高二物理課件 10.4 《熱力學(xué)第二定律》 3（人教選修3-3）

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歡迎進入物理課堂 氣體的狀態(tài)參量熱力學(xué)第二定律 一 氣體的狀態(tài)參量及狀態(tài)參量 1 溫度 宏觀上表示物體的冷熱程度 在微觀上是分子平均動能的標(biāo)志 熱力學(xué)溫度是國際單位制中的基本量之一 符號T 單位K 開爾文 攝氏溫度是導(dǎo)出單位 符號t 單位 攝氏度 關(guān)系是t T T0 其中T0 273 15K 攝氏度不再采用過去的定義 兩種溫度間的關(guān)系可以表示為 T t 273 15K和 T t 要注意兩種單位制下每一度的間隔是相同的 0K是低溫的極限 它表示所有分子都停止了熱運動 可以無限接近 但永遠不能達到 2 體積 氣體總是充滿它所在的容器 所以氣體的體積總是等于盛裝氣體的容器的容積 3 壓強 氣體的壓強是由于氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的 絕不能用氣體分子間的斥力解釋 一般情況下不考慮氣體本身的重量 所以同一容器內(nèi)氣體的壓強處處相等 但大氣壓在宏觀上可以看成是大氣受地球吸引而產(chǎn)生的重力而引起的 例如在估算地球大氣的總重量時可以用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓乘以地球表面積 壓強的國際單位是帕 符號Pa 常用的單位還有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm 和毫米汞柱 mmHg 它們間的關(guān)系是 1atm 1 013 105Pa 760mmHg 1mmHg 133 3Pa 二 氣體分子動理論 1 氣體分子運動的特點是 氣體分子間的距離大約是分子直徑的10倍 分子間的作用力十分微弱 通常認為 氣體分子除了相互碰撞或碰撞器壁外 不受力的作用 每個氣體分子的運動是雜亂無章的 但對大量分子的整體來說分子的速率分布規(guī)律遵從統(tǒng)計規(guī)律 在一定溫度下 某種氣體的分子速率分布是確定的 可以求出這個溫度下該種氣體分子的平均速率 2 用分子動理論解釋氣體壓強的產(chǎn)生 氣體壓強的微觀意義 氣體的壓強是大量分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的 壓強的大小跟兩個因素有關(guān) 氣體分子的平均動能 分子的密集程度 3 氣體的體積 壓強 溫度間的關(guān)系 新大綱只要求定性介紹 一定質(zhì)量的氣體 在溫度不變的情況下 體積減小 壓強增大 體積增大時 壓強減小 一定質(zhì)量的氣體 在壓強不變的情況下 溫度升高 體積增大 一定質(zhì)量的氣體 在體積不變的情況下 溫度升高 壓強增大 恒量 4 氣體壓強的計算 氣體壓強的確定要根據(jù)氣體所處的外部條件 往往需要利用跟氣體接觸的液柱和活塞等物體的受力情況和運動情況計算 三 熱力學(xué)第二定律 1 表述 不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體 而不引起其他變化 按熱傳導(dǎo)的方向性表述 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功 而不引起其他變化 按機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述 第二類永動機是不可能制成的 2 熱力學(xué)第二定律使人們認識到 自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 它揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性 使得它成為獨立于熱力學(xué)第一定律的一個重要的自然規(guī)律 3 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 很多事例證明 我們無法把流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用 這種現(xiàn)象叫做能量的耗散 它從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀現(xiàn)象具有方向性 例一 右圖中兩個氣缸的質(zhì)量均為M 內(nèi)部橫截面積均為S 兩個活塞的質(zhì)量均為m 左邊的氣缸靜止在水平面上 右邊的活塞和氣缸豎直懸掛在天花板下 兩個氣缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A B 大氣壓為p0 求封閉氣體A B的壓強各多大 求氣體壓強要以跟氣體接觸的物體為對象進行受力分析 在本題中 可取的研究對象有活塞和氣缸 兩種情況下活塞和氣缸的受力情況的復(fù)雜程度是不同的 第一種情況下 活塞受重力 大氣壓力和封閉氣體壓力三個力作用 而且只有氣體壓力是未知的 氣缸受重力 大氣壓力 封閉氣體壓力和地面支持力四個力 地面支持力和氣體壓力都是未知的 要求地面壓力還得以整體為對象才能得出 因此應(yīng)選活塞為對象求pA 同理第二種情況下應(yīng)以氣缸為對象求pB 得出的結(jié)論是 例二 右圖中氣缸靜止在水平面上 缸內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的空氣 活塞的的質(zhì)量為m 橫截面積為S 下表面與水平方向成 角 若大氣壓為p0 求封閉氣體的壓強p 解 以活塞為對象進行受力分析 關(guān)鍵是氣體對活塞的壓力方向應(yīng)該垂直與活塞下表面而向斜上方 與豎直方向成 角 接觸面積也不是S而是S1 S cos 因此豎直方向受力平衡方程為 pS1cos mg p0S 得p p0 mg S 結(jié)論跟 角的大小無關(guān) 例三 豎直平面內(nèi)有右圖所示的均勻玻璃管 內(nèi)用兩段水銀柱封閉兩段空氣柱a b 各段水銀柱高度如圖所示 大氣壓為p0 求空氣柱a b的壓強各多大 解 從開口端開始計算 右端為大氣壓p0 同種液體同一水平面上的壓強相同 所以b氣柱的壓強為pb p0 g h2 h1 而a氣柱的壓強為pa pb gh3 p0 g h2 h1 h3 此類題求氣體壓強的原則就是從開口端算起 一般為大氣壓 沿著液柱在豎直方向上 向下加 gh 向上減 gh即可 h為高度差 例四 兩端封閉的均勻直玻璃管豎直放置 內(nèi)用高h的汞柱把管內(nèi)空氣分為上下兩部分 靜止時兩段空氣柱的長均為L 上端空氣柱壓強為p1 2 gh 為水銀的密度 當(dāng)玻璃管隨升降機一起在豎直方向上做勻變速運動時 穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)上端空氣柱長減為2L 3 則下列說法中正確的是A 穩(wěn)定后上段空氣柱的壓強大于2 ghB 穩(wěn)定后下段空氣柱的壓強小于3 ghC 升降機一定在加速上升D 升降機可能在勻減速上升 解 系統(tǒng)靜止時下段空氣柱的壓強是3 gh 做勻變速運動穩(wěn)定后上段空氣柱體積減小說明其壓強增大 而下段空氣柱體積增大 說明其壓強減小 由水銀柱的受力分析可知 其合力方向向下 因此加速度向下 可能勻加速下降 也可能勻減速上升 選ABD 謝謝 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全