高中物理教科版3第五章能源與可持續(xù)性發(fā)展

章末分層突破[自我校對]①Q(mào)＋W②不可制成的③方向④克勞修斯⑤開爾文⑥小于⑦不可制成的⑧增⑨高⑩低?溫室?超導?太陽?風熱力學第一定律與能量守恒熱力學第一定律是能量守恒定律在熱學中的具體表現(xiàn)形式．它給出了做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等價的．1．熱力學第一定律揭示了內(nèi)能的增量(ΔU)與外界對物體做的功(W)和物體從外界吸收的熱量(Q)之間的關(guān)系，即ΔU＝W＋Q，正確理解公式的意義及符號的含義是解決本類問題的關(guān)鍵．(1)外界對物體做功，W＞0；物體對外界做功，W＜0；(2)物體從外界吸熱，Q＞0；物體向外界放熱，Q＜0；(3)ΔU＞0，物體的內(nèi)能增加；ΔU＜0，物體的內(nèi)能減少．解題思路：分析題干，確定改變內(nèi)能的方式(W、Q)→判斷W、Q的符號→代入公式ΔU＝W＋Q→得出結(jié)論eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔU＞0，則內(nèi)能增加|ΔU|，,ΔU＜0，則內(nèi)能減少|(zhì)ΔU|.))2．注意的問題(1)只有絕熱過程時Q＝0，ΔU＝W，用做功可判斷內(nèi)能的變化．(2)只有在氣體體積不變時，W＝0，ΔU＝Q，用吸熱、放熱情況可判斷內(nèi)能的變化．(3)若物體內(nèi)能不變，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和熱量符號相反，大小相等，因此判斷內(nèi)能變化問題一定要全面考慮．(4)對于氣體，做功W的正負一般要看體積變化，氣體體積縮小，W＞0；氣體體積增加，W＜0.如圖5-1所示的圓柱形容器內(nèi)用活塞密封一定質(zhì)量的氣體，已知容器橫截面積為S.活塞重為G，大氣壓強為p0.若活塞固定，密封氣體溫度升高1℃，需吸收的熱量為Q1；若活塞不固定，且可無摩擦滑動，仍使密封氣體溫度升高1℃，需吸收的熱量為Q2.圖5-1問Q1和Q2哪個大些？氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容為什么會不同？【解析】設(shè)密閉氣體溫度升高1°C，內(nèi)能的增量為ΔU，則有ΔU＝Q1 ①ΔU＝Q2＋W ②因氣體體積膨脹，W＜0，故Q1<Q2由此可見，質(zhì)量相等的同種氣體，在定容和定壓兩種不同情況下，盡管溫度變化相同，但吸收的熱量不同，所以同種氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容是不同的．【答案】Q1＜Q2見解析應(yīng)用熱力學定律和能量守恒時的步驟(1)認清有多少種形式的能(例如動能、勢能、內(nèi)能、電能、化學能、光能等)在相互轉(zhuǎn)化．(2)分別寫出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式．(3)列出能量守恒方程：ΔE減＝ΔE增．熱力學第二定律及其應(yīng)用1.熱力學第二定律的兩種表述(1)按照熱傳遞的方向性表述為：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．這是熱力學第二定律的克勞修斯表述．(2)按照機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述為：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．這是熱力學第二定律的開爾文表述．2．熱力學第二定律的微觀意義(1)一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行．(2)用熵來表示熱力學第二定律：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減?。?．分析問題的方法(1)熱力學第二定律的本質(zhì)是對宏觀自然過程進行方向的說明．(2)凡是對這種宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述．(3)對熱力學第二定律的各種表述都是等效的．關(guān)于熱力學定律，下列說法正確的是()A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對物體做功或向它傳遞熱量B．對某物體做功，必定會使該物體的內(nèi)能增加C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程【解析】改變內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞兩種，所以為了增加物體的內(nèi)能，必須對物體做功或向它傳遞熱量，選項A正確；對物體做功的同時向外界放熱，則物體的內(nèi)能可能不變或減小，選項B錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，在對外界有影響的前提下，可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γx項C正確；在有外界做功的條件下，可以使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，選項D錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，選項E正確．【答案】ACE能源對環(huán)境的影響1.二氧化碳的排放與溫室效應(yīng)大量燃燒石油、煤炭、天然氣等產(chǎn)生的二氧化碳氣體，增大了大氣中二氧化碳的含量，由于二氧化碳對長波的輻射有強烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一樣，只準太陽光的熱輻射進來，不讓室內(nèi)長波熱輻射出去，使地球氣溫上升，這種效應(yīng)叫“溫室效應(yīng)”．溫室效應(yīng)使兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化．2．酸雨的成因、危害及防止(1)成因：大氣中酸性污染物質(zhì)，如二氧化硫、氮氧化物等，在降水過程中溶入雨水，使其成為酸雨．(2)危害：酸雨影響人的健康，危害生態(tài)系統(tǒng)，使土壤酸化和貧瘠，腐蝕建筑和藝術(shù)品等．(3)防止：①健全法規(guī)，強化管理，控制排放．②發(fā)展清潔煤技術(shù)，減少燃燒過程中二氧化硫的排放．③通過改造發(fā)動機，安裝汽車尾氣凈化裝置，用無鉛汽油代替含鉛汽油等手段，控制汽車尾氣排放．二氧化碳對長波輻射有強烈的吸收作用，行星表面發(fā)出的長波輻射到大氣以后被二氧化碳截獲，最后使大氣升溫，大氣中的二氧化碳像暖房的玻璃一樣，只準太陽的輻射進來，卻不讓室內(nèi)的長波熱輻射出去，大氣中的二氧化碳的這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)．這是目前科學界對地球氣候變暖進行分析的一種觀點，根據(jù)這種觀點，以下說法成立的是()A．在地球形成的早期，火山活動頻繁，排出大量的二氧化碳，當時地球的氣溫很高B．經(jīng)過漫長的年代，地殼的巖石和氣體二氧化碳發(fā)生化學反應(yīng)，導致二氧化碳減少，地球上出現(xiàn)了生命C．由于工業(yè)的發(fā)展和人類的活動，導致二氧化碳在空氣中的含量增大，地球上的氣溫正在升高D．現(xiàn)在地球正在變暖的原因是工業(yè)用電和生活用電的急劇增加，使電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能E．由于人口劇增，呼出的二氧化碳增多【解析】地球形成的早期，地殼不如現(xiàn)在牢固，地球不如現(xiàn)在穩(wěn)定，火山活動頻繁，符合地質(zhì)的發(fā)展規(guī)律．由于火山的噴發(fā)，排出大量的二氧化碳，這是必然的現(xiàn)象，進而導致當時地球的氣溫很高．地球上的巖石由于多種原因，其中包括巖石中的礦物成分與水、氧氣、二氧化碳發(fā)生化學反應(yīng)，使巖石進一步分化，最后形成土壤，二氧化碳減少，形成了適合生命生存的條件．由于工業(yè)的發(fā)展和人類的活動，大量地使用常規(guī)能源，導致二氧化碳在空氣中的含量增大，地球上的氣溫正在升高．生活用電和工業(yè)用電是電能和其他形式的能的轉(zhuǎn)變，會產(chǎn)生熱．故E錯誤，其他四個選項都很正確，但就溫室效應(yīng)這一觀點而言，A、B、C較準確．【答案】ABC1.(2023·全國甲卷)關(guān)于熱力學定律，下列說法正確的是()A．氣體吸熱后溫度一定升高B．對氣體做功可以改變其內(nèi)能C．理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D．熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E．如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡【解析】根據(jù)熱力學定律，氣體吸熱后如果對外做功，則溫度不一定升高，說法A錯誤；改變物體內(nèi)能的方式有做功和傳熱，對氣體做功可以改變其內(nèi)能，說法B正確；理想氣體等壓膨脹對外做功，根據(jù)eq\f(pV,T)＝恒量知，膨脹過程一定吸熱，說法C錯誤；根據(jù)熱力學第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，說法D正確；兩個系統(tǒng)達到熱平衡時，溫度相等，如果這兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡，說法E正確．故選B、D、E.【答案】BDE2．(2023·全國乙卷)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖5-2所示，其中對角線ac的延長線過原點O.下列判斷正確的是()【導學號：74320231】圖5-2A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B．氣體在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功【解析】由ac的延長線過原點O知，直線Oca為一條等容線，氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，選項A正確；理想氣體的內(nèi)能由其溫度決定，故在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時的內(nèi)能，選項B正確；過程cd是等溫變化，氣體內(nèi)能不變，由熱力學第一定律知，氣體對外放出的熱量等于外界對氣體做的功，選項C錯誤；過程da氣體內(nèi)能增大，從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功，選項D錯誤；由理想氣體狀態(tài)方程知：eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)＝eq\f(pcVc,Tc)＝eq\f(pdVd,Td)＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.設(shè)過程bc中壓強為p0＝pb＝pc，過程da中壓強為p′0＝pd＝pa.由外界對氣體做功W＝p·ΔV知，過程bc中外界對氣體做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，過程da中氣體對外界做的功Wda＝p′0(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，選項E正確(此選項也可用排除法直接判斷更快捷)．【答案】ABE3．(2023·全國丙卷)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同B．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時，內(nèi)能可能不變D．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內(nèi)能一定增加【解析】氣體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積決定，質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能可能不同，說法A錯誤；內(nèi)能與物體的運動速度無關(guān)，說法B錯誤；氣體被壓縮時，同時對外傳熱，根據(jù)熱力學第一定律知內(nèi)能可能不變，說法C正確；一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，說法D正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，一定量的某種理想氣體在壓強不變的情況下，體積變大，則溫度一定升高，內(nèi)能一定增加，說法E正確．【答案】CDE4．(2023·江蘇高考)如圖5-3所示，在A→B和D→A的過程中，氣體放出的熱量分別為4J和20J．在B→C和C→D的過程中，氣體吸收的熱量分別為20J和12J．求氣體完成一次循環(huán)對外界所做的功．圖5-3【解析】完成一次循環(huán)氣體內(nèi)能不變，ΔU＝0，吸收的熱量Q＝(20＋12－4－20)J＝8J，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8J，氣體對外界所做的功為8J.【答案】8J5．(2023·福建高考改編)如圖5-4所示，一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達狀態(tài)c.設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則它們的大小關(guān)系為________．圖5-4【解析】由理想氣體狀態(tài)方程可知eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pcVc,Tc)＝eq\f(pbVb,Tb)，即eq\f(2p0·V0,Tc)＝eq\f(p0·2V0,Tb)，得Tc＝Tb，則氣體在b、c狀態(tài)內(nèi)能相等，因a到b和a到c的ΔU相同；而a到c過程中氣體體積不變，W＝0，a到b過程中氣體膨脹對外做功，W＜0，根據(jù)熱力學第一定律：ΔU＝Q＋W可知a到b的吸熱Qab大于a到c的吸熱Qac，即Qab＞Qac.【答案】Tc＝TbQab>Qac我還有這些不足：(1)