高温物体高温物体2021/8/11 星期三24解解析析：选选BCD.由由热热力力学学第第二二定定律律可可知知，凡凡与与热热现现象象有有关关的的宏宏观观过过程程都都具具有有方方向向性性，电电流流的的能能可可全全部部变变为为内内能能，而而内内能能不不可可能能全全部部变变为为电电流流的的能能机机械械能能可可全全部部变变为为内内能能，而而内内能能不不可可能能全全部部变变成成机机械械能能在在热热传传导导中中，热热量量只只能能自自发发地地从从高高温温物物体体传传递递给给低低温温物物体体，而而不不能能自自发发地地从从低低温温物物体体传传递

20、递给给高高温温物物体体，所所以以选选项项B、C、D正确正确2021/8/11 星期三25 (2010年高考海南卷年高考海南卷)如如图图1132，体，体积为积为V、内壁光滑的、内壁光滑的圆圆柱形柱形导热导热汽缸汽缸顶顶部有一部有一质质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度度为为2.4T0、压压强强为为1.2p0的理想气体，的理想气体，p0和和T0分分别为别为大气的大气的压压强强和温度已知：气体内能和温度已知：气体内能U与温度与温度T的关系的关系为为UT，为为正的常量；容器正的常量；容器内气体的所有内气体的所有变变化化过过程都是程都是缓缓慢的，求：慢的，求：

21、经典题型探究经典题型探究题型一题型一热力学第一定律与气体状态变化的热力学第一定律与气体状态变化的综合应用综合应用例例例例1 12021/8/11 星期三26(1)汽缸内气体与大气达到平汽缸内气体与大气达到平衡衡时时的体的体积积V1；(2)在活塞下降在活塞下降过过程中，汽缸程中，汽缸内气体放出的内气体放出的热热量量Q.【思路点【思路点拨拨】圆圆柱形柱形导热导热汽缸，汽缸，说说明气体温明气体温度高于外界气体温度，要向外界放度高于外界气体温度，要向外界放热热最最终终缸内缸内气体的温度和气体的温度和压压强强与外界相同与外界相同图图11322021/8/11 星期三272021/8/11 星期三2820

22、21/8/11 星期三29【反思【反思领领悟】悟】理想气体状理想气体状态发态发生生变变化的化的过过程程中，不中，不仅满仅满足理想气体状足理想气体状态态方程，而且方程，而且还满还满足足能量守恒的定律具体地要能量守恒的定律具体地要满满足足热热力学第一定力学第一定律即律即满满足方程足方程UWQ.2021/8/11 星期三30 如如图图1133所示，所示，a、b、c、d表示一定表示一定质质量的理想量的理想气体状气体状态变态变化化过过程中的四个程中的四个状状态态，图图中中ad平行于横坐平行于横坐标标轴轴，ab的的延延长长线线过过原原点点dc平平行行纵纵轴轴，以以下下说说法正确的是法正确的是()题型二题型

23、二涉及图像的热力学第一定律的应用涉及图像的热力学第一定律的应用例例例例2 2图图11332021/8/11 星期三31A从状从状态态d到到c，气体不吸，气体不吸热热也不放也不放热热B从状从状态态c到到b，气体放，气体放热热C从状从状态态a到到d，气体，气体对对外做功外做功D从状从状态态b到到a，气体吸，气体吸热热【思路点【思路点拨拨】根据根据图线图线的特点，分清气体的特点，分清气体发发生生变变化的特点，然后化的特点，然后结结合合热热力学第一定律力学第一定律进进行行求解求解2021/8/11 星期三32【解析】【解析】从状从状态态d到到c，气体，气体发发生等温生等温变变化，化，内能不内能不变变，

24、但由于体，但由于体积变积变大，气体大，气体对对外界做功外界做功,根据根据热热力学第一定律，知气体要吸力学第一定律，知气体要吸热热，A错误错误；从状从状态态c到到b，气体的体，气体的体积变积变小，外界小，外界对对气体做气体做功，内能又减小，因此气体要放功，内能又减小，因此气体要放热热，B正确；正确；从状从状态态a到到d，气体，气体发发生等生等压变压变化，温度化，温度变变大，大，体体积变积变大，气体大，气体对对外界做功，外界做功，C正确；从状正确；从状态态b到到a，气体，气体发发生等容生等容变变化，温度升高，内能化，温度升高，内能变变大，气体要吸大，气体要吸热热，D正确正确2021/8/11 星期

25、三33【答案】【答案】BCD【题题后反思】后反思】理解理解图图像的物理意像的物理意义义，看清楚，看清楚横坐横坐标标和和纵纵坐坐标标分分别别表示什么含表示什么含义义；看；看图图像上像上的特殊点和走的特殊点和走势势，即坐，即坐标轴标轴上的截距和曲上的截距和曲线线如如何何变变化；看化；看图图像中的其他含像中的其他含义义，如斜率表示的，如斜率表示的含含义义、横、横纵纵坐坐标标的的联联系等等在此基系等等在此基础础上分析上分析状状态变态变化、利用化、利用图图像判定气体是吸像判定气体是吸热还热还是放是放热热,最后再最后再结结合合热热力学第一定律解力学第一定律解题题2021/8/11 星期三34本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用2021/8/11 星期三352021/8/11 星期三36