【物理】2018届一轮复习人教版热力学定律教案

【物理】2018届一轮复习人教版热力学定律教案

‎ 热力学定律 ‎【教学目标】‎ ‎1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律.‎ ‎2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律.‎ ‎3.掌握能量守恒定律及其应用． ‎ ‎【教学过程】‎ ‎★重难点一、热力学第一定律★‎ ‎1．改变内能的两种方式的比较 做　功 热　传　递 区　别 内能变化情况 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 从运动形式上看 做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 热传递则是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移 从能量的角度看 做功是其他形式的能与内能相互转化的过程 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 能的性质变化情况 能的性质发生了变化 能的性质不变 联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 ‎2．温度、内能、热量、功的比较 含　义 特　点 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 状　态　量 内能(热能)‎ 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 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多少 过　程　量 功 做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程 ‎3．对公式ΔU＝Q＋W符号的确定 符号 W Q ΔU ‎＋‎ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 ‎－‎ 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 ‎4．三种特殊情况 ‎(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。‎ ‎(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。‎ ‎(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。‎ ‎【特别提醒】‎ 判定物体内能变化的方法 ‎(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。‎ ‎(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。‎ ‎(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。‎ ‎(4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。‎ ‎【典型例题】一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：‎ ‎(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？‎ ‎(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？‎ ‎【答案】　(1)增加了160 J　(2)外界对气体做功　80 J ‎【解析】　(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J。‎ ‎(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J。‎ ‎★重难点二、热力学第二定★‎ ‎1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义 ‎(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。‎ ‎(2)“不产生其他影响”的涵义是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。‎ ‎2．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而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。‎ ‎【特别提醒】　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。‎ ‎3．热力学过程方向性实例 ‎4．热力学第一、第二定律的比较 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示的问题 它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 它指出自然界中出现的过程是有方向性的 机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能 热量的传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体 表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式 两定律的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础 ‎5．两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒 不违背能量守恒，违背热力学第二定律 ‎【典型例题】（多选）根据热力学定律，下列说法中正确的是 A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”‎ ‎【答案】　AB ‎【解析】　热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误。‎ ‎★重难点三、气体实验定律与热力学第一定律的综合★‎ 气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 ‎(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体。‎ ‎(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决。‎ ‎(3)对理想气体，不计分子势能，因此对一定质量的理想气体，其内能只取决于温度，而与体积无关。温度升高(或降低)，内能增大(或减小)。‎ ‎(4)由气体体积变化情况分析做功情况：气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功。‎ ‎(5)分析出气体状态变化过程中的内能改变及做功情况后，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q便可确定吸、放热情况。‎ ‎【典型例题】一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示，气体在状态A时的压强pA＝p0，温度TA＝T0，线段AB与V轴平行，BC的延长线过原点。求：‎ ‎(1)气体在状态B时的压强pB；‎ ‎(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，对外界做的功为10 J，该过程中气体吸收的热量为多少；‎ ‎(3)气体在状态C时的压强pC和温度TC。‎ ‎【答案】　(1)　(2)10 J　(3)　 ‎【解析】　(1)A到B是等温变化，压强和体积成反比，根据玻意耳定律有 pAVA＝pBVB 解得pB＝ ‎(2)状态A至状态B过程是等温变化，气体内能不变，即 ΔU＝0‎ 气体对外界做功W＝－10 J 根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W 解得Q＝－W＝10 J ‎(3)由B到C等压变化，根据盖吕萨克定律得＝ 解得TC＝ 因为B到C等压变化，所以pC＝pB＝