第八章-第2单元-热力学定律及能量守恒-气体课件.ppt
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- 第八 单元 热力学 定律 能量 守恒 气体 课件
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1、一、热力学定律一、热力学定律1热力学第一定律热力学第一定律(1)内容:一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热内容:一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热 传递的过程,那么,外界对物体所做的功传递的过程,那么,外界对物体所做的功W加上物体从加上物体从 外界吸收的热量外界吸收的热量Q等于物体等于物体 的增加的增加U.(2)表达式:表达式:U .内能内能WQ2热力学第二定律热力学第二定律(1)两种表述两种表述不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而而 (2)意义
2、:热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的意义:热力学第二定律使人们认识到,自然界中进行的 涉及热现象的宏观过程都具有方向性涉及热现象的宏观过程都具有方向性不引起其他变化不引起其他变化不引起其他变化不引起其他变化3热力学第三定律热力学第三定律(1)内容:热力学零度不可达到内容:热力学零度不可达到(2)热力学温度热力学温度T与摄氏温度与摄氏温度t的关系:的关系:Tt K.273.154两类永动机两类永动机第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机不消耗任何能量却可以源不消耗任何能量却可以源源不断地对外做功的机器源不断地对外做功的机器从单一热源吸热,全部用从单一热源吸热,全部用来对外做功而
3、不引起其他来对外做功而不引起其他变化的机器变化的机器违背违背 定律,不可定律,不可能实现能实现违背违背 定律,定律,不可能实现不可能实现能量守恒能量守恒热力学第二热力学第二二、能量守恒定律二、能量守恒定律内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从从一种形式转化为另一种形式,或者从 转移转移到到 ,在能的转化或转移的过程中其总量,在能的转化或转移的过程中其总量 另一个物体另一个物体一个物体一个物体保持不变保持不变三、描述气体的状态参量三、描述气体的状态参量1温度温度(T或或t)(1)物理意义:宏观上表示物体的
4、物理意义:宏观上表示物体的 ;微观上标;微观上标 志物体内分子热运动的激烈程度它是物体分子志物体内分子热运动的激烈程度它是物体分子 的标志的标志冷热程度冷热程度平均动能平均动能(2)两种温标两种温标摄氏温标摄氏温标(t):单位:单位.在在1个标准大气压下,水的冰个标准大气压下,水的冰点作为点作为 ,沸点作为,沸点作为 .热力学温标热力学温标(T):单位:单位K.把把 作为作为0 K绝对绝对零度零度(0 K)是低温的极限,只能接近不能达到是低温的极限,只能接近不能达到两种温标的关系:就每两种温标的关系:就每1度表示的冷热差别来说,度表示的冷热差别来说,两种温标是两种温标是 ,只是零值的起点不同,
5、所以二,只是零值的起点不同,所以二者关系为者关系为T ,Tt.0100273相同的相同的t273.15(K)2体积体积(V)(1)意义:气体分子所占据的空间,也就是气体所充满的意义:气体分子所占据的空间,也就是气体所充满的容器的容积容器的容积(2)单位:单位:1 m3 L mL.m31031063压强压强(p)(1)定义:气体作用在器壁单位面积上的压力数值上等定义:气体作用在器壁单位面积上的压力数值上等 于单位时间内器壁单位面积上受到气体分子的总冲量于单位时间内器壁单位面积上受到气体分子的总冲量(2)产生原因:由于大量气体分子无规则地运动而碰撞器壁,产生原因:由于大量气体分子无规则地运动而碰撞
6、器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力形成对器壁各处均匀、持续的压力(3)决定因素:一定质量气体的压强大小,微观上决定于分决定因素:一定质量气体的压强大小,微观上决定于分 子的子的 和和 ;宏观上决定于气体的;宏观上决定于气体的 和和 .(4)单位换算:单位换算:1 atm mmHg Pa.平均动能平均动能分子数密度分子数密度温度温度T体积体积V7601.013105四、气体分子动理论四、气体分子动理论1气体分子运动的特点:气体分子运动的特点:由于气体分子间距大,气体分子由于气体分子间距大,气体分子的大小可以忽略,分子间的作用力很小,也可以忽略的大小可以忽略,分子间的作用力很小,也可以忽略因此,
7、除分子间及分子与器壁间碰撞外,分子间无相互因此,除分子间及分子与器壁间碰撞外,分子间无相互作用力,所以不计作用力,所以不计 ,气体的内能只与气体的,气体的内能只与气体的物质的量和物质的量和 有关,分子处于自由运动状态有关,分子处于自由运动状态分子势能分子势能温度温度2气体分子运动的统计规律气体分子运动的统计规律(1)气体分子沿各个方向运动的机会气体分子沿各个方向运动的机会(机率机率)(2)大量气体分子的速率分布呈现大量气体分子的速率分布呈现 (中等速率的分中等速率的分 子数目多子数目多)、(速率大或小的分子数目少速率大或小的分子数目少)的规的规 律律(3)当温度升高时,当温度升高时,“中间多中
8、间多”的这一的这一“高峰高峰”向向 的的一方移动,即速率大的分子数目增多,速率小的分子数一方移动,即速率大的分子数目增多,速率小的分子数目减少,分子的平均速率目减少,分子的平均速率 ,但不是每个气体分子,但不是每个气体分子的速率均增大的速率均增大相等相等中间多中间多两头少两头少速率大速率大增大增大 理想气体是实际气体在一定条件下近似的一种物理理想气体是实际气体在一定条件下近似的一种物理模型在温度不太低、压强不太大的情况下,实际气体模型在温度不太低、压强不太大的情况下,实际气体可当做理想气体来处理,理想气体没有分子势能,内能可当做理想气体来处理,理想气体没有分子势能,内能只由温度和气体物质的量来
9、决定只由温度和气体物质的量来决定1下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ()A一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B一切不违反能量守恒与转化定律的物理过程都是一切不违反能量守恒与转化定律的物理过程都是可能实现的可能实现的C由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D一切物理过程都不可能自发地进行一切物理过程都不可能自发地进行解析:解析:热力学第二定律指出了热现象的方向性,而同时也热力学第二定律指出了热现象的方向性,而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件指出了发生这些单一方向的过程的条件自发,这也就自发,这也就
10、说明了这些过程中的一些,其逆过程在某些条件下也是可说明了这些过程中的一些,其逆过程在某些条件下也是可以发生的,但也有的是不可能发生的以发生的,但也有的是不可能发生的答案:答案:AC2下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A气体的温度升高时,并非所有分子的速率都增大气体的温度升高时,并非所有分子的速率都增大B盛有气体的容器做减速运动时,容器中气体的内能随盛有气体的容器做减速运动时,容器中气体的内能随之减小之减小C理想气体在等容变化过程中,气体对外不做功,气体理想气体在等容变化过程中,气体对外不做功,气体的内能不变的内能不变D一定质量的理想气体经等温压缩后,其压强一定增大一定质量的理想气体经等温压
11、缩后,其压强一定增大解析:解析:气体的温度升高,分子的平均速率增大,并非所气体的温度升高,分子的平均速率增大,并非所有分子的速率都增大,故有分子的速率都增大,故A项正确气体的内能为所有项正确气体的内能为所有分子热运动的动能之和,与机械运动无关,故分子热运动的动能之和,与机械运动无关,故B项项错由热力学第一定律错由热力学第一定律UWQ,当,当W0时不能确定时不能确定U0,故,故C项错一定质量的理想气体经等温压缩后,项错一定质量的理想气体经等温压缩后,气体压强一定增大,故气体压强一定增大,故D项正确项正确答案:答案:AD3关于物体内能的变化,以下说法正确的是关于物体内能的变化,以下说法正确的是 (
12、)A物体机械能减少时,其内能也一定减少物体机械能减少时,其内能也一定减少B物体吸收热量,其内能一定增加物体吸收热量,其内能一定增加C.外界对物体做功,物体内能一定增加外界对物体做功,物体内能一定增加D物体吸收热量的同时又对外做功,物体的内能可能物体吸收热量的同时又对外做功,物体的内能可能增加,也可能减少或保持不变增加,也可能减少或保持不变解析:解析:机械能和内能没有必然联系,物体机械能减少机械能和内能没有必然联系,物体机械能减少时,其内能不一定减少,时,其内能不一定减少,A错;根据热力学第一定律错;根据热力学第一定律UQW,物体内能变化与外界对气体做功,物体内能变化与外界对气体做功(或气体对外
13、或气体对外界做功界做功)、气体从外界吸热、气体从外界吸热(或向外界放热或向外界放热)两种因素有两种因素有关,物体吸收热量,有可能同时对外做功,故内能有关,物体吸收热量,有可能同时对外做功,故内能有可能不变甚至减少,也可能增加,所以可能不变甚至减少,也可能增加,所以B错误,错误,D正确;正确;外界对物体做功同时有可能对外放热,内能不一定增外界对物体做功同时有可能对外放热,内能不一定增加,加,C错错答案:答案:D4(2011内江模拟内江模拟)一个内壁光滑、绝热一个内壁光滑、绝热的汽缸固定在地面上,绝热的活塞下的汽缸固定在地面上,绝热的活塞下方封闭着空气,若突然用竖直向上的方封闭着空气,若突然用竖直
14、向上的力力F将活塞向上拉一些,如图将活塞向上拉一些,如图821所示则缸内封闭着的气体所示则缸内封闭着的气体 ()A每个分子对缸壁的冲力都会减小每个分子对缸壁的冲力都会减小B 单位时间内缸壁单位面积上受到的单位时间内缸壁单位面积上受到的 图图821 气体分子碰撞的次数减少气体分子碰撞的次数减少C分子平均动能不变分子平均动能不变D若活塞重力不计,拉力若活塞重力不计,拉力F对活塞做的功等于缸内气对活塞做的功等于缸内气体内能的改变量体内能的改变量解析:解析:绝热汽缸和活塞,热交换绝热汽缸和活塞,热交换Q0,当用力,当用力F将活塞向将活塞向上拉一些时,气体对外做功,由上拉一些时,气体对外做功,由UWQ知
15、,气体的内知,气体的内能减小,温度降低,压强减小,所以气体分子的平均动能减小,温度降低,压强减小,所以气体分子的平均动能减小,能减小,C错,错,A错,错,B对因拉力对因拉力F做的功不等于气体对做的功不等于气体对外做的功,所以拉力外做的功,所以拉力F做的功不等于缸内气体内能的改变做的功不等于缸内气体内能的改变量,量,D错错答案:答案:B5关于热力学定律,下列说法正确的是关于热力学定律,下列说法正确的是 ()A在一定条件下物体的温度可以降到在一定条件下物体的温度可以降到0 KB物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C吸收了热量的物体,其内能一定增加吸收了热量的
16、物体,其内能一定增加D压缩气体总能使气体的温度升高压缩气体总能使气体的温度升高解析:解析:0 K是低温的极限,任何物体的温度只能接近而不是低温的极限,任何物体的温度只能接近而不能达到,所以能达到,所以A项错误;根据热力学第二定律,物体不项错误;根据热力学第二定律,物体不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其他影响,但在他影响,但在“产生其他影响的情况产生其他影响的情况”下下,也可以从单,也可以从单一热源吸收热量全部用来做功,所以一热源吸收热量全部用来做功,所以B项正确;内能的项正确;内能的改变与热传递和做功同时有关,所以改变与热传递和做
17、功同时有关,所以C、D错误错误答案:答案:B1.热力学第一定律热力学第一定律(1)符号规定符号规定W外界对物体做功外界对物体做功W0物体对外界做功物体对外界做功W0物体向外界放出热量物体向外界放出热量Q0物体内能减少物体内能减少U0(2)热力学第一定律是能量守恒的具体体现,说明能量在转热力学第一定律是能量守恒的具体体现,说明能量在转移和转化过程中是守恒的移和转化过程中是守恒的2热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过热力学第二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过程的发生具有方向性热力学过程的方向性实例:程的发生具有方向性热力学过程的方向性实例:关键一点关键一点
18、 热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒,热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒,热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现 一定质量的非理想气体一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可分子间的作用力不可忽略忽略)从外界吸收了从外界吸收了4.2102 J的热量,同时气体对外做的热量,同时气体对外做了了6105 J的功,问:的功,问:(1)气体的内能如何变化?变化了多少?气体的内能如何变化?变化了多少?(2)气体的分子势能如何变化?气体的分子势能如何变化?(3)分子的平均动能如何变化?分子的平均动能如何变化?思路点拨思路点拨由
19、题意知热量由题意知热量Q为正,功为正,功W为负,利用热力为负,利用热力学第一定律求解学第一定律求解(1)问;分子力做功引起分子势能的变化问;分子力做功引起分子势能的变化情况与重力做功引起重力势能的变化情况类似情况与重力做功引起重力势能的变化情况类似解析解析(1)因气体从外界吸收热量,所以因气体从外界吸收热量,所以Q4.2105 J,气体对外做功气体对外做功6105 J,则外界对气体做功,则外界对气体做功W6105 J,由热力学第一定律由热力学第一定律UWQ得得U6105 J4.2105 J1.8105 J,所以气体的内能减少了所以气体的内能减少了1.8105 J.(2)因为气体对外做功,体积膨
20、胀,分子间距离增大了,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分子力做负功,气体的分子势能增加了(3)因为气体的内能减少了,而分子势能增加了,所以分因为气体的内能减少了,而分子势能增加了,所以分子的平均动能必然减少了,且分子平均动能的减少量一子的平均动能必然减少了,且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量定大于分子势能的增加量答案答案(1)减少减少1.8105 J(2)增加增加(3)减少减少1下列说法正确的是下列说法正确的是()A物体吸收热量,其温度一定升高物体吸收热量,其温度一定升高B热量只能从高温物体向低温物体传递热量只能从高温物体向低温物体传
21、递C遵守热力学第一定律的过程不一定能实现遵守热力学第一定律的过程不一定能实现D做功和热传递是改变物体内能的两种方式做功和热传递是改变物体内能的两种方式解析:解析:做功和热传递都能改变物体的内能,因此物体吸做功和热传递都能改变物体的内能,因此物体吸热温度不一定升高,热温度不一定升高,A错,错,D对由热力学第二定律可知,对由热力学第二定律可知,B错错C对对答案:答案:CD1.气体压强的计算气体压强的计算(1)在气体流通的区域,各处压强相等,如容器与外界相在气体流通的区域,各处压强相等,如容器与外界相 通,容器内外压强相等;用细管相连的容器,平衡时通,容器内外压强相等;用细管相连的容器,平衡时 两边
22、气体压强相等两边气体压强相等(2)液体内深为液体内深为h处的总压强处的总压强pp0gh,式中的,式中的p0为液为液 面上方的压强,在水银内,用面上方的压强,在水银内,用cmHg做单位时可表示做单位时可表示 为为pHh.(3)连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处 压强相等压强相等(4)求用固体求用固体(如活塞如活塞)或液体或液体(如液柱如液柱)封闭在静止的容器内封闭在静止的容器内 的气体压强,应对固体或液体进行受力分析,然后根的气体压强,应对固体或液体进行受力分析,然后根 据平衡条件求解据平衡条件求解(5)当封闭气体所在的系统处于力学非平衡
23、的状态时,欲当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时,欲 求封闭气体的压强,首先选择恰当的研究对象求封闭气体的压强,首先选择恰当的研究对象(如与气如与气 体关联的液柱、活塞等体关联的液柱、活塞等),并对其进行正确的受力分析,并对其进行正确的受力分析 (特别注意内、外气体的压力特别注意内、外气体的压力),然后根据牛顿第二定,然后根据牛顿第二定 律列方程求解律列方程求解(4)气体的温度、压强、体积间的关系气体的温度、压强、体积间的关系温度不变:分子的平均动能不变,若体积减小,单温度不变:分子的平均动能不变,若体积减小,单位体积内分子数目增多,气体的压强增加位体积内分子数目增多,气体的压强增加体积
24、不变:单位体积内的分子数目不变,温度升高,体积不变:单位体积内的分子数目不变,温度升高,分子的平均动能增加,气体的压强增加分子的平均动能增加,气体的压强增加压强不变:温度升高,气体分子的平均动能增加,压强不变:温度升高,气体分子的平均动能增加,只有气体的体积增大,单位体积内的分子数减少,才只有气体的体积增大,单位体积内的分子数减少,才可保持气体的压强不变可保持气体的压强不变关键一点关键一点 大气压强是由于空气受重力作用紧紧包围地球而大气压强是由于空气受重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强;气体压强是由气体对浸在它里面的物体产生的压强;气体压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生的分子频繁
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