热力学定律能量守恒定律.ppt

第2节热力学定律能量守恒定律,1.物体内能的变化(1)改变内能的两种方式做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就 多少；物体对外界做了多少功，物体内能就 多少热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就 多少；物体放出了多少热量，物体内能就 多少,一、热力学第一定律和能量守恒定律,增加,减少,增加,减少,(2)两种改变方式间的关系两者在 上是等效的两者的本质区别：做功是其他形式的能和内能的相互，热传递是内能的 2热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和(2)公式：U.,内能改变,转化,转移,WQ,3能量守恒定律内容：能量既不会凭空，也不会凭空，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，在能的转化或转移过程中其 不变二、热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述表述一(按照热传导的方向性来表述)：热量不可能自发地从_低温_ 物体传到_高温_ 物体表述二(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产生其他影响它也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的,产生,消失,转化,转移,总量,这两种表述是等效的，即可以从一种表述导出另一种表述2热力学第二定律的实质：揭示了大量分子参与的宏观过程的，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性3热力学过程方向性的实例,方向性,4.热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响，所以二者既相互联系又相互补充,5.两类永动机的比较,三、热力学第三定律热力学第三定律：不可能通过有限的过程把一个物体冷却到(不可能达到),绝对零度,绝对零度,题型一：热力学第一定律的理解及应用,例1(1)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，关于此过程中瓶内空气(不计分子势能)说法正确的是()A内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D.内能减小，外界对其做功,(2)一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：这些气体的内能发生了怎样的变化？如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？,【思路点拨】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键,【解析】(1)不计分子势能，空气内能由温度决定，随温度降低而减小，A、C均错误；薄塑料瓶因降温而变扁、空气体积减小，外界压缩空气做功，D正确；空气内能减小、外界对空气做功，根据能量守恒定律可知空气向外界放热，B错误(2)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J气体的内能增加了160 J.由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态回到状态的过程中内能的变化应等于从状态到状态的过程中内能的变化，则从状态到状态的内能应减少160 J,即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功80 J.,【答案】(1)D(2)增加了160 J外界对气体做功80 J,【方法与知识感悟】1.热力学第一定律中的符号规定及意义：,2温度、内能、热量、功之间的区别,例2 如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成，另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止，在这一过程中，空气内能的改变量E，外界对容器内空气所做的功W及物体和活塞的重力势能的变化之间的关系是()AMg(hh)mghEWBEW，WMg(hh)mghCEW，WMg(hh)mghDEW，WMg(hh)mgh,题型二：能量守恒定律的理解和应用,【思路点拨】弄清哪些能量增加、哪些能量减少是解题的关键,【解析】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，所以由热力学第一定律知气体的内能增加，且EW，物体与活塞损失的重力势能一部分使气体的内能增加，另一部分损失到碰撞过程中m和M的内能上，所以WMg(hh)mgh，故选项C正确,【答案】C,【方法与知识感悟】能量守恒定律的应用步骤：先弄清系统变化过程中有几种形式的能量在转化或转移分析初、末状态，确定E增、E减各为多少由E增E减列式求解,例3 下列说法正确的是()A机械能全部变成内能是不可能的B第二类永动机不可能制成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化成另一种形式C根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的,题型三：对热力学第二定律的理解,【解析】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，A错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，B错误；由热力学第二定律的内容可知，C错误；只有D是正确的该情形可以实现，但要引起其他变化,【答案】D,1关于热力学定律，下列说法正确的是()A在一定条件下物体的温度可以降到0 KB物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C吸收了热量的物体，其内能一定增加D压缩气体总能使气体的温度升高,B,【解析】根据热力学第三定律绝对零度不可能达到，A错误；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，C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、温度降低，D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，B正确,2空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中的气体做功为2.0105 J，同时气体的内能增加了1.5105 J试问：此压缩过程中，气体(填“吸收”或“放出”)的热量等于 J.,放出,5104,【解析】由热力学第一定律WQU，得QUW5104 J，说明气体放出热量5104 J.,3(1)图a、b是潮汐发电示意图涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(见图a)当落潮时，开闸放水发电(见图b)设海湾水库面积为5.0108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为(海水取1.0103 kg/m3，g取10 m/s2)(),B,A2.6104 kW B5.2104 kWC2.6105 kW D5.2105 kW,(2)下图为双水库潮汐电站原理示意图两个水库之间始终保持着水位差，可以全天发电涨潮时，闸门的开关情况是；落潮时闸门的开关情况是 从能量的角度说，该电站是将海水的 转化为水轮机的动能，再推动发电机发电,A关B开,B关A开,重力势能,【夯实基础】,1关于物体的内能的变化，以下说法中正确的是()A物体放出热量，内能一定减小B物体对外做功，内能一定减小C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变,C,【解析】物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)、物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关物体放出热量，但外界有可能对其做功，故内能有可能不减小，A错误；同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B错误；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C正确；而放热与对外做功都是使物体内能减小，D错误,2对于热量、功和内能三个物理量，下列各种说法中正确的是()A热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的B物体的内能越大，热量越多C热量和功都可以作为内能的量度D内能大的物体含的热量一定多,A,【解析】热量和功是过程量，内能是状态量它们具有不同的物理意义，热量只有在涉及到能量传递时才有意义因此说某个物体的热量多少是错误的热量和功都可量度内能改变的多少，而不能量度内能的多少选项A正确,3下列说法中正确的是()A给轮胎打气的过程中，轮胎内气体内能不断增大B洒水车在不断洒水的过程中，轮胎内气体的内能不断增大C太阳下暴晒的轮胎爆破，轮胎内气体内能减小D拔火罐过程中，火罐能吸附在身体上，说明火罐内气体内能减小,ACD,【解析】给轮胎打气的过程中，轮胎内气体质量增加，体积几乎不变，压强增加，温度升高，内能增加，选项A正确；洒水车内水逐渐减小，轮胎内气体压强逐渐减小，体积增大，对外做功，气体内能减小，选项B错误；轮胎爆破的过程中，气体膨胀对外做功，内能减小，选项C正确；火罐内气体温度逐渐降低时，内能减小，选项D正确,4下列说法正确的是()A布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映B没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能C知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同,D,【解析】布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的运动，他反映的是液体分子无规则的运动，所以A错误；没有摩擦的理想热机不经过做功是不可能把吸收的能量全部转化为机械能的，B错误；摩尔质量必须和分子的质量结合才能求出阿伏加德罗常数，C错；温度是分子平均动能的标志，只要温度相同分子的平均动能就相同，物体的内能是势能和动能的总和，所以D正确,【能力提高】,5如图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()A温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少200 J,A,【解析】根据热力学第一定律，气体内能增量UWQ800 J200 J600 J，对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故A选项正确,6若某种实际气体分子的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是()如果保持其体积不变，温度升高，内能增大如果保持其体积不变，温度升高，内能减少如果保持其温度不变，体积增大，内能增大如果保持其温度不变，体积增大，内能减少A B C D,B,【解析】内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和对于一定质量的实际气体，当体积不变，温度升高时，分子势能不变，分子总动能增大，故内能增大当温度不变，体积增大时，分子总动能不变，因分子距离在引力范围内增大，分子力做负功，故分子势能增大，内能增大,7(2011重庆)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A对外做正功，分子的平均动能减小B对外做正功，内能增大C对外做负功，分子的平均动能增大 D对外做负功，内能减小,A,【解析】由于缸内气体与外界无热交换Q0，气缸内的压缩气体膨胀对外做功W0，由热力学第一定律可知气体内能减少，而题中忽略气体分子间相互作用即不计分子势能，故分子动能减小，分子平均动能亦减小，A正确,8图为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外下列说法正确的是()A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第二定律,BC,【解析】热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故C正确，D错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故应选B、C.,9用气筒给自行车打气，每次对活塞加75 N的压力，活塞行程为40 cm，每压一次，被压缩气体的内能都增加8.5 J，则此过程中被压缩气体是 热(填“吸”或“放”)，传递的热量是 J.,放,21.5,【解析】打气一次做功WFL750.4 J30 J，而气体的内能增加了8.5 J，由热力学第一定律，气体向外放热Q30 J8.5 J21.5 J.,10.(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法“钻木取火”是通过 方式改变物体的内能，把 转变为内能(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密的套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示这是因为烧瓶里的气体吸收了水的，温度，体积,做功,机械能,热量,升高,增大,【解析】(1)对物体做功可以增加物体的内能，即把机械能转变为内能；(2)当用气球封住烧瓶，在瓶内就封闭了一定质量的气体，将烧瓶放到热水中，瓶内气体将吸收热量，气体的温度升高，气体体积增大,【开拓视野】11热力学第二定律常见的表述有两种：第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对致冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体，请你根据第二种表述完成示意图乙根据你的理解，热力学第二定律的实质是什么？,一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,【解析】根据热力学第二定律的第二种表述：不可能从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产生其他影响热机工作过程是从高温物体吸收热量，一部分用来对外界做功转化为机械能，一部分传给低温物体流程图如答案所示,