物理第12章 热学 第3讲 热力学定律与能量守恒定律 新人教版

热学热学第 十二 章第第3讲热力学定律与能量守恒定律讲热力学定律与能量守恒定律1 1知 识 梳 理 自 测知 识 梳 理 自 测2 2核 心 考 点 突 破核 心 考 点 突 破3 32 2 年 高 考 模 拟年 高 考 模 拟知识梳理自测知识梳理自测 1内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_与外界对它所做功的和。热力学第一定律 热量热量 2表达式 U_。 3UQW的三种特殊情况 (1)绝热过程：Q_，则_，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 (2)等容过程：W_，则_，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)等温过程：U_，则_或_，外界对物体做的功等于物体放出的热量。QW 0WU 0QU 0WQ0 WQ 1两种表述 (1)克劳修斯表述(按热传导的方向性表述)：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述(按机械能和内能转化过程的方向性表述)：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不_。热力学第二定律 引起其他影响引起其他影响 减少 1内容 能量既不会凭空_，也不会凭空_，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从一个物体_到另一个物体，在转化或转移的过程中能量的总量_。 2能源的利用 (1)存在能量耗散和_。 (2)重视利用能源时对_的影响。 (3)要开发新能源(如_、生物质能、风能等)。能量守恒守恒 产生产生 消失消失 转化转化 转移转移 保持不变保持不变 品质下降品质下降 环境环境 太阳能太阳能 思维诊断： (1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的。() (2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变。() (3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。() (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。()B 解析根据热力学第二定律，在可以引起其他变化的情况下，热量可以由低温物体向高温物体传递，A错误；气体被压缩，外界对气体做功，如果气体向外放热，内能可能不变，可能增加，也可能减少，B正确；分子永不停息地做无规则运动，所以分子的平均动能不可能为零，C错误；物体温度升高时，其分子的平均动能增加，但并不是每一个分子的动能都增加，D错误。BDE 解析热力学温度与分子的平均动能成正比，分子热运动的平均动能不可能为零，制冷机的制冷温度不可以降到273以下，故A错误；随着科学技术的发展，热量可以从低温物体传到高温物体，故B正确；根据热力学第二定律，热机的效率不可以达到100%，故C错误；不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，即第二类永动机不可能实现，故D正确；做功和热传递都可以改变物体的内能，无论科技怎样发展，都无法判断一温度升高的物体是通过做功还是热传递实现的，故E正确。CD 解析用打气筒给自行车打气需用力向下压活塞，是气体压强作用的缘故，不是分子力的效果，A错误；物体体积增大时，分子间距增大，分子间势能随分子间距的增大而呈现先减后增的趋势，故B错误；在一定条件下，热量可以从低温物体传递到高温物体，C正确；根据热力学第一定律，对物体做功，但是物体向外放热大于外界对物体做功时，物体的内能减小，D正确；物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和叫物体的内能，E错误。ACE 解析在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，A正确；由热力学第一定律可知，当W0，Q0时，UWQ，U可以等于0，B错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，C正确；热量可以由低温物体传给高温物体，D错误；物体从外界吸收热量，若同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，E正确。核心考点突破核心考点突破 1热力学第一定律的理解 不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。 2对公式UQW的符号的规定对热力学第一定律的理解 符号WQU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(1)ACB过程中气体的内能如何变化？变化了多少？(2)BDA过程中气体吸收还是放出多少热量？ 解析(1)ACB过程中：W1280J，Q1410J，由热力学第一定律得UW1Q1690J， 气体内能的减少量为690J。 (2)因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，气体由状态ACB过程至状态B，又从状态B经BDA过程回到状态A，整个过程内能变化为0，从状态B经BDA过程回到状态A，U690J。 由热力学第一定律得UW2Q2，W2200J，得Q2490J，即吸收热量490J。 答案：(1)减少减少量为690J(2)吸收热量490J 2理想气体内能变化情况的判定方法 对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动的动能，其内能只与温度有关。 3应用热力学第一定律时，首先要明确研究对象是哪个物体或哪几个物体组成的系统；其次要正确掌握公式的符号法则，对已知量，必须按符号法则确定它们的正负号后，再代入公式计算；对未知量，可先按正号代入公式，根据计算结果的正负，确定问题的答案。 (1)从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W1和其内能的增量U1； (2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量U2及其从外界吸收的热量Q2。类题演练类题演练 1 答案：(1)W10U19J(2)U29JQ23J 解析(1)从状态A到状态C过程，气体发生等容变化，该气体对外界做功W10 根据热力学第一定律有UW1Q1，内能的增量U1Q19J (2)从状态A到状态B过程，气体体积减小，温度升高，该气体内能的增量U2U19J 根据热力学第一定律有U2W2Q2 从外界吸收的热量Q2U2W23J 1热力学第二定律的理解 (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。对热力学第二定律的理解 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，如气体的绝热膨胀过程。 3两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机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违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成BCE 解析由熵增加原理知，一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，A错误；根据热力学第二定律知，机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程，B正确；在外界的影响下，气体可以从单一热源吸收热量，全部用来对外做功，C正确；第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，D错误；根据热力学第二定律知，热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其他变化，E正确。 解答该类问题的流程：热力学定律与气体实验定律的综合 (1)活塞停止上升时容器内气体的温度T2；(2)密闭气体内能的增加量U。 答案：(1)294K(2)29.8J A由状态A变到状态B过程中，气体吸收热量 B由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加 CC状态气体的压强小于D状态气体的压强类题演练类题演练 2 ADE DD状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态时少 ED状态与A状态，相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量相等 (1)气体A、B末状态的压强； (2)试分析此过程中B气体是吸热还是放热？类题演练类题演练 3 答案：(1)87.5cmHg93.5cmHg(2)放热 解析(1)设气体A的初态压强为pA pAp柱p0 设末态时气体A的长度为lA lAlAl 气体A发生等温变化，有 pAlASpAlAS 解得pA87.5cmHg 设气体B的末态压强为pB 得pBpAp柱93.5cmHg (2)气体B的初态：压强为p0，长度为lB lBLlAl柱29cm 气体B发生等温变化，有 pBlBSpBlBS 解得lB23.6cm lBlB，气体B的变化是等温压缩 由热力学第一定律可知：气体B要放热