第十八单元热力学定律能源 讲义 -2024届上海市高三物理二轮专题等级总复习精讲

第十八单元热力学定律能源 目录 第1讲物体的内能与热力学第一定律 2 第2讲能量守恒与热力学第二定律 11 第3讲能源与可持续发展 17 课标要求: 1.知道热力学第一定律。通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 2.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 3.通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律。 4.了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式。初步了解核裂变与核聚变。 5.知道不同形式的能量可以相互转化,在转化过程中能量总量保持不变,能量转化是有方向性的。 6.了解可再生能源和不可再生能源的分类,认识能源的过度开发和利用对环境的影响。 7.认识环境污染的危害,了解科学——技术——社会——环境协调发展的重要性,具有环境保护的意识和行为。 知识结构 第1讲物体的内能与热力学第一定律 内容梳理 【概念规律】 一、内能 1.分子动能 (1)在热力学中,重要的不是某个分子的动能,而是组成系统的__________分子动能的平均值,这个平均值就叫做分子热运动的__________。 (2)温度是分子平均动能的__________标志。 2.分子势能 组成系统的分子间存在相互作用力,分子间具有由它们的相对位置决定的势能,这就是分子势能。 3.影响分子势能大小的因素 随着分子间距离的变化,分子力做功,分子势能发生变化,分子间势能的变化微观上与__________决定,宏观上与物体__________有关。 分子间距离 分子力 表现为引力 表现为斥力 分子力做功 增大时,做负功 减小时,做负功 分子势能 最小 增大时,增大 减小时,增大 4.内能 物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫物体的内能。微观上,物体的内能取决于物体所含的分子的总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离。宏观上,物体所含物质的多少、温度和体积。 二、功和内能 1.焦耳实验 让重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升。 2.实验结论 对一个系统在绝热过程中,只要对系统做功相等,系统温度上升的数值相等,即系统的状态变化相同。 3.内能变化和做功的关系 当系统从状态1经绝热过程达到状态2时,内能的增加量就等于外界对系统所做的功,即,外力做正功时内能__________,外力做负功时内能__________。 4.热和内能 系统在单纯的传热过程中,内能的增加量等于外界向系统传递的热量,即,物体吸收热量内能__________,物体放出热量内能__________。 5.做功和热传递的区别 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,使不同物体间分子热运动变化,是内能的转移。前者能的性质发生了变化,后者能的性质不变。 三、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.表达式为 3.注意 (1)的正负：外界对系统做功时,取__________值;系统对外界做功时,取__________值。 (2)的正负：外界对系统传递热量取__________值;系统向外界传递热量取__________值。 答案:一、大量 平均动能 唯一 分子间距 体积 二、增加 减小 增加 减小 三、正 负 正 负 【问题情境举隅】 内能转化为机械能 我们用温差电池使小风扇转动、汽车里的内燃机带动车子向前跑等都是利用内能转化为物体的机械能。 热传递改变物体的内能 冬天围着火堆烤火取暖,使物体的温度升高,内能增加;一杯热水放着,慢慢就会变冷,内能减小。生活中类似的现象还有很多,这就是通过热传递来改变物体的内能(图1)。 做功改变物体的内能 冬天我们通过来回摩擦双手,使手的温度上升,从而达到取暖的效果,手的内能增加;夏天我们使用空调,空调通过压缩机做功,将室内的热量转移到室外,使得室内温度降低,内能减少,冰 箱也是相同的工作原理。这些现象都是通过做功来改变物体的内能(图2)。 关键点拨 分子力、分子势能随分子间距离的变化 【例题1】分子力随分子间距离的变化如图所示,将两分子从相距处释放,仅考虑这两个分子间的作用,下列说法中正确的是 ( ) A.从到分子势能先减小后增大 B.从到分子动能先增大后减小 C.从到分子的加速度都在减小 D.从到分子力的大小先减小后增大 课堂笔记： ____________________________________________________________________________________________________________________________________