11、第3讲 热力学定律与能量守恒定律 (3).pdf
课件热力学定律与能量守恒定律
热力学第一定律与日常生活实例
热力学第一定律的基本概念
热力学第一定律即能量守恒定律，指出能量在转换和传递过程中总 量保持不变。
日常生活中的实例
煮饭时，输入的电能转化为热能，使水加热至沸腾，食物煮熟。这 个过程中，输入的能量和输出的能量在种类和数量上都是相等的。
科学原理
能量守恒定律是自然界的基本定律之一，适用于任何封闭系统。
热量不可能自发地从低温物体传导到 高温物体。这意味着热量传递是单向 的，不能自发地进行逆向传递。
另一种表述是
孤立系统的熵（无序程度）不会减少 。这意味着自然过程总是朝着熵增加 的方向进行，即系统总是朝着更加混 乱、无序的状态发展。
热力学第二定律的数学表达
热力学第二定律通常用数学表达式表示为
dS≥0，其中S表示熵，dS表示熵的变化量。这个表达式表明，在一个封闭系统中 ，熵的变化量总是非负的，即系统总是朝着熵增加的方向发展。
微观尺度的探究
随着量子力学和分子物理学的发展，热力学与能量守恒定律在微观尺度
的探究将更加深入，揭示更多微观过程中的能量转移和转化规律。
03
复杂系统的研究
随着复杂系统研究的深入，热力学与能量守恒定律在复杂系统中的表现
形式和作用机制将得到更深入的研究，为解决复杂系统中的能源问题提
供理论支持。
06
实例分析
一些基本的热现象。
热力学的起源
热力学作为一门科学，起源于19世 纪初期，主要受到蒸汽机和其他热 机的发明与发展的推动。
热力学的发展
热力学在19世纪和20世纪得到了进 一步的发展和完善，其中以焦耳、 卡诺、迈尔等科学家的贡献最为显 著。
热力学的基本概念
01
02
03
高考物理总复习第十一章 第3讲 热力学定律与能量守恒
图11－3－2
2013-11-27
有志者事竟成
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高考复习· 物理
A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少
2013-11-27
有志者事竟成
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高考复习· 物理
解析
对于一定质量的理想气体，内能仅与温度有关，
在猛推推杆的过程中，外界对气体做功，由于推杆的时间极 短，认为气体与外界无热量交换，内能增加，温度升高，所 以C、D项错误．又由理想气体状态方程可知温度升高，体 积减小，则压强一定变大，A项错误，B项正确．
高考复习· 物理
第十一章 热学
2013-11-27
有志者事竟成
1
高考复习· 物理
第三讲
热力学定律与能量守恒
回扣教材
题型归类
误区反思
双基限时练
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有志者事竟成
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高考复习· 物理
回扣教材•自主学习
2013-11-27
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3
高考复习· 物理
知 识 梳 理
一、改变内能的两种方式 1．做功：外界对物体做了多少功，物体的内能就增加多少； 物体对外界做了多少功，物体的内能就减少多少．
图11－3－1
2013-11-27
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高考复习· 物理
(1)热机是一种将内能转化为机械能的装置． W 热机效率η＝ ，其中W为热机对外做的功，Q1为热机 Q1 从热源吸收的热量．热机工作时，必向冷凝器散热Q2，故总 有Q1＞W.故热机效率不可能达到100%.
2013-11-27
有志者事竟成
2013-11-27
课件热力学定律与能量守恒定律图文
2023课件热力学定律与能量守恒定律图文•热力学第一定律•热力学第二定律•能量的转化与守恒定律•热力学定律与能量守恒的相互关系目•实例分析•总结录01热力学第一定律1定义与内容23热力学第一定律的定义是能量守恒定律在热现象中的表现。
它表明，在封闭系统中，能量不能创造也不能消失，只能从一种形式转换成另一种形式。
热力学第一定律的内容是能量平衡方程，即Q=ΔU。
热力学第一定律的数学表达式是Q=ΔU+W，其中Q为传热热量，ΔU为系统内能的增量，W为系统对外做的功。
Q表示热力学系统吸收的热量，ΔU表示系统的内能增量，W 表示系统对外做的功。
数学表达式与符号热力学第一定律适用于封闭系统中涉及热现象的各种物理过程，如传热、相变、化学反应等。
对于开放系统，如气体膨胀对外做功或液体蒸发等过程，需要引入其他形式的能量转化，如电磁能、化学能等。
适用范围02热力学第二定律热力学第二定律的定义热力学第二定律是关于热现象的宏观自然过程具有方向性的原理，也就是说，热现象不可能自发地使物质的全部或一部分从低温状态向高温状态转化。
热力学第二定律的内容热力学第二定律规定了热力学过程中熵增加的方向，即熵增加原理。
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，即系统的熵增加原理。
定义与内容热力学第二定律可以用数学公式表示为 dS≥0，其中S为熵，dS为微分符号，表示微分运算。
数学表达式热力学第二定律的符号为“≥”，表示在孤立系统中，系统的熵增加的方向是朝着熵增加的方向进行的。
符号数学表达式与符号适用范围01热力学第二定律适用于封闭系统，即系统与外界没有物质交换和能量交换。
02热力学第二定律适用于宏观自然过程，而不是微观粒子运动。
03热力学第二定律适用于孤立系统，即系统与外界没有相互作用。
03能量的转化与守恒定律定义能量守恒定律是指，在孤立系统中，能量既不会创生也不会消失，而只会从一种形式转变为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，能量的总玳保持不变。
2021年高中物理第三章热力学定律3能量守恒定律课件人教版必修三.pptx
探究一
探究二
随堂检测
要点提示(1)不能,违反了能量守恒定律。 (2)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保 持不变,它包括各个领域,范围广泛。热力学第一定律是物体内能 与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律的具体体 现。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳 1.能量的存在形式及相互转化 各种运动形式都有对应的能:机械运动有机械能,分子的热运动有 内能,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 各种形式的能,通过做功可以相互转化,例如:利用电炉取暖或烧水, 电能转化为内能;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度 升高,机械能转化为内能。
探究一
探究二
随堂检测
特别提醒(1)能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律,凡是遇到涉 及能量的转化和转移问题时可优先考虑使用其解决。 (2)层出不穷的永动机设计方案,由于违背了能量守恒定律,无一例 外地宣布失败,制造永动机的企图是没有任何成功希望的。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1 如图所示,密闭绝热容器内有一绝热的具有一
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。
必备知识
自我检测
1.正误判断 (1)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加。( ) (2)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了。( ) (3)能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的。
() (4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。( ) (5)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。( ) (6)第一类永动机不能制成,是因为它违背了能量守恒定律。( ) 答案(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)√
必备知识
第3讲 热力学定律与能量守恒
考 题
·
析 形式 转化 为另一种形式，或者从一个物体 转移 到别的
随 堂
考
点 物体，在转化或转移的过程中，能量的 总量 保持不变．
自 测
·
重 难
2．能源的利用
突 破
(1)存在能量耗散和 品质下降 ．
课
提 (2)重视利用能源时对 环境的影响．
考
时 作
能 ·
(3)要开发新能源(如 太阳能 、生物质能、风能、水流
析 考 点 · 重 难 突 破
提 考 能 · 考 题 细 研
菜单
HK 新课标 ·物理
练 考 题 · 随 堂 自 测
课 时 作 业
固 考 基 · 教 材 回 扣
析 考 点 · 重 难 突 破
提 考 能 · 考 题 细 研
菜单
HK 新课标 ·物理
练 考 题 · 随 堂 自 测
课 时 作 业
自 测
· 重 难
C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少
突
破
【解析】 筒内封闭气体被压缩过程中，外界对气体
课
提 做正功．由热力学第一定律 ΔU＝W＋Q 知，气体内能增加， 时
考 能 · 考
温度升高．由理想气体状态方程pTV＝C 知，气体压强增大．选
作 业
题 项 A、C、D 错误，选项 B 正确．
课 时 作 业
HK 新课标 ·物理
固 考
【针对训练】
基 ·
1．(2012·广东高考)景颇族的祖先发明的点火器如图11－
教 材
3－1所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推
练
回 推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程
第3讲 热力学定律与能量守恒(可编辑ppt)
不违背能量守恒定律,但违背热力学 第二定律
考点突破 栏目索引
2.对热力学第二定律的理解 (1)在热力学第二定律的表述中“自发地”“不产生其他影响”的含义。 ①“自发地”指明了热传递现象的方向性,不需要借助外界提供能量的 帮助。 ②“不产生其他影响”是说发生的热力学宏观过程只在本系统内完成, 对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。
考点突破 栏目索引
解析 机械能可以全部转化为内能,而内能在引起其他变化时也可以全 部转化为机械能,A正确;凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在 热传递中,热量可以自发地从高温物体传递给低温物体,也能从低温物 体传递给高温物体,但必须借助外界的帮助,B错误;尽管技术不断进步, 热机的效率仍不能达到100%,制冷机也不能使温度降到-273.15 ℃,只能 无限地接近-273.15 ℃,永远不能达到,C错误;第一类永动机违背能量守 恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,而是违背了热力学第二定 律,第二类永动机不可以制造出来,D错误。
④不同气体A和B
混合气体AB
(4)热力学第二定律的微观意义:一切自发过程总是沿着分子热运动的
无序性增大的方向进行。
考点突破 栏目索引
1.根据你学的热学中的有关知识,判断下列说法中正确的是 ( A ) A.机械能可能全部转化为内能,内能也可以全部用来做功以转化成机械能 B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传递中,热量只能从 高温物体传递给低温物体,而不能从低温物体传递给高温物体 C.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温 度降到-273.15 ℃ D.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定 律,随着科技的进步和发展,第二类永动机可以制造出来
2022届高考物理一轮复习选修3_3第3讲热力学定律与能量守恒课件新人教版
【解析】选 B、C、D。对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知， ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU 为正表示内能增加了 600 J，对气体来 说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加， 气体分子的平均动能增加，温度升高，且体积减小，选项 A、E 正确，故选 B、 C、D。
2.(热力学第一定律的应用)(多选)(2021·桂林模拟)如图是密闭的汽缸，外 力推动活塞 P 压缩气体，对汽缸内气体做功 800 J，同时气体向外界放热 200 J，则关于汽缸内气体的下列说法不正确的是( )
A．温度升高，内能增加 600 J B．温度升高，内能减少 200 J C．温度降低，内能增加 600 J D．温度降低，内能减少 200 J E．气体分子对器壁的压强增大
pV 外界做的功，A 错误；气体在 a→b 过程中，根据理想气体状态方程 T ＝C 可 知 Ta＝Tb，所以ΔUab＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可知 Qab＝－Wab，气 体在 b→c 过程中，温度升高，所以ΔUbc>0，根据热力学第一定律可知ΔUbc＝ Qbc＋Wbc，即 Qbc＝ΔUbc－Wbc，结合 Wab＝Wbc<0 可得 Qbc>Qab>0，即 b→c 过程气体 吸收的热量大于 a→b 过程吸收的热量，B 错误；气体在 c→a 过程中，
第3讲 热力学定律与能量守恒
必备知识·自主排查
【知识再现】 一、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与外界对
它所做的功的和。
2.表达式：ΔU=Q+W。 3.符号法则：
符号 + -
W 外界对物体做功 物体对外界做功
2013届高考一轮物理复习课件(人教版)：第十一章第3节 热力学定律与能量守恒
第十一章
第3节
高考调研
高三物理（新课标版）
【解析】 根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q，则 ΔU ＝－1.0×104 J＋2.5×104 J＝1.5×104 J ΔU>0，说明气
体内能增加．理想气体的内能只跟温度有关，内能增加， 温度一定升高．由于气体对外做功，所以其体积要增大， m ρ＝ V ，则密度减小，D 正确．
第十一章
第3节
高考调研
高三物理（新课标版）
(2)由热力学第一定律可知，电冰箱从冰箱内吸收了 热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内 吸收的热量多．
【答案】
(1)BC
(2)见解析
第十一章
第3节
高考调研
高三物理（新课标版）
跟踪训练 2 下列说法正确的是(
)
A．热量不能由低温物体传递到高温物体 B．外界对物体做功，物体的内能必定增加 C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守 恒定律 D．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
第十一章
第3节
高考调研
高三物理（新课标版）
【重点提示】
热量不可能自发地从低温物体传到
高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温 物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件 下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
第十一章
第3节
高考调研
3．永动机
高三物理（新课标版）
由能量守恒定律知，⑨______永动机不可能制成． 由热力学第二定律知，⑩__________永动机不可能 制成． 4．能源与环境 (1)常规能源： ⑪______.常规能源带来环境污染问题， 如温室效应、酸雨、光化学烟雾等． (2)新能源的开发：风能、水能、太阳能、沼气、核 能等．
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[随堂巩固提升]
1．关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )
A ．气体吸收的热量可以完全转化为功
B ．气体体积增大时，其内能一定减少
C ．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D ．外界对气体做功，气体内能可能减少
解析：选AD 由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功，但通过其他方法可以全部转化为功，故A 正确；气体体积增大，对外做功，若同时伴随有吸热，其内能不一定减少，B 错误；气体从外界吸热，若同时伴随有做功，其内能不一定增加，C 错误；外界对气体做功，同时气体放热，其内能可能减少，D 正确。
2．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量 2.5×104J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则该理想气体的( )
A ．温度降低，密度增大
B ．温度降低，密度减小
C ．温度升高，密度增大
D ．温度升高，密度减小
解析：选D 由ΔU ＝W ＋Q 可得理想气体内能变化ΔU ＝－1.0×104 J ＋2.5×104 J ＝
1.5×104 J ＞0，故温度升高，A 、B 两项均错；因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体
积变大，由ρ＝m V
可知密度变小，故C 项错误，D 项正确。
3．(2011·新课标全国卷)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是( )
A ．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
B ．若气体的内能不变，其状态也一定不变
C ．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大
D ．气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关
E ．当气体温度升高时，气体的内能一定增大
解析：选ADE 一定质量的理想气体，pV T
＝常量，p 、V 不变，则T 不变，分子平均动能不变，又理想气体分子势能为零，故气体内能不变，A 项正确；理想气体内能不变，则温
度T 不变，由pV T
＝常量知，p 及V 可以变化，故状态可以变化，B 错误；等压变化过程，温度升高、体积增大，故C 错误；由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 知，温度每升高1 K ，内能增量ΔU 一定，而外界对气体做的功W 与经历的过程可能有关(如体积变化时)，因此吸收的热量与气体经历的过程也有关，D 项正确；温度升高，平均动能增大，分子势能不变，内能
一定增大，E 项正确。
4．(1)下列说法正确的是________。
A ．气体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是可能的
B ．气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间势能之和
C ．气体温度变化时，其分子平均动能也随之改变
D ．功可以全部转化为热量，但热量不可以全部转化为功
E ．一定质量的气体，在体积不变时，随着温度降低单位面积器壁上受到的分子撞击次数减小
图11－3－7
(2)如图11－3－7所示，一定质量的理想气体，从状态A 等容变化到状态B ，再等压变化到状态D 。
已知在状态A 时，气体温度t A ＝327 ℃。
①求气体在状态B 时的温度；
②已知由状态B →D 的过程，气体对外做功W ，气体与外界交换热量Q ，试比较W 与Q 的大小，并说明原因。
解析：(1)A 选项违背了热力学第二定律，故A 选项错误；根据物体内能的定义可知B 选项正确；温度是分子平均动能的标志，气体温度变化，其分子平均动能也随之变化，故C 选项正确；功能自发地完全转化为热量，热量在产生外界影响的情况下也可以全部转化为功，故D 选项错误；一定质量的气体，体积不变，分子数密度不变，当温度降低时，分子平均速率减小，单个分子的平均撞击力减小，单位面积上撞击的分子数也减小，故E 选项正确。
(2)①气体由状态A 变化到状态B ，由查理定律p A T A ＝p B T B 可得T B ＝p B p A T A ＝12
×(327＋273)K ＝300 K
所以t B ＝27 ℃
②由B →D 的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可得Q ＞W
答案：(1)BCE (2)27℃ Q ＞W
5．如图11－3－8所示，体积为V 、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4 T 0、压强为1.2 p 0的理想气体。
p 0和T 0分别为大气的压强和温度。
已知：气体内能U 与温度T 的关系为U ＝αT ，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。
求：
图11－3－8
(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V 1；
(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q 。
解析：(1)在气体压强由p ＝1.2 p 0下降到p 0的过程中，气体体积不变，温度由T ＝2.4 T 0变为T 1，
由查理定律得：T 1T ＝p 0p
，解得：T 1＝2T 0 在气体温度由T 1变为T 0的过程中，体积由V 减小到V 1，气体压强不变，由盖—吕萨克
定律得：V V 1＝T 1T 0
， 解得：V 1＝12
V 。
(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为：W ＝p 0(V －V 1)
在这一过程中，气体内能的减少量为：
ΔU ＝α(T 1－T 0)
由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为：
Q ＝W ＋ΔU ，解得：Q ＝12
p 0V ＋αT 0 答案：(1)12V (2)12
p 0V ＋αT 0。