热力学定律能量守恒定律.ppt
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1、第第2 2节热力学定律能量守恒定律节热力学定律能量守恒定律1.物体内能的物体内能的变变化化(1)改改变变内能的两种方式内能的两种方式做做功功:当当做做功功使使物物体体的的内内能能发发生生改改变变的的时时候候,外外界界对对物物体体做做了了多多少少功功,物物体体内内能能就就 多多少少;物物体体对对外外界界做了多少功,物体内能就做了多少功,物体内能就 多少多少热热传传递递:当当热热传传递递使使物物体体的的内内能能发发生生改改变变的的时时候候,物物体体吸吸收收了了多多少少热热量量,物物体体内内能能就就 多多少少;物物体体放放出出了多少了多少热热量,物体内能就量,物体内能就 多少多少一、一、热力学第一定
2、律和能量守恒定律热力学第一定律和能量守恒定律增加增加减少减少增加增加减少减少(2)两种改两种改变变方式方式间间的关系的关系两者在两者在 上是等效的上是等效的两两者者的的本本质质区区别别:做做功功是是其其他他形形式式的的能能和和内内能能的的相相互互 ,热传递热传递是内能的是内能的 2热热力学第一定律力学第一定律(1)内内容容:一一个个热热力力学学系系统统的的内内能能增增量量等等于于外外界界向向它它传传递递的的热热量与外界量与外界对对它所做的功的和它所做的功的和(2)公式:公式:U .内能改内能改变变转转化化转转移移WQ3能量守恒定律能量守恒定律内内容容:能能量量既既不不会会凭凭空空 ,也也不不会
3、会凭凭空空 ,它它只只能从一种形式能从一种形式 为为另一种形式,或者从一个物体另一种形式,或者从一个物体 到另一个物体,在能的到另一个物体,在能的转转化或化或转转移移过过程中其程中其 不不变变二、二、热力学第二定律热力学第二定律1.热热力学第二定律的两种表述力学第二定律的两种表述表表述述一一(按按照照热热传传导导的的方方向向性性来来表表述述):热热量量不不可可能能自自发发地地从从_低温低温_ 物体物体传传到到_高温高温_ 物体物体表表述述二二(按按照照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):不不可可能能从从单单一一热热源源吸吸收收热热量量,全全部部对对外外做做功
4、功,而而不不产产生生其其他他影响它也可以表述影响它也可以表述为为:第二:第二类类永永动动机是不可能制成的机是不可能制成的产产生生消失消失转转化化转转移移总总量量这这两两种种表表述述是是等等效效的的,即即可可以以从从一一种种表表述述导导出出另另一一种表述种表述2热热力力学学第第二二定定律律的的实实质质:揭揭示示了了大大量量分分子子参参与与的的宏宏观观过过程程的的 ,使使人人们们认认识识到到自自然然界界中中进进行行的的涉及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3热热力学力学过过程方向性的程方向性的实实例例方向性方向性4.热热力学第一定律和力学第一定律和热热力学第二定律的关系力
5、学第二定律的关系热热力学第一定律是和力学第一定律是和热现热现象有关的物理象有关的物理过过程中能量守程中能量守恒的特殊表达形式,而第二定律指出了能量恒的特殊表达形式,而第二定律指出了能量转转化与守化与守恒能否恒能否实现实现的条件和的条件和过过程的方向,指出了一切程的方向,指出了一切变变化化过过程的自然程的自然发发展是不可逆的,除非靠外界影响,所以二展是不可逆的,除非靠外界影响,所以二者既相互者既相互联联系又相互系又相互补补充充 5.两两类类永永动动机的比机的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料,力或燃料,却能不断地却能不断地对对外做功的外做功的机
6、器机器从从单单一一热热源吸收源吸收热热量,量,全部全部对对外做功,而不外做功,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,不可能背能量守恒,不可能制成制成不不违违背能量守恒,背能量守恒,违违背背热热力学第二定律,不可力学第二定律,不可能制成能制成三、热力学第三定律三、热力学第三定律热热力力学学第第三三定定律律:不不可可能能通通过过有有限限的的过过程程把把一一个个物物体体冷却到冷却到 (不可能达到不可能达到)绝对绝对零度零度绝对绝对零度零度题型一:热力学第一定律的理解及应用题型一:热力学第一定律的理解及应用例例1 (1)密密闭闭有有空空气气的的薄薄塑塑料料瓶瓶因因降降温温而而变变扁扁
7、,关关于于此此过过程程中中瓶瓶内内空空气气(不不计计分分子子势势能能)说说法法正正确确的的是是()A内能增大,放出热量内能增大,放出热量B内能减小,吸收热量内能减小,吸收热量C内能增大,对外界做功内能增大,对外界做功D.内能减小,外界对其做功内能减小,外界对其做功(2)一一定定质质量量的的气气体体,在在从从一一个个状状态态变变化化到到另另一一个个状状态态的的过过程程中中,吸吸收收热热量量280 J,并并对对外外做做功功120 J,试试问问:这这些气体的内能些气体的内能发发生了怎生了怎样样的的变变化?化?如如果果这这些些气气体体又又返返回回原原来来的的状状态态,并并放放出出了了240 J热热量量
8、,那那么么在在返返回回的的过过程程中中是是气气体体对对外外界界做做功功,还还是是外外界界对对气体做功?做功多少?气体做功?做功多少?【思路点拨】【思路点拨】明白温度是分子平均动能的标志,弄清明白温度是分子平均动能的标志,弄清热力学第一定律的符号法则和符号的含义是解题的关热力学第一定律的符号法则和符号的含义是解题的关键键【解解析析】(1)不不计计分分子子势势能能,空空气气内内能能由由温温度度决决定定,随随温温度度降降低低而而减减小小,A、C均均错错误误;薄薄塑塑料料瓶瓶因因降降温温而而变变扁扁、空空气气体体积积减减小小,外外界界压压缩缩空空气气做做功功,D正正确确;空空气气内内能能减减小小、外外
9、界界对对空空气气做做功功,根根据据能能量量守守恒恒定定律律可可知知空空气气向向外外界界放放热热,B错误错误(2)由热力学第一定律可得由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J气体的内能增加了气体的内能增加了160 J.由由于于气气体体的的内内能能仅仅与与状状态态有有关关,所所以以气气体体从从状状态态回回到到状状态态的的过过程程中中内内能能的的变变化化应应等等于于从从状状态态到到状状态态的的过过程中内能的变化,则从状态程中内能的变化,则从状态到状态到状态的内能应减少的内能应减少160 J即即U160 J,又又Q240 J,根根据据热热力力学学第第一一定定律律得:得:UWQ,所所以以
10、WUQ160 J(240 J)80 J,即即外外界界对对气体做功气体做功80 J.【答案】【答案】(1)D(2)增加了增加了160 J外界对气体做功外界对气体做功80 J【方方法法与与知知识识感感悟悟】1.热热力力学学第第一一定定律律中中的的符符号号规规定及意义:定及意义:2温度、内能、热量、功之间的区别温度、内能、热量、功之间的区别概概念念温度温度内能内能热量热量功功含含义义表示物体的冷表示物体的冷热程度,是物热程度,是物体分子平均动体分子平均动能大小的标志,能大小的标志,它是大量分子它是大量分子热运动的集体热运动的集体表现,对个别表现,对个别分子来说没有分子来说没有意义意义物体内所有物体内
11、所有分子动能和分子动能和势能的总和,势能的总和,它是由大量它是由大量分子的热运分子的热运动和分子的动和分子的相对位置所相对位置所决定的能决定的能是热传递过是热传递过程中内能的程中内能的改变量,热改变量,热量用来量度量用来量度热传递过程热传递过程中内能转移中内能转移的多少的多少做功过程是做功过程是机械能和其机械能和其他形式的能他形式的能(包括内能包括内能)之间的转化之间的转化关关系系温度和内能是状态量,热量和功则是过程量热传递的前温度和内能是状态量,热量和功则是过程量热传递的前提条件是存在温差,传递的是热量而不是温度,实质上是提条件是存在温差,传递的是热量而不是温度,实质上是内能的转移内能的转移
12、例例2 如图所示,柱形容器内封有一定如图所示,柱形容器内封有一定质量的空气,光滑活塞质量的空气,光滑活塞C(质量为质量为m)与与容器用良好的隔热材料制成,另有质容器用良好的隔热材料制成,另有质量为量为M的物体从活塞上方的的物体从活塞上方的A点自由点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最下落到活塞上,并随活塞一起到达最低低点点B而而静静止止,在在这这一一过过程程中中,空空气气内内能能的的改改变变量量E,外外界界对对容容器器内内空空气气所所做做的的功功W及及物物体体和和活活塞塞的的重重力力势势能能的变化之间的关系是的变化之间的关系是()AMg(hh)mghEWBEW,WMg(hh)mghCEW,WM
13、g(hh)mghDEW,WMg(hh)mgh题型二:能量守恒定律的理解和应用题型二:能量守恒定律的理解和应用【思路点拨】【思路点拨】弄清哪些能量增加、哪些能量减少是弄清哪些能量增加、哪些能量减少是解题的关键解题的关键【解析】【解析】由于系统隔热,所以气体与外界没有热交由于系统隔热,所以气体与外界没有热交换,大气压力、活塞对气体做正功,所以由热力学换,大气压力、活塞对气体做正功,所以由热力学第一定律知气体的内能增加,且第一定律知气体的内能增加,且EW,物体与活,物体与活塞损失的重力势能一部分使气体的内能增加,另一塞损失的重力势能一部分使气体的内能增加,另一部分损失到碰撞过程中部分损失到碰撞过程中
14、m和和M的内能上,所以的内能上,所以WMg(hh)mgh,故选项,故选项C正确正确【答案】【答案】C【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】能量守恒定律的应用步骤:能量守恒定律的应用步骤:先先弄弄清清系系统统变变化化过过程程中中有有几几种种形形式式的的能能量量在在转转化化或或转移转移分析初、末状态,确定分析初、末状态,确定E增增、E减减各为多少各为多少由由E增增E减减列式求解列式求解例例3 下列说法正确的是下列说法正确的是()A机械能全部变成内能是不可能的机械能全部变成内能是不可能的B第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成功功的的原原因因是是因因为为能能量量既既不不会会凭凭空空产产生生,也也
15、不不会会凭凭空空消消失失,只只能能从从一一个个物物体体转转移移到到另另一一个个物物体体,或或者者从从一一种种形形式式转转化化成成另另一一种种形式形式C根根据据热热力力学学第第二二定定律律可可知知,热热量量不不可可能能从从低低温温物物体传到高温物体体传到高温物体D从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的题型三:对热力学第二定律的理解题型三:对热力学第二定律的理解【解析】【解析】机械能可以完全转变为内能,比如运动的物体机械能可以完全转变为内能,比如运动的物体因为摩擦而停下来,因为摩擦而停下来,A错误;第二类永动机不违反能量错误;第二类永动机不违反能量守恒定律,但
16、违反了热力学第二定律,守恒定律,但违反了热力学第二定律,B错误;由热力学错误;由热力学第二定律的内容可知,第二定律的内容可知,C错误;只有错误;只有D是正确的该情形是正确的该情形可以实现,但要引起其他变化可以实现,但要引起其他变化【答案】【答案】D1关于关于热热力学定律,下列力学定律,下列说说法正确的是法正确的是()A在一定条件下物体的温度可以降到在一定条件下物体的温度可以降到0 KB物体从物体从单单一一热热源吸收的源吸收的热热量可全部用于做功量可全部用于做功C吸收了吸收了热热量的物体,其内能一定增加量的物体,其内能一定增加D压缩压缩气体气体总总能使气体的温度升高能使气体的温度升高B【解析】【
17、解析】根据热力学第三定律绝对零度不可能达到,根据热力学第三定律绝对零度不可能达到,A错错误;物体从外界吸收热量、对外做功,根据热力学第一误;物体从外界吸收热量、对外做功,根据热力学第一定律可知内能可能增加、减小或不变,定律可知内能可能增加、减小或不变,C错误;压缩气体,错误;压缩气体,外界对气体做正功,可能向外界放热,内能可能减小、外界对气体做正功,可能向外界放热,内能可能减小、温度降低,温度降低,D错误;物体从单一热源吸收的热量可全部用错误;物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功而引起其他变化是可能的,于做功而引起其他变化是可能的,B正确正确2空气空气压缩压缩机在一次机在一次压缩过压缩过程中
18、,活塞程中,活塞对对气缸中的气气缸中的气体做功体做功为为2.0105 J,同,同时时气体的内能增加了气体的内能增加了1.5105 J试问试问:此:此压缩过压缩过程中,气体程中,气体 (填填“吸收吸收”或或“放出放出”)的的热热量等于量等于 J.放出放出5104【解析】【解析】由热力学第一定律由热力学第一定律WQU,得,得QUW5104 J,说明气体放出热量,说明气体放出热量5104 J.3(1)图图a、b是潮汐是潮汐发电发电示意示意图图涨涨潮潮时时开开闸闸,水由通,水由通道道进进入海湾水入海湾水库库蓄水,待水面升至最高点蓄水,待水面升至最高点时时关关闭闸门闭闸门(见见图图a)当落潮当落潮时时,
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