第八章第二節(jié)熱力學(xué)定律及能量守恒氣體

第八章第二節(jié)熱力學(xué)定律及能量守恒氣體第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三基礎(chǔ)梳理自學(xué)導(dǎo)引一、熱力學(xué)定律1．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一般情況下，如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三那么，外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體_____的增加ΔU.(2)表達式：ΔU＝______.內(nèi)能W＋Q第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三2．熱力學(xué)第二定律兩種表述：(1)不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而_______________．(2)不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而_______________．不引起其他變化不引起其他變化第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三3．熱力學(xué)第三定律(1)內(nèi)容：熱力學(xué)零度不可達到．(2)熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系：T＝t＋______K.273.15第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三4．兩類永動機第一類永動機第二類永動機不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功的機器從單一熱源吸熱，全部用來對外做功而不引起其他變化的機器違背能量守恒定律，不可能實現(xiàn)違背熱力學(xué)第二定律，不可能實現(xiàn)第6頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三二、能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，其總量不變.第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三三、氣體的狀態(tài)參量1．溫度(1)宏觀上：表示物體的______程度．(2)微觀上：表示氣體分子無規(guī)則熱運動的______程度．(3)溫標：常用的溫標有____________和攝氏溫標．冷熱激烈熱力學(xué)溫標第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三2．體積(1)宏觀上：容納氣體的______(2)微觀上：氣體分子所能達到的____(3)單位：國際單位為m3，且1m3＝103dm3＝____cm3.體積空間106第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三3．壓強(1)宏觀上：器壁單位面積上受到的______(2)微觀上：大量氣體分子單位時間作用在單位面積上的______(3)單位：國際單位為帕，符號為Pa，且1atm＝__________Pa＝76cmHg.沖力沖量1.013×105第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三(4)大小決定因素宏觀上：氣體的_____、_____和物質(zhì)的量．微觀上：單位體積內(nèi)的分子數(shù)和_____________.溫度體積分子平均動能第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三名師點撥：一定質(zhì)量的氣體，p與T、V有關(guān)．三個參量中不可能只有一個參量發(fā)生變化，至少有兩個或三個同時改變．第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三四、氣體分子動理論1．氣體分子運動的特點：由于氣體分子間距大,氣體分子的大小可以忽略，分子間的作用力很小，也可以忽略．因此，除分子間及分子與器壁間碰撞外，分子間無相互作用力，所以不計_________，氣體的內(nèi)能只與氣體的物分子勢能第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三質(zhì)的量和_____有關(guān)，分子處于自由運動狀態(tài)．2．氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律(1)氣體分子沿各個方向運動的機會(機率)_____

．溫度均等第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三(2)大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)_______

(中等速率的分子數(shù)目多)、_______

(速率大或小的分子數(shù)目少)的規(guī)律．(3)當溫度升高時，“中間多”的這一“高峰”向_______的一方移動，即速率大的分子數(shù)目增多，速率小的分子中間多兩頭少速率大第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)目減少，分子的平均速率_______，但不是每個氣體分子的速率均增大．名師點撥：理想氣體是實際氣體在一定條件下近似的一種物理模型，在溫度不太低、壓強不太大的情況下，實際氣體可當成理想氣體來處理，理想氣體沒有分子勢能，內(nèi)能只由溫度和增大第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三氣體物質(zhì)的量來決定．第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三要點透析直擊高考一、對熱力學(xué)第一定律的理解1．由ΔU＝Q＋W，可知改變物體的內(nèi)能有兩種方式：做功和熱傳遞，只考慮其中之一無法確定內(nèi)能的變化．第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三2．在ΔU＝Q＋W中,W表示做功情況,說明內(nèi)能和其他形式的能可以相互轉(zhuǎn)化;Q表示吸熱或放熱的情況,說明內(nèi)能可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,而ΔU＝Q＋W是能量守恒定律的具體體現(xiàn)．第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三3．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三4.幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的,則Q＝0，W＝ΔU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加．第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量.特別提醒：(1)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng).(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時，要依照符號法則代入數(shù)據(jù).第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三對結(jié)果的正、負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三即時應(yīng)用1．(2010·高考廣東卷)圖8－2－1第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三圖8－2－1是密閉的汽缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J,同時氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的(

)A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200J第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三C．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200J解析：選A.對一定質(zhì)量的氣體，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU為正表示內(nèi)能增加了600J，對氣體來說，分子間距較大,分子勢能為零,內(nèi)能等第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三于所有分子動能的和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動能增加，溫度升高，選項A正確．二、對熱力學(xué)第二定律的理解1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響.如吸熱、放熱、做功等．第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三2．熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三3．熱力學(xué)過程方向性實例第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程.第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三即時應(yīng)用2．(2012·安徽合肥模擬)地球上有很多的海水,它的總質(zhì)量約為1.4×1018噸，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023焦耳的熱量，有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量使它完全變成機械能來解決能源危機，但這種機器第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三是不能制成的，其原因是(

)A．內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機械能B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能不滿足熱力學(xué)第一定律C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機械能的機器不滿足熱力學(xué)第二定律第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三D．上述三種原因都不正確解析：選C.內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機械能，如熱機，A錯誤；內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的過程滿足熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，B錯誤；熱力學(xué)第二定律告訴我們：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，C正確．第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三三、熱力學(xué)第一定律與氣態(tài)變化1．氣體的溫度、壓強、體積間的關(guān)系一定質(zhì)量的氣體，如果三個狀態(tài)參量都不變，則該氣體處于一定的狀態(tài)．三個狀態(tài)參量可以同時變化，也可以是其中一個參量保持不變，其他兩個參量發(fā)生變化，只有一個狀態(tài)參量發(fā)第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三生變化是不可能的．當一個參量不變時，另兩個參量的關(guān)系為：(1)溫度不變：分子的平均動能不變，若體積減小，單位體積內(nèi)分子數(shù)目增多，氣體的壓強增加．(2)體積不變：單位體積內(nèi)的分子數(shù)目不變，溫度升高，分子的平均動能增第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三加，氣體的壓強增加．(3)壓強不變：溫度升高，氣體分子的平均動能增加，只有氣體的體積增大,單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，才可保持氣體的壓強不變．第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三2．熱力學(xué)第一定律在氣體狀態(tài)變化中的應(yīng)用(1)理想氣體無分子勢能，只有分子動能，一定質(zhì)量的氣體，其內(nèi)能只取決于溫度，而與體積無關(guān)．第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三(2)在氣體狀態(tài)變化過程中，三個狀態(tài)參量(p、V、T)遵循理想氣體狀態(tài)方程.氣體的內(nèi)能只需分析氣體的溫度，溫度升高(或降低)，內(nèi)能增大(或減小)．第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三(3)由氣體體積變化情況分析做功情況,氣體體積增大，氣體對外做功，氣體體積減小，外界對氣體做功．然后由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W確定熱量Q的正、負，判斷出吸熱、放熱．第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三即時應(yīng)用3．(2011·高考新課標全國卷)對于一定量的理想氣體,下列說法正確的是(

)A．若氣體的壓強和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變B．若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三C．若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大D．氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)E．當氣體溫度升高時，氣體的內(nèi)能一定增大第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三解析：選ADE.一定質(zhì)量的理想氣體， ＝C，p、V不變，則T不變，分子平均動能不變，又理想氣體分子勢能為零，故氣體內(nèi)能不變,A項正確；理想氣體內(nèi)能不變，則溫度T不變，由 ＝C知，p及V可以變化，故狀態(tài)可以變化，B項錯誤；第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三等壓變化過程,溫度升高、體積增大，故C錯誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，溫度每升高1K，內(nèi)能增量ΔU一定，而外界對氣體做的功W與經(jīng)歷的過程可能有關(guān)(如體積變化時)，因此吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程也有關(guān)，D項正確；溫度升高，平均動第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三能增大，分子勢能不變，內(nèi)能一定增大，E項正確．第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三題型探究講練互動

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用例1(2010·高考重慶卷)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面，在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計分子間勢能，則胎內(nèi)氣體(

)第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三A．從外界吸熱B．對外界做負功C．分子平均動能減小

D．內(nèi)能增加【解析】緩慢放水過程中，胎內(nèi)氣體體積增大、溫度不變，內(nèi)能不變，由于不計分子勢能，第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三故分子平均動能不變,選項C、D錯誤;由體積增大可知氣體對外界做功，或克服外界做功，選項B錯誤．由熱力學(xué)第一定律可知氣體從外界吸熱，選項A正確．【答案】A第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三【規(guī)律總結(jié)】(1)氣體體積與做功相關(guān)：體積增大，氣體對外界做功；體積減小，外界對氣體做功．(氣體向其空中膨脹，不做功)(2)氣體溫度與內(nèi)能相關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增大，溫度降低，內(nèi)能減小．第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三變式訓(xùn)練(2011·高考廣東卷)圖8－2－2為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動．設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中(

)第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三圖8－2－2A．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小解析：選A.因為M、N內(nèi)被封閉氣體體積減小，所以外界對氣體做功．由熱力學(xué)第一定律及M、N內(nèi)氣體與外界沒有熱交換可知外界對氣體做功，內(nèi)能一定增加，故A正確,B、C、D錯誤．第52頁，共60頁，2023年，2月20日，星期三

圖8－2－3為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收