2012届高考物理第一轮热力学定律复习学案

编辑: 逍遥路 关键词: 高三 来源: 高中学习网
第十三章 热力学定律
1.本章主要是研究热和功间的关系、热力学第一第二定律,了解能源的开发利用,以拓宽同学们的视野。
2.本章主要是以以前学习过的内容为基础,研究功与能间的关系,以热力学定律为基础结合各种能量间关系的计算。
3.高考中以选择题形式考查对基础知识的理解,以计算题形式计算能量间的转化和转移关系。
第一课时 热力学定律
【要求】
1.理解热力学第一定律和能量守恒定律。
2.知道热力学第二定律,知道能源与环境的关系,了解新能源的开发和利用。
【知识再现】
一、功和能
做功与热传递在改变内能方面二者是等价的.做功时内能与其它形式的能相互转化.热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
二、热力学第一定律
功、热量跟内能改变之间的定量关系△U=W+Q。
三、能的转化和守恒定律
1.能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式 为另一种形式或从 到另一个物体。
2.不消耗任何能量,却源源不断地对外做功的机器叫 ,它违背了能的 ,因此这种机器 制造出来。
四、热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
表述一,不可能使 由低温物体传递到 而不引起其他 。
表述二:不可能从 并把它全部用来对外 而不引起其他变化。
2.第二类永动机:只从 吸取热量,使之全部用来做功,而不引起其他变化的热机。
五、能源的开发利用
1.能源与人类发展关系是: 。
2.能源与环境的关系是: 。
3. 等为新能源。
知识点一温度、热量、功、内能
功、热量是能量转化转移的量度,是与内能的变化相联系的,是过程量.内能是状态量.物体的内能大,并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量,或者做的功多,传递的热量多.只有物体的内能变化大的过程中做的功或传递的热量才会多.温度只是分子平均动能的标志.物体的内能除与温度有关外,还与物体的物质的量、体积、物态等因素有关.
【应用1】判断下列各种说法是否正确( )
A.物体从10℃变为8℃,其热量减少了.
B.物体从10℃变为8℃,放出了一定的内能.
C.物体从10℃变为8℃,其内能减少了.
D.物体从10℃变为8℃,物体可能释放了一定热量.
导示:热量是在有热交换过程中内能转移的物理量,物体没有热量减少的说法,A错。B中也只能说是放出了热量,而不是内能,B错。物体的内能不仅与温度有关,还与体积有关,C错。物体温度降低,可能向外传热,也可能有做功过程,D正确。
热力学问题中,一样要区分过程量与状态量之间的关系,
知识点二热力学第一定律
物体内能的增量△U等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和.表达式:W十Q=△U
【应用2】关于物体内能及其变化,下列说法中正确的是 ( )
A.物体的温度改变时,其内能必定改变
B.物体对外做功,其内能不一定改变;向物体传递热量,其内能不一定改变
C.对物体做功,其内能必定改变;物体向外传出一定热量其内能必定改变
D.若物体与外界不发生热交换,则物体的内能必定不改变
导示: 物体的内能不仅与温度有关,还与体积有关,温度改变,内能不一定变化,A错。改变物体内能有两种方式:做功与热传递。物体对外做功,其内能不一定改变;同样向物体传递热量,其内能不一定改变,B正确,CD错。故选B。
符号法则:外界对物体做功,物体体积减小,W取正值;物体对外界做功,物体体积增大,W取负值.物体吸收热量,Q取正值;物体放出热量,Q取负值;物体内能增加,△U取正值,物体内能减少,△U取负值.
知识点三能量守恒定律
能量是量度物体运动的物理量,不同形式的能与不同的运动形式相对应.如:内能与分子热运动相对应,电能与电荷运动相对应等.能的转化一定要通过做功才能实现,而能的转移要通过某种形式的传递来完成.不同形式能的转化,意味着物体的运动由一种形式转化成了另一种形式,因此,能量守恒是沟通不同运动的重要纽带.
【应用3】如图所示,容器A、B各有一个自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压恒定,A、B的底部由带着阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热,开始时,A中的水面比B中的高,打开阀门,使A中的水逐渐向B中流,最后达到平衡,在这个过程中( )
A.大气压力对水做功,水的内能增加
B.水克服大气压力做功,水的内能减少
C.大气压力对水不做功,水的内能不变
D.大气压力对水不做功,水的内能增加
导示: 大气压力对左侧水做功,同时右侧水对大气做功, 可知两者做功相等,所以大气对水做功为零。而水的内能增加的原因是因为重力对水做了功,转化成了水的内能。故ABC错,D正确。
各种形式的能在转化和转移中总能量守恒是无条件的,而某种或某几种形式的能的守恒是有条件的,如:在只有重力和弹力做功时,机械能才守恒,对此应予以注意.某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等,如:相互摩擦的系统中,一对滑动摩擦力所做的总功是负值,因此使系统的机械能减少,内能增加,摩擦力所做总功的绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即等于系统损失的机械能.同理,若某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等,这也是列能量守恒定律方程式的两条基本思路.
知识点四热力学第二定律
热力学第一定律和热力学第二定律是热力学知识的基础理论.热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒,而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以自发的发生,哪些过程不可能自发的发生,如:第二类永动机不可能实现,热机效率不可能是100%,热现象过程中能量耗散是不可避免的,宏观的实际的热现象过程是不可逆的.
【应用4】下列说法中正确的是( )
A.热量能自发地从高温物体传给低温物体
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.热传导是有方向的
D.能量耗散说明能量是不守恒的
导示: 热量能自发地从高温物体传给低温物体,而从低温物体传到高温物体则必需有一定的条件,A对B错。热传导具有方向性,C正确。所有物理现象都遵循能的转化与守恒定律,D错。故选AC。
热力学第二定律有多种表述,但无论用什么方式表述,都是揭示了自然界的基本规律:一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.
类型一热力学第一定律的应用
物体内能的增加与否,不能单单只看做功或者热传递,要将二者结合起来,内能的变化由△U=W+Q得到.应用热力学第一定律时,注意正确判断△U、W、Q的正负号。
【例1】在温度均匀的液体中,一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面,上升过程中气泡的体积不断地增大,则气泡在浮起的过程中( )
A.放出热量 B.吸收热量
C.不吸热也不放热 D.无法判断
导示: 气体分子之间的距离很大,相互作用力很小,对气体来说,气体的状态变化时,分子势能几乎不变.所以,一定质量的气体的内能的变化,就是气体分子热运动的动能总和的变化,即由温度的变化决定.在温度均匀的液体中,一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面的过程中,小气泡温度不变,其内能增量△U=0.上升过程中,气泡的体积不断增大,气体对外做功,即有W<0,根据热力学第一定律,可知Q>0,所以气泡在浮起的过程中,吸收热量,因此选项B正确.
物体处于大气环境中,做功的一个显著特点是物体的体积发生了变化,体积增大,物体对外做功,体积减小,外界对物体做功。
类型二能量守恒定律的应用
通过做功把其他形式的能量(特别是机械能)转化为内能的问题是一类重要的综合题.解这类综合题的关键在于弄清内能的来源.如:在机械能与内能相互转化的过程中,转化为内能的往往不是研究对象的全部机械能,而是系统损失的机械能.
【例2】直立容器内部有被隔开的AB两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使这两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸热Q,气体内能增量为ΔU,则
A.ΔU=Q B.ΔUQ D.无法比较
导示:AB混合前重心在中线以下,混合后重心在中线上,所以系统重力势能增大.吸收热量的一部分转化为重力势能,故ΔU此类问题往往会结合平抛运动、圆周运动、相对运动、电磁感应等力、电知识,需要综合运用系统能量守恒等重要规律,是高考中的一个重点.
1.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门,冰箱冰箱正常工作,过一段时间房间内的温度将如何变化?( )
A.降低 B.升高 C.不变 D.无法判断
2.下列说法中正确的是( )
A.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.根据热力学第二定律,可以发明一种机器将散失的能量重新收集、重新利用
C.可以用特殊的方法,使热机效率达到100%
D.冰箱可以实现热量从低温物体传给高温物体,所以热力学第二定律不正确
3.如图,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计.置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上.弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为0 ).现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后,活塞静止,气体达到平衡状态.经过此过程( )
A. Ep全部转换为气体的内能
B. Ep一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
C. Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D. Ep一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
参考答案:


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