熱學(xué)熱學(xué)第 十二 章第第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律講熱力學(xué)定律與能量守恒定律1 1知 識(shí) 梳 理 自 測(cè)知 識(shí) 梳 理 自 測(cè)2 2核 心 考 點(diǎn) 突 破核 心 考 點(diǎn) 突 破3 32 2 年 高 考 模 擬年 高 考 模 擬知識(shí)梳理自測(cè)知識(shí)梳理自測(cè) 1內(nèi)容 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的_與外界對(duì)它所做功的和。熱力學(xué)第一定律 熱量熱量 2表達(dá)式 U_。 3UQW的三種特殊情況 (1)絕熱過程：Q_，則_，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。 (2)等容過程：W_，則_，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。 (3)等溫過程：U_，則_或_，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。QW 0WU 0QU 0WQ0 WQ 1兩種表述 (1)克勞修斯表述(按熱傳導(dǎo)的方向性表述)：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。 (2)開爾文表述(按機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述)：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不_。熱力學(xué)第二定律 引起其他影響引起其他影響 減少 1內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空_，也不會(huì)憑空_，它只能從一種形式_為另一種形式，或者從一個(gè)物體_到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量_。 2能源的利用 (1)存在能量耗散和_。 (2)重視利用能源時(shí)對(duì)_的影響。 (3)要開發(fā)新能源(如_、生物質(zhì)能、風(fēng)能等)。能量守恒守恒 產(chǎn)生產(chǎn)生 消失消失 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 保持不變保持不變 品質(zhì)下降品質(zhì)下降 環(huán)境環(huán)境 太陽能太陽能 思維診斷： (1)為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量，做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的。() (2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能可能不變。() (3)在給自行車打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰帷?) (4)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功。()B 解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在可以引起其他變化的情況下，熱量可以由低溫物體向高溫物體傳遞，A錯(cuò)誤；氣體被壓縮，外界對(duì)氣體做功，如果氣體向外放熱，內(nèi)能可能不變，可能增加，也可能減少，B正確；分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，所以分子的平均動(dòng)能不可能為零，C錯(cuò)誤；物體溫度升高時(shí)，其分子的平均動(dòng)能增加，但并不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增加，D錯(cuò)誤。BDE 解析熱力學(xué)溫度與分子的平均動(dòng)能成正比，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不可能為零，制冷機(jī)的制冷溫度不可以降到273以下，故A錯(cuò)誤；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱機(jī)的效率不可以達(dá)到100%，故C錯(cuò)誤；不可能從單一熱源吸熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，即第二類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，故D正確；做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，無論科技怎樣發(fā)展，都無法判斷一溫度升高的物體是通過做功還是熱傳遞實(shí)現(xiàn)的，故E正確。CD 解析用打氣筒給自行車打氣需用力向下壓活塞，是氣體壓強(qiáng)作用的緣故，不是分子力的效果，A錯(cuò)誤；物體體積增大時(shí)，分子間距增大，分子間勢(shì)能隨分子間距的增大而呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，故B錯(cuò)誤；在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對(duì)物體做功，但是物體向外放熱大于外界對(duì)物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能減小，D正確；物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫物體的內(nèi)能，E錯(cuò)誤。ACE 解析在引起其他變化的情況下，從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?，A正確；由熱力學(xué)第一定律可知，當(dāng)W0，Q0時(shí)，UWQ，U可以等于0，B錯(cuò)誤；空調(diào)機(jī)在制冷過程中消耗了電能，總體上是放出熱量，C正確；熱量可以由低溫物體傳給高溫物體，D錯(cuò)誤；物體從外界吸收熱量，若同時(shí)對(duì)外做功，如果對(duì)外做的功大于從外界吸收的熱量，則物體的內(nèi)能減少，E正確。核心考點(diǎn)突破核心考點(diǎn)突破 1熱力學(xué)第一定律的理解 不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。 2對(duì)公式UQW的符號(hào)的規(guī)定對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 符號(hào)WQU外界對(duì)物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加物體對(duì)外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少(1)ACB過程中氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？(2)BDA過程中氣體吸收還是放出多少熱量？ 解析(1)ACB過程中：W1280J，Q1410J，由熱力學(xué)第一定律得UW1Q1690J， 氣體內(nèi)能的減少量為690J。 (2)因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，氣體由狀態(tài)ACB過程至狀態(tài)B，又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，整個(gè)過程內(nèi)能變化為0，從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，U690J。 由熱力學(xué)第一定律得UW2Q2，W2200J，得Q2490J，即吸收熱量490J。 答案：(1)減少減少量為690J(2)吸收熱量490J 2理想氣體內(nèi)能變化情況的判定方法 對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，由于無分子勢(shì)能，其內(nèi)能只包含分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)。 3應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)，首先要明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或哪幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)；其次要正確掌握公式的符號(hào)法則，對(duì)已知量，必須按符號(hào)法則確定它們的正負(fù)號(hào)后，再代入公式計(jì)算；對(duì)未知量，可先按正號(hào)代入公式，根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正負(fù)，確定問題的答案。 (1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對(duì)外界做的功W1和其內(nèi)能的增量U1； (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量U2及其從外界吸收的熱量Q2。類題演練類題演練 1 答案：(1)W10U19J(2)U29JQ23J 解析(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C過程，氣體發(fā)生等容變化，該氣體對(duì)外界做功W10 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UW1Q1，內(nèi)能的增量U1Q19J (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程，氣體體積減小，溫度升高，該氣體內(nèi)能的增量U2U19J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有U2W2Q2 從外界吸收的熱量Q2U2W23J 1熱力學(xué)第二定律的理解 (1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。 (2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。 2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解 特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的絕熱膨脹過程。 3兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成BCE 解析由熵增加原理知，一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的實(shí)際宏觀過程是不可逆過程，B正確；在外界的影響下，氣體可以從單一熱源吸收熱量，全部用來對(duì)外做功，C正確；第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，D錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但是不可能不引起其他變化，E正確。 解答該類問題的流程：熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合 (1)活塞停止上升時(shí)容器內(nèi)氣體的溫度T2；(2)密閉氣體內(nèi)能的增加量U。 答案：(1)294K(2)29.8J A由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中，氣體吸收熱量 B由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中，氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加 CC狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)小于D狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)類題演練類題演練 2 ADE DD狀態(tài)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)時(shí)少 ED狀態(tài)與A狀態(tài)，相等時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)器壁單位面積的沖量相等 (1)氣體A、B末狀態(tài)的壓強(qiáng)； (2)試分析此過程中B氣體是吸熱還是放熱？類題演練類題演練 3 答案：(1)87.5cmHg93.5cmHg(2)放熱 解析(1)設(shè)氣體A的初態(tài)壓強(qiáng)為pA pAp柱p0 設(shè)末態(tài)時(shí)氣體A的長度為lA lAlAl 氣體A發(fā)生等溫變化，有 pAlASpAlAS 解得pA87.5cmHg 設(shè)氣體B的末態(tài)壓強(qiáng)為pB 得pBpAp柱93.5cmHg (2)氣體B的初態(tài)：壓強(qiáng)為p0，長度為lB lBLlAl柱29cm 氣體B發(fā)生等溫變化，有 pBlBSpBlBS 解得lB23.6cm lBlB，氣體B的變化是等溫壓縮 由熱力學(xué)第一定律可知：氣體B要放熱