《热力学定律能量守恒定律学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学定律能量守恒定律学习教案.pptx（40页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1热力学定律热力学定律(dngl)能量守恒定律能量守恒定律(dngl)第一页，共40页。(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(rling)与外界对它所做的功的和(2)公式：U .内能(ni nn)改变转化(zhunhu)转移WQ第1页/共40页第二页，共40页。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(xngsh)为另一种形式(xngsh)，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
2、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(chnshng)消失(xiosh)转化转移总量第2页/共40页第三页，共40页。这两种表述是等效(dn xio)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第3页/共40页第四页，共40页。4
3、.热力学第一定律和热力学第二定律的关系(gun x)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 第4页/共40页第五页，共40页。5.两类永动机的比较(bjio)第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的却能不断地对外做功的机器机器从单一热源吸收热量，从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产全部对外做功，而不产生其他影响的机器生其他影响的机器违背能量守恒，不可能违
4、背能量守恒，不可能制成制成不违背能量守恒，违背不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可热力学第二定律，不可能制成能制成三、热力学第三定律热力学第三定律：不可能通过有限的过程(guchng)把一个物体冷却到 (不可能达到)绝对零度(judu lngd)绝对零度第5页/共40页第六页，共40页。题型一：热力学第一(dy)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(xshu)热量C内能增大，对外界做功D.内能减小，外界对其做功第6页/共40页第七页，共40页。(2)一定质量的气体(qt)，在从
5、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(qt)的内能发生了怎样的变化？如果这些气体(qt)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(qt)对外界做功，还是外界对气体(qt)做功？做功多少？【思路点拨】明白温度是分子(fnz)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第7页/共40页第八页，共40页。【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(ysu kngq)做功，D正确；空气内能减小、外界对空气做功，根据
6、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第8页/共40页第九页，共40页。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(qt)做功80 J.【答案(d n)】(1)D(2)增加了160 J外界对气体做功80 J第9页/共40页第十页，共40页。【方法与知识感悟】1.热力学第一定律(dngl)中的
7、符号规定及意义：第10页/共40页第十一页，共40页。2温度、内能、热量(rling)、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
8、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)之之间的转化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第11页/共40页第十二页，共40页。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(xilu)到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止，在这一
9、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(nngling)守恒定律的理解和应用第12页/共40页第十三页，共40页。【思路点拨(din bo)】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(zngji)，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(zngji)，另一部分损失到碰撞过程中m和M的内能上
10、，所以WMg(hh)mgh，故选项C正确【答案(d n)】C第13页/共40页第十四页，共40页。【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(j zhn)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减列式求解第14页/共40页第十五页，共40页。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(yunyn)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
11、题型三：对热力学第二定律(dngl)的理解第15页/共40页第十六页，共40页。【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(cuw)；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(cuw)；由热力学第二定律的内容可知，C错误(cuw)；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 n)】D第16页/共40页第十七页，共40页。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(qunb)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
12、第三定律绝对零度不可能达到，A错误(cuw)；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(cuw)；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(cuw)；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正确第17页/共40页第十八页，共40页。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(xshu)”或“放出”)的热量等于 J.放出(fn ch)5104【解析】由热力学第一定律WQU，得QUW5104 J，
13、说明(shumng)气体放出热量5104 J.第18页/共40页第十九页，共40页。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(gunb)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)()BA2.6104 kW B5.2104 kWC2.6105 kW D5.2105 kW第19页/共40页第二十页，共40页。(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
14、持着水位(shuwi)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(zhn l sh nn)第20页/共40页第二十一页，共40页。第21页/共40页第二十二页，共40页。第22页/共40页第二十三页，共40页。【夯实(hn sh)基础】1关于物体的内能的变化，以下(yxi)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第23页/共40页第二十四页，共40页。【解析
15、】物体内能的变化与外界对物体做功(zugng)(或物体对外界做功(zugng)、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(zugng)，故内能有可能不减小，A错误；同理，物体对外做功(zugng)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(zugng)相等，则内能不变，C正确；而放热与对外做功(zugng)都是使物体内能减小，D错误第24页/共40页第二十五页，共40页。2对于热量、功和内能(ni nn)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(ni nn)是由物体的状态决定的B物体的内能(ni nn
16、)越大，热量越多C热量和功都可以作为内能(ni nn)的量度D内能(ni nn)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(b tn)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正确第25页/共40页第二十六页，共40页。3下列说法中正确的是()A给轮胎打气(d q)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
17、的过程(guchng)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(guchng)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正确第26页/共40页第二十七页，共40页。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(nngling)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第
18、27页/共40页第二十八页，共40页。【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(xin tn)分子的平均动能就相同(xin tn)，物体的内能是势能和动能的总和，所以D正确第28页/共40页第二十九页，共40页。【能力(nngl)提高】5如图是密闭(mb)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
19、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 JA【解析】根据热力学第一定(ydng)律，气体内能增量UWQ800 J200 J600 J，对于一定(ydng)质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故A选项正确第29页/共40页第三十页，共40页。6若某种实际气体分子的作用力表现为引力，则一定(ydng)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 DB【解析】内能(ni n
20、n)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(ni nn)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(ni nn)增大第30页/共40页第三十一页，共40页。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(hl)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
21、增大 D对外做负功，内能减小A第31页/共40页第三十二页，共40页。【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(zugng)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正确第32页/共40页第三十三页，共40页。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(
22、dinnng)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第33页/共40页第三十四页，共40页。【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(nib)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.第34页/共40页第三十五页，共40页。9用气筒(qtng)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
23、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(ji x)】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.第35页/共40页第三十六页，共40页。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(ni nn)，把 转变为内能(ni nn)(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
24、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(zugng)机械能热量(rling)升高增大第36页/共40页第三十七页，共40页。【解析】(1)对物体做功可以增加(zngji)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，气体体积增大第37页/共40页第三十八页，共40页。【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(qunb)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(yugun)的宏观过程都具有方向性第38页/共40页第三十九页，共40页。【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(zhunhu)为机械能，一部分传给低温物体流程图如答案所示第39页/共40页第四十页，共40页。