第七讲选修3-3物态和物态变化热力学定律

1第七讲：选修3-3物态和物态变化热力学定律命题人：孟祥涛课时安排：2课时教学目标：1．知道热力学第一定律的内容，会讨论物体内能的变化情况2．知道热力学第二定律的内容，了解热传导的方向性3．能够运用所学知识分析解决有关的热现象本讲重点：热力学第一定律，物体内能的变化本讲难点：1．热力学第一定律，物体内能的变化2．热力学第二定律，热传导的方向性考点点拨：1．关于物体的内能及内能变化――热力学第一定律2．关于热传导的方向性――热力学第二定第一课时一、考点扫描（一）知识整合1．内能的概念（1）分子的平均动能______是分子平均动能的标志．______越高，分子平均动能越大．（2）分子势能：①意义：由于分子间存在____________所以分子具有由它们的位置决定的能，称为分子势能．②分子势能的决定因素。微观上：决定于分子间距和分子排列情况．宏观上：跟物体体积有关．分子势能的变化与分子间距离的变化有关，宏观上，跟物体的体积有关，当rr。时，分子力为引力，当r增大时，分子力做____功，分子势能______；当rr。时．分子力为斥力，r减小，分子力做___功，分子势能______；当r=r。时，分子势能______（不等于零）。（3）物体的内能：______________________________；叫物体的内能．内能是状态量．物体的内能是由物质的______、______、______等因素所决定的。2．物体的内能的变化改变物体的内能有两种方式：①做功是其他形式的能与内能_____的过程，内能改变了多少用______量度．②热传递是______的过程，内能改变了多少用______来量度。热传递的条件：________________________，热量自动地从__________向_________传递，当______时达到平衡即热平衡。做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但本质有区别。3．热力学第一定律（1）内容：__________________________________________________（2）表达式：________________________________________________（3）符号法则：_______________________________________________4热力学第二定律内容：______________________________________________________表述一：____________________________________________________表述二：____________________________________________________25．能的转化和守恒定律内容：____________________________________________________6．第一类永动机违背_________________________________________第二类永动机虽然不违背____________，但违背_________________（二）重难点阐释1、功与热的异同（1）功与热的相同点：它们在引起物体内能的变化上是等效的。（2）功与热传递的不同点：热传递是一个物体的内能转移为另一个物体的内能，做功是其他形式的能与物体内能间的转化。2、温度、内能、热量、热能等概念的区别（1）温度：表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义。（2）内能：物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能。（3）热量：是热传递过程中内能的改变量，热量用来量度热传递过程中内能转移的量（4）热能：是内能通俗的说法。温度和内能是状态量，热量则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量，实质上是内能的转移。4．分析物体内能变化的方法有两种（1）根据物体内能的组成来分析，物体的内能是组成物体的所有分子动能和势能的总和，由温度的变化来判断分子平均动能的变化．由体积的变化来判断分子力做功的正负从而判断分子势能的变化，最后确定物体内能的变化。（2）根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小．例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。3第七讲：选修3-3物态和物态变化热力学定律命题人：孟祥涛二、高考要点精析（一）关于物体的内能及内能变化――热力学第一定律☆考点点拨内能：物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能。要同时考虑做功和热传递两个途径来确定内能的变化。即根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小．例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。【例1】关于物体的内能．正确的说法是（）A.温度、质量相同的物体具有相等的内能B．物体的内能与物体的体积有关C．机械能越大的物体，内能也一定越大D．温度相同的两物体具有相同的内能解析：物体内所有分子的动能与势能之和叫内能，温度相同，分子平均动能相同；质量相同，分子个数不一定相同，还有分子势能，故A、D不正确，机械能大的物体内能不一定大，故C不正确。答案：B【例2】一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量．同时气体对外做了6×105J的功，问：（1）物体的内能变化了多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子动能如何变化？解析：可根据热力学第一定律：∆E=W+Q定量分析。（1）因气体从外界吸收热量，所以Q=4.2×105J气体对外做功6×105J，则外界对气体做功W=–6×105J据热力学第一定律∆E=W+Q得∆E=–6×105+4.2×105J=–1.8×105J所以物体内能减少了1.8×105J.（2）因为气体对外做功，体积膨胀．分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．（3）因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子动能必然减少了．且分子动能的减少量一定大于分子势能的增量。【例3】如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙,现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高,在移动P的过程中（）A．外力对乙做功；甲的内能不变。B．外力对乙做功；乙的内能不变。C．乙传递热量给甲；乙的内能增加。D．乙的内能增加；甲的内能不变。解析：审题时要弄清隔板是固定且导热．当活塞P向B移动时．外力做功．气体乙的内能增加．气体乙的温度升高，乙通过导热板B向气体甲传热．因此甲的内能增加．因此选项A、B、D错误．选项C正确．本题考生的主要失误：在分析气体乙内能时，部分考生认为外力做功使乙的内能增加．但乙向甲传热又会使乙的内能减少．无法判断乙的内能增加或减少或不变．产生困惑。正确答案为选项C。☆考点精炼1．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中（）A．由于气泡克服重力做功，内能减少B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，内能增加h甲乙4C．由于气泡内气体膨胀做功，内能增加D．由于气泡内气体膨胀做功，内能减少2．下列关于热现象的说法．正确的是（）A．外界对物体做功．物体的内能一定增加B．气体的温度升高，气体的压强一定增大C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能3．如图所示．气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉、活塞最终静止在据原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为∆E，不计气体重心改变的影响，下列说法的是（）A．∆E=mghB．∆EmghC．∆EmghD．以上三种均有可能第二课时（二）关于热传导的方向性――热力学第二定律☆考点点拨（1）热传导的方向性。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。（2）第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。（3）热力学第二定律。表述：①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（按热传导的方向性表述）。②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（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。③第二类永动机是不可能制成的。热力学第二定律使人们认识到：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。（4）能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。【例4】图中气缸内盛有一定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律。B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．ABC三种说法都不对解析：活塞向右缓慢移动，封闭气体有足够长的时间与外界发生热传递，封闭气体的温度保持不变，因此封闭气体的内能保持不变；封闭气体的体积变大，对外界做功，由内能不变可知气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，由于此过程要借助外界“帮助”才能实现，故过程不违反热力学第二定律。答案：C考点精炼参考答案1．D2．D3．B5高二物理期末备考天天练8命题人：孟祥涛训练内容：第七讲：选修3-3物态和物态变化热力学定律1．下列说法中正确的是A．物体吸热后温度一定升高B．物体温度升高一定是因为吸收了热量C．0℃的冰化为0℃的水的过程中内能不变D．100℃的水变为100℃的水汽的过程中内能增大2．如图所示的绝热容器，把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡A．气体对外做功，内能减少，温度降低B．气体对外做功，内能不变，温度不变C．气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小D．气体不做功，内能减少，压强减小点评：学生容易出现的错误：认为气体体积变大就对外做功；认为压强减小，温度降低3．如图所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可以自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，桶内装满砂子时，活塞恰好静止。现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂缓慢流出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则（）A．气体压强增大，内能可能不变B．气体对外界作功，气体温度可能降低C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小D．外界对气体作功，气体内能一定增加4．如图所示，开口向上的柱形容器放在水平地面上，质量为m的活塞把一定质量的理想气体封闭在柱形容器内，活塞与容器壁间的摩擦忽略不计。质量为M的物体从距活塞高h1处自由下落到活塞上，并随活塞一起下降到最低位置B处。设在这一过程中容器内气体与外界没有热交换，则可知下列说法中不正确的是（）A．活塞从A下降到B的过程中，速度先增大后减小到零B．活塞在B处时，气体压强最大，温度最低C．活塞从A下降到B的过程中，气体内能的增加量小于Mg（h1+h2