高考物理专题突破（鲁科版）热力学定律与能量守恒

欢迎进入物理课堂 1 热力学第一定律 1 改变内能的两种方式 做功 做功可以改变 在绝热过程中 系统内能的增量等于所做的功 即 热传递 热传递有三种方式 和 热传递也可以改变物体的内能 在单纯的传热过程中 内能的增量就等于 即 物体的内能 外界对系统 U W 热传导 热对流 热辐射 外界向系统传递的热量 U Q 区别 做功和热传递都能引起系统内能的改变 但做功是内能和其他形式的能发生 热传递是不同物体 或一个物体的不同部分 之间内能的 2 热力学第一定律 当外界既对系统做功 又对系统热传递时内能的增量 U 也就是说 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的之和 这个关系叫 转化 转移 W Q 功 热量 热力学第一定律 能量守恒定律 能量既不会 也不会 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 而能量的总值 2 热力学第二定律 1 热力学第二定律的表述 按照热传递的方向性 表述为 不可能使热量从物体传向物体而不引起其他变化 这是热力学第二定律的克劳修斯表述 消灭 创生 转化 转移 保持不变 高温 低温 按照机械能与内能转化的方向性 表述为 不可能从单一热源吸取热量 使之变为有用功而其他变化 这是热力学第二定律的开尔文表述 热力学第二定律的上述两种表述是的 可以从一种表述推出另一种表述 它揭示了大量分子参与的宏观过程的 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性 完全 不引起 等价 不可逆性 方向 2 热力学第二定律的微观意义 一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度的方向进行 用熵表示热力学第二定律 在孤立系统中 一切不可逆过程必然朝着熵的方向进行 不少人也把热力学第二定律叫做熵增加原理 从微观角度看 热力学第二定律是一个 一个孤立系统总是从的状态向的状态发展 而熵值较大代表着 所以自发的宏观过程总是向的方向发展 增大 增加 统计规律 熵小 熵大 较为无序 无序程度增大 3 能源和可持续发展能量退降是指各种形式的能最终转化为 是微观领域内无序程度向无序程度的转化 是能够自动 全额发生的 而内能向机械能的转化是有条件的 即环境中必须存在着 而且内能不能全额转化为机械能 能量的退降虽然不会使能的总量减少 却会导致能量品质的 内能 较小 较大 温度差 退化 可持续发展的核心是追求发展与资源 环境的 其中 最重要的两个方面就是 开发新能源 包括和 平衡 资源和环境保护 太阳能 生物质能 风能 水流能 考点一热力学第一定律和能量守恒定律1 热传递的条件两物体 或同一物体的不同部分 有温度差 而不是有内能差 热传递的结果是达到热平衡 两物体的温度相等 最终两物体的内能不一定相等 2 物体的内能及内能的变化 1 物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和 在微观上由分子数 分子热运动剧烈程度和相互作用力决定 宏观上体现为物体的温度和体积 因此 物体的内能是一个状态量 2 当物体温度变化时 分子热运动剧烈程度发生改变 分子平均动能变化 物体体积变化时 分子间距离变化 分子势能发生变化 因此物体的内能变化只由初 末状态决定 与中间过程及引起变化的方式无关 3 做功与热传递的本质区别做功和热传递在改变物体内能上是等效的 但是有着本质的区别 1 等效 的意义可以理解为 在改变物体的内能上可以起到同样的效果 即要使物体改变同样的内能 通过做功或者热传递都可以实现 若不知道过程 我们无法分辨出是做功还是热传递实现的这种改变 2 做功和热传递的本质区别 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 使不同物体间分子热运动变化 是内能的转移 从能量的角度看 做功是其他形式的能向内能的转化 热传递是内能之间的转移 前者能的性质发生了变化 后者能的性质不变 4 表达式 U W Q中各量的符号取法 5 对能量守恒定律的理解 1 某种形式的能减少 一定有其他形式的能增加 且减少量与增加量相等 2 某个物体能量减少 一定存在其他物体能量增加 且减少量和增加量一定相等 3 在利用能量转化与守恒定律解题时 要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化或转移 分析初 末状态 确定 E增 E减各为多少 再由 E增 E减列式计算 案例1 2010 福建理综 如图所示 一定质量的理想气体密封在绝热 即与外界不发生热交换 容器中 容器内装有一可以活动的绝热活塞 今对活塞施以一竖直向下的压力F 使活塞缓慢向下移动一段距离后 气体的体积减小 若忽略活塞与容器壁间的摩擦力 则被密封的气体 填选项前的字母 A 温度升高 压强增大 内能减少B 温度降低 压强增大 内能减少C 温度升高 压强增大 内能增加D 温度降低 压强减小 内能增加 解析 本题考查热力学第一定律 一定质量气体温度 压强和体积的关系 容器绝热 活塞对气体做功 由热力学第一定律可知 气体内能增加 温度是分子平均动能的标志 且气体内能增加 故温度一定升高 对活塞进行受力分析p0S F p气S 可知 气体压强增大 C项正确 答案 C 即时巩固1 2010 广东理综 如图是密闭的气缸 外力推动活塞P压缩气体 对缸内气体做功800J 同时气体向外界放热200J 缸内气体的 A 温度升高 内能增加600JB 温度升高 内能减少200JC 温度降低 内能增加600JD 温度降低 内能减少200J 解析 根据热力学第一定律 气体内能增量 U W Q 800J 200J 600J 对于一定质量的理想气体 内能增加温度必然升高 故A选项正确 答案 A 案例2 2009 辽宁 宁夏理综 带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体 气体开始处于状态a 然后经过程ab到达状态b或经过程ac到状态c b c状态温度相同 如图所示 设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc 在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac 则 A pb pc Qab QacB pb pc QabQacD pb pc Qab Qac 答案 C 即时巩固2 一定质量的气体 从同一个初始状态经过一个压缩过程后体积减小为原来的一半 这个压缩过程可以是等温的或者是等压的 已知在等温压缩过程中 外界对气体做功为W1 气体向外放热为Q1 在等压压缩过程中 外界对气体做功为W2 气体向外放热为Q2 则 A W1 W2B W1 W2C Q1 W2D Q2 W2 解析 等温过程 U 0 由W1 Q1 0 得W1 Q1 等压过程中 体积减小 温度降低 内能减少 由W2 Q2 U 得Q2 W2 U 则Q2 W2 故D不对 作出两种情况下的p V图知 外界对气体做的功在数值上等于图线与V轴所围的面积 则W1 W2 B不对 因为W1 Q1 所以Q1 W2 C不对 答案 A 考点二两类永动机 热力学定律的理解1 两类永动机的比较 2 热力学过程方向性实例 技巧提示 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 热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能改变的定量关系 第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向 指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的 除非靠外界影响 所以二者相互联系 又相互补充 案例3 2011届 苏州测试 1 下列说法中正确的是 A 布朗运动的剧烈程度与温度有关 所以布朗运动也叫热运动B 彩色液晶显示屏是应用液晶在不同电场中对不同颜色的光吸收强度不同制成的C 能量退降说明能量在不断减少D 热力学第二定律也可以表述为 气体向真空的自由膨胀是可逆的 2 将剩有半杯热水的玻璃杯盖子旋紧后经过一段时间 若玻璃杯盖子不漏气 则杯内水蒸气饱和汽压及杯内气体压强分别 A 减小增大B 增大减小C 减小减小D 增大增大 3 如图汽缸放置在水平地面上 缸内封闭一定质量的理想气体 活塞横截面积为S 外界大气压强为p0 汽缸内电热丝热功率为P 测得通电时间t内活塞缓慢向左移动距离为h 汽缸向外界放出热量为Q 不计活塞与汽缸之间的摩擦 则在时间t内缸内气体内能的变化量为 A Pt QB Pt p0ShC Pt p0Sh QD p0Sh Q 解析 1 布朗运动是固体颗粒的运动 不是分子的运动 而热运动是分子永不停息无规则的运动 二者概念不同 A错 能量在数量上是守恒的 但其转移和转化却有方向性 能量退降说明有的能量散失后不能被回收利用了 C D错 本题选B 2 饱和汽压随温度而改变 温度升高 饱和汽压增大 温度降低 饱和汽压减小 热水经过一段时间后 温度降低 水蒸气饱和汽压减小 液体分子平均动能减小 单位时间内从液面飞出的分子数减小 杯内气体压强减小 本题选C 3 外界对系统做的总功为W Pt p0Sh 同时汽缸向外界放出热量为Q 根据热力学第一定律 可得出在时间t内缸内气体内能的变化量 U W Q Pt p0Sh Q 本题选C 答案 1 B 2 C 3 C 即时巩固3 如图所示为电冰箱的工作原理示意图 压缩机工作时 强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量 经过冷凝器时制冷剂液化 放出热量到箱体外 下列说法正确的是 A 热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界 是自发地将热量从低温物体传给高温物体C 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 解析 由热力学第二定律可知 热量不能自发地从低温物体传给高温物体 除非有外界的影响或帮助 电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部 需要压缩机的帮助并消耗电能 正确答案是C 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全