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熱 學(xué),第 十二 章,第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒定律,知識梳理自測,1．內(nèi)容 一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的________與外界對它所做功的和。,熱力學(xué)第一定律,熱量,2．表達(dá)式 ΔU＝________。 3．ΔU＝Q＋W的三種特殊情況 (1)絕熱過程：Q＝________，則__________，外界對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：ΔU＝________，則___________或____________，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。,Q＋W,0,W＝ΔU,0,Q＝ΔU,0,W＋Q＝0,W＝－Q,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,減少,1．內(nèi)容 能量既不會憑空________，也不會憑空________，它只能從一種形式________為另一種形式，或者從一個物體________到另一個物體，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)重視利用能源時對________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,消失,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,保持不變,品質(zhì)下降,環(huán)境,太陽能,思維診斷： (1)為了增加物體的內(nèi)能，必須對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，會發(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錯誤；氣體被壓縮，外界對氣體做功，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，所以分子的平均動能不可能為零，C錯誤；物體溫度升高時，其分子的平均動能增加，但并不是每一個分子的動能都增加，D錯誤。,BDE,[解析] 熱力學(xué)溫度與分子的平均動能成正比，分子熱運(yùn)動的平均動能不可能為零，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錯誤；物體體積增大時，分子間距增大，分子間勢能隨分子間距的增大而呈現(xiàn)先減后增的趨勢，故B錯誤；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，對物體做功，但是物體向外放熱大于外界對物體做功時，物體的內(nèi)能減小，D正確；物體中所有分子的熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和叫物體的內(nèi)能，E錯誤。,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Γ珹正確；由熱力學(xué)第一定律可知，當(dāng)W≠0，Q≠0時，ΔU＝W＋Q，ΔU可以等于0，B錯誤；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錯誤；物體從外界吸收熱量，若同時對外做功，如果對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,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．對公式ΔU＝Q＋W的符號的規(guī)定,對熱力學(xué)第一定律的理解,(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：W1＝－280J，Q1＝－410J，由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W1＋Q1＝－690J， 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，ΔU′＝690J。 由熱力學(xué)第一定律得ΔU′＝W2＋Q2，W2＝200J，得Q2＝490J，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 對一定質(zhì)量的理想氣體，由于無分子勢能，其內(nèi)能只包含分子無規(guī)則熱運(yùn)動的動能，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)。 3．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時，首先要明確研究對象是哪個物體或哪幾個物體組成的系統(tǒng)；其次要正確掌握公式的符號法則，對已知量，必須按符號法則確定它們的正負(fù)號后，再代入公式計算；對未知量，可先按正號代入公式，根據(jù)計算結(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，該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1； (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2。,〔類題演練 1 〕,答案：(1)W1＝0 ΔU1＝9J (2)ΔU2＝9J Q2＝3J [解析] (1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C過程，氣體發(fā)生等容變化，該氣體對外界做功W1＝0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W1＋Q1，內(nèi)能的增量ΔU1＝Q1＝9J (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ΔU2＝ΔU1＝9J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU2＝W2＋Q2 從外界吸收的熱量Q2＝ΔU2－W2＝3J,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。,3．兩類永動機(jī)的比較,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)動無序性增大的方向進(jìn)行，A錯誤；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，全部用來對外做功，C正確；第二類永動機(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)活塞停止上升時容器內(nèi)氣體的溫度T2； (2)密閉氣體內(nèi)能的增加量ΔU。,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 C．C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 2 〕,ADE,D．D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)時少 E．D狀態(tài)與A狀態(tài)，相等時間內(nèi)氣體分子對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 3 〕,答案：(1)87.5cmHg 93.5cmHg (2)放熱 [解析] (1)設(shè)氣體A的初態(tài)壓強(qiáng)為pA pA＋p柱＝p0 設(shè)末態(tài)時氣體A的長度為l′A l′A＝lA－Δl 氣體A發(fā)生等溫變化，有 pAlAS＝p′Al′AS 解得p′A＝87.5cmHg 設(shè)氣體B的末態(tài)壓強(qiáng)為p′B 得p′B＝p′A＋p柱＝93.5cmHg,(2)氣體B的初態(tài)：壓強(qiáng)為p0，長度為lB lB＝L－lA－l柱＝29cm 氣體B發(fā)生等溫變化，有 pBlBS＝p′Bl′BS 解得l′B＝23.6cm l′BlB，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,