熱力學定律與能量守恒第1頁，課件共38頁，創作于2023年2月

(2)公式:ΔU=W+Q2.熱力學第二定律表述一:____________________________________——熱傳導的方向性.

表述二:__________________________________________________________——機械能和內能轉化過程的方向性.正值負值ΔU內能增加內能減少Q吸收熱量放出熱量W外界對系統做功系統對外界做功熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體不可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變成功,而不產生其他影響第2頁，課件共38頁，創作于2023年2月3.能量守恒定律能量既不會憑空產生,也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到別的物體,在轉化或轉移的過程中其總量不變.4.永動機由能量守恒定律知,_______永動機不可能制成.

由熱力學第二定律知,_______永動機不可能制成.5.能源與環境

(1)常規能源:_________________，常規能源帶來環境污染問題,如溫室效應、酸雨、光化學煙霧等.(2)新能源的開發:風能、水能、太陽能、沼氣、核能等.第一類第二類煤、石油、天然氣第3頁，課件共38頁，創作于2023年2月熱點一改變物體內能的兩種方式的比較熱點聚焦做功熱傳遞內能變化外界對物體做功,物體的內能增加,物體對外做功,物體的內能減小物體吸收熱量,內能增加物體放出熱量,內能減小本質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移相互聯系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內能的效果上是相同的第4頁，課件共38頁，創作于2023年2月特別提示1.要使物體改變同樣的內能，通過做功或者熱傳遞都可以實現,若不知道過程,我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實現的這種改變.2.做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉化.熱傳遞則是通過分子之間的相互作用,使不同物體間分子熱運動變化,是內能的轉移.前者能的性質發生了變化,后者能的性質不變.3.物體的內能增加與否,不能單純地只看做功或熱傳遞,兩個過程需要全面考慮.第5頁，課件共38頁，創作于2023年2月熱點二對熱力學第一定律的理解1.熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的,而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系.此定律是標量式,應用時熱量的單位應統一為國際單位制中的焦耳.2.對公式ΔU=Q+W符號的規定符號WQΔU+外界對物體做功物體吸收熱量內能增加-物體對外界做功物體放出熱量內能減少第6頁，課件共38頁，創作于2023年2月3.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能的增加.(3)若過程的始末狀態物體的內能不變,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.

特別提示

1.應用熱力學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系統.2.應用熱力學第一定律計算時,要依照符號法則代入數據.對結果的正、負也同樣依照規則來解釋其意義.第7頁，課件共38頁，創作于2023年2月熱點三對熱力學第二定律的理解1.在熱力學第二定律的表述中,“自發地”、“不產生其他影響”的涵義.(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助.(2)“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成,對周圍環境不產生熱力學方面的影響.如吸熱、放熱、做功等.2.熱力學第二定律的實質熱力學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象的宏觀過程都具有方向性.第8頁，課件共38頁，創作于2023年2月3.熱力學過程方向性實例:(1)高溫物體低溫物體(2)功熱(3)氣體體積V1

氣體體積V2(較大)(4)不同氣體A和B

混合氣體AB熱量Q能自發傳給熱量Q不能自發傳給能自發地完全轉化為不能自發地且不能完全轉化為能自發膨脹到不能自發收縮到能自發混合成不能自發分離成第9頁，課件共38頁，創作于2023年2月

特別提示

熱量不可能自發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能可以全部轉化為機械能,如氣體的等溫膨脹過程.第10頁，課件共38頁，創作于2023年2月題型1熱力學第一定律的應用

【例1】一定質量的氣體，在從一個狀態變化到另一個狀態的過程中,吸收熱量280J,并對外做功120J.

試問:(1)這些氣體的內能發生了怎樣的變化?(2)如果這些氣體又返回原來的狀態，并放出了240J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做功多少?題型探究第11頁，課件共38頁，創作于2023年2月思路點撥

求解此題應把握以下兩點:(1)用熱力學第一定律求解內能變化,注意熱量Q、功W的正負.(2)氣體從末態到初態與從初態到末態的ΔU的大小相同,結合熱力學第一定律計算,并做出判斷.解析

(1)由熱力學第一定律可得ΔU=W+Q=-120J+280J=160J內能增加了160J(2)由于氣體的內能僅與狀態有關,所以氣體從②狀態回到①狀態過程中內能的變化應等于從①狀態到②狀態過程中內能的變化,則從②狀態到①狀態的內能應減少160J,第12頁，課件共38頁，創作于2023年2月即ΔU′=-160J,又Q′=-240J

根據熱力學第一定律得ΔU′=W′+Q′所以W′=ΔU′-Q′=-160J-(-240J)=80J即外界對氣體做功80J答案

(1)增加了160J(2)外界對氣體做功80J1.當做功和熱傳遞兩種過程同時發生時,內能的變化就是要用熱力學第一定律進行綜合分析.2.做功情況看氣體的體積:體積增大,氣體對外做功,W為負;體積縮小,外界對氣體做功,W為正.若與外界絕熱,則不發生熱傳遞,此時Q=0.規律總結第13頁，課件共38頁，創作于2023年2月變式練習1

一定質量的氣體從外界吸收了4.2×105

J

的熱量,同時氣體對外做了6×105

J的功.問:(1)物體的內能增加還是減少?變化量是多少?(2)分子勢能是增加還是減少?(3)分子的平均動能是增加還是減少?

解析

(1)因為氣體從外界吸熱,所以Q=+4.2×105

J,又因氣體對外做功,所以W=-6×105

J

由熱力學第一定律:ΔU=W+Q

有:ΔU=W+Q=(-6×105)J+(4.2×105)J=-1.8×105

JΔU為負,說明氣體的內能減少了1.8×105

J.第14頁，課件共38頁，創作于2023年2月(2)因為氣體對外做功,所以氣體的體積膨脹,分子間的距離增大了,分子力做負功,氣體分子勢能增加.(3)因為氣體內能減少,同時氣體分子勢能增加,說明氣體分子的平均動能一定減少了.答案

(1)減少1.8×105

J(2)增加(3)減少第15頁，課件共38頁，創作于2023年2月題型2熱力學第二定律的理解【例2】圖1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外的管道中不斷循環.在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量,經過冷凝器時制冷劑液化,放出熱量到箱體外.圖1第16頁，課件共38頁，創作于2023年2月(1)下列說法正確的是()A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界,是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律(2)電冰箱的制冷系統從冰箱內吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比,有怎樣的關系?

結合熱力學第一定律、熱力學第二定律的相關知識進行研究分析.思路點撥第17頁，課件共38頁，創作于2023年2月解析

(1)熱力學第一定律是熱現象中內能與其他形式能的轉化規律,是能的轉化和守恒定律的具體表現,適用于所有的熱學過程,故C正確,D錯誤.由熱力學第二定律可知,熱量不能自發地從低溫物體傳給高溫物體,除非有外界的影響或幫助.電冰箱把熱量從低溫的內部傳到高溫的外部,需要壓縮機的幫助并消耗電能,故應選B、C.(2)由熱力學第一定律可知,電冰箱從冰箱內吸收了熱量,同時消耗了電能,釋放到外界的熱量比從冰箱內吸收的熱量多.答案

(1)BC

(2)見解析第18頁，課件共38頁，創作于2023年2月規律總結

涉及熱力學第二定律的問題分析技巧:(1)理解熱力學第二定律的實質,清楚熱力學第二定律的兩種表述形式.(2)掌握熱力學第二定律的一些等效說法.如:“第二類永動機不可能制成”“不可能制成效率為百分之百的熱機”等.第19頁，課件共38頁，創作于2023年2月變式練習2

圖2甲是根據熱力學第二定律的第一種表述畫出的示意圖:外界對致冷機做功,使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,請你根據第二種表述完成示意圖乙.根據你的理解,熱力學第二定律的實質是什么？圖2第20頁，課件共38頁，創作于2023年2月答案

如下圖所示實質:一切與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性第21頁，課件共38頁，創作于2023年2月題型3熱學問題與能量觀點的結合

【例3】如圖3所示,內壁光滑的圓柱形汽缸豎直固定在水平地面上,汽缸開口向上,一面積為0.01m2的活塞密封了一定的空氣,在活塞的上方豎直固定一支架,在支架的O點通過細線系一質量為m=8kg的球,球心到O點的距離為L=2m.活塞與支架的總質量為M=12kg,已知當地的重力加速度g=10m/s2,大氣壓強p0=1.0×105

Pa,汽缸和活塞都是絕熱的.現將細線拉直到水平,穩定后由靜止釋放球,當球第一次運動到最低點時,活塞下降了h=0.2m且恰好速度為零,此時細線中的拉力為F=252N.求球由靜止釋放到第一次運動到最低點的過程中汽缸中的氣體增加的內能ΔE.第22頁，課件共38頁，創作于2023年2月圖3解析

以球與支架(含活塞)整體為研究對象,對此整體受力分析如右圖所示,從細線水平至活塞下降h=0.2m速度為零的過程,v表示小球的水平速度,W氣體表示氣體對活塞壓力的功,用動能定理:第23頁，課件共38頁，創作于2023年2月mg(L+h)+Mgh+p0S·h-W氣體=①再對小球在最低點受力分析可知,小球受到自身的重力及向上繩的拉力F,此時懸點O的速度為零,所以有F-mg=②聯立以上兩式,代入數據解得W氣體=228J③氣體與外界絕熱,改變氣體內能的方式只有做功，由牛頓第三定律知氣體對活塞,和活塞對氣體的力是一對作用力與反作用力,且力的位移相等,故活塞對氣體做的功(外界對氣體做功)W=ΔE=228J.④答案

228J

第24頁，課件共38頁，創作于2023年2月【評分標準】本題共12分.其中①④式各4分,②③式各2分.【名師異析】本題有兩個突破點.其一是求解內能變化的方法,通過對外力做功,本題的作用力較多,對氣體而言,只有活塞的外力對其做功，汽缸的作用力不做功，因此改變物體內能的功是活塞對氣體的力的功;其二是研究對象的選取,選取球與支架(含活塞)整體為研究對象，巧妙地回避了整體內部相互作用力,這些作用力分析其做功較復雜,選取“整體”為研究對象,恰好解決了活塞對氣體做功的數值問題,這也是突破本題難點重要一步.第25頁，課件共38頁，創作于2023年2月自我批閱

(10分)重1000kg的氣錘從2.5m高處落下,打在質量為200kg的鐵塊上,要使鐵塊的溫度升高40℃,

氣錘至少應落下多少次?(設氣錘撞擊鐵塊時做的功有60%用來使鐵塊溫度升高,且鐵的比熱

c=0.11cal/(g·℃),1cal=4.2J,g取10m/s2)

解析氣錘下落過程中只有重力做功,機械能守恒,

因而氣錘撞擊鐵塊時動能為

Ek=mgh=103×10×2.5J=2.5×104

J(2分)

由動能定理知氣錘撞擊鐵塊所做的功為

W=Ek-0=2.5×104

J(2分)第26頁，課件共38頁，創作于2023年2月使鐵塊溫度升高40℃的熱量Q=cmΔt=0.11×200×103×40cal=3.696×106

J

(2分)

設氣錘下落n次才能使鐵塊溫度升高40℃,由能的轉化和守恒定律有:n·W·η=Q

(2分)

故氣錘至少要下落247次.答案

247次第27頁，課件共38頁，創作于2023年2月1.如圖4所示,某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中.設水溫均勻且恒定,筒內空氣無泄漏,不計氣體分子間相互作用,則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中,筒內空氣圖4

體積減小,同時()

A.從外界吸熱

B.內能增大

C.向外界放熱

D.內能減小素能提升第28頁，課件共38頁，創作于2023年2月解析緩慢下降的過程中,筒內空氣的溫度與水溫始終相同,即空氣溫度不變.由于不計氣體分子間的相互作用,分子勢能始終不變,筒內空氣分子的平均動能不變,所以筒內空氣的內能不變.筒內空氣的體積減小,外界對氣體做功,根據熱力學第一定律:ΔU=W+Q,可知筒內空氣向外放熱.

答案

C第29頁，課件共38頁，創作于2023年2月2.下列關于熱力學三定律的表述中正確的是()A.熱力學零度不可達到

B.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化

C.其數學表達式是ΔU=Q+WD.能量在轉化或轉移的過程中總量保持不變

解析

熱力學零度只可接近不能達到,A正確;B是熱力學第二定律的內容，C是熱力學第一定律的表達式,D是能量守恒定律內容.A第30頁，課件共38頁，創作于2023年2月3.如圖5所示,絕熱隔板K把絕熱的汽缸分隔成體積相等的兩部分,K與汽缸壁的接觸是光滑的.兩部分中分別盛有相同圖5

質量、相同溫度的同種氣體a和b.氣體分子之間相互作用勢能可忽略.現通過電熱絲對氣體a加熱一段時間后,a、b各自達到新的平衡()A.a的體積增大了,壓強變小了

B.b的溫度升高了

C.加熱后a的分子熱運動比b分子熱運動更激烈

D.a增加的內能大于b增加的內能第31頁，課件共38頁，創作于2023年2月解析

a氣體受熱膨脹，通過活塞壓縮氣體b，對b做功,氣體b體積減小,由熱力學第一定律,b內能增加,溫度升高,則b氣體壓強增大，最終達到平衡時,a氣體和b氣體壓強相等,而a氣體體積變大，所以a氣體的溫度大于b氣體的溫度,所以B、C、D選項正確.答案

BCD第32頁，課件共38頁，創作于2023年2月4.下列關于分子運動和熱現象的說法正確的是()A.氣體如果失去了容器的約束就會散開,這是因為氣體分子之間存在勢能的緣故

B.一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣,其分子之間的勢能增加

C.對于一定量的氣體,如果壓強不變,體積增大,那么它一定從外界吸熱

D.如果氣體分子總數不變,而氣體溫度升高,氣體分子的平均動能增大,因此壓強必然增大

E.一定量氣體的內能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和

F.如果氣體溫度升高,那么所有分子的速率都增加第33頁，課件共38頁，創作于2023年2月解析

氣體分子是做無規