(新課標(biāo))河南省高考物理總復(fù)習(xí)講義第講熱力學(xué)定律與能量守恒

第3

熱學(xué)律能守知識一熱學(xué)第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功；熱遞．2．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和．(2)表達(dá)式：Δ＝Q＋.3．＝W＋中、負(fù)號法則物理量意義WQ

ΔU符號＋－

外界對物體做功物體對外界做功

物體吸收熱量物體放出熱量

內(nèi)能增加內(nèi)能減少(1)內(nèi)能的變化與做功和熱傳遞有關(guān)，只確定一個因素不能判斷內(nèi)能增加或減少．(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律，一定弄清各物理量的符號．知識二熱力學(xué)第二定律及微觀意義1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自地從低溫物體傳到高溫物體．(2)開爾文表述可從單一庫吸收熱量之完全變成功不產(chǎn)生其他影響表述為“第二類永動機(jī)是不可能制成的．”2．用熵的概念表示熱力學(xué)第二律在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減(填“增大”或“減小”．3．熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行．知識三能量守恒定律和兩類永動機(jī)1．能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生也不會憑消失它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．2．能源的利用(1)存在能量耗散和品質(zhì)下降．(2)重視利用能源時對環(huán)境的影．1/8

(3)要開發(fā)新能(如陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水流能)3．兩類永動機(jī)(1)第一類永動機(jī)：不消耗任何量，卻源源不斷地對外做功的機(jī)器．違背能量守恒定律，因此不可能實(shí)現(xiàn)．(2)第二類永動機(jī)：從單一熱源收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化的機(jī)器．違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí).考點(diǎn)一熱學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用一、在Δ＝＋中W示做功情況，說明內(nèi)能和他形式的能可以相互轉(zhuǎn)化；Q表示吸熱或放熱的情況明能以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體＋W是能量守恒定律的具體體現(xiàn)．二、三種特殊情況1．若過程是絕熱的，則＝，W＝Δ，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．2．若過程中不做功，即＝，Q＝Δ，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加．3．若過程的始、末狀態(tài)物體的能不變，U＝，W＋＝或＝，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．—————[1個示例]—————(2013·北京高)下列說法正確()A．液體懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)稱為布朗運(yùn)動B．液體分子的無規(guī)則運(yùn)動稱為朗運(yùn)動C．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)一定增加D．物體對外界做功，其內(nèi)能一減少【解析】布運(yùn)動是顆粒的無則運(yùn)動，反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動，故正，B錯；根據(jù)熱力學(xué)第一定律＝＋，物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對外界做功，其內(nèi)能也不一定減少，故、D錯誤．【答案】A[備課記錄—————[1個預(yù)例]—————一定質(zhì)量的氣體，在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2過程中，吸收熱量280J，并對外做功120J，試問：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣變化？(2)如果這些氣體又返回原來的態(tài)，并放出了240熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做功多少？【解析】(1)由熱力學(xué)第一定可得Δ＝＋＝－120＋280＝160，體的內(nèi)能增加了160J.(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有，所以氣體從狀態(tài)回到態(tài)1的過程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從狀態(tài)1到態(tài)2的程內(nèi)能的變化，則從狀態(tài)2到狀態(tài)1的能應(yīng)減少J，即′＝－J，又′＝－240J，根熱力學(xué)第一定律得：Δ′＝′＋′所以′＝ΔU′－′＝－160－－240J)＝J，即外界對體做功80J.【答案】(1)增加了160J(2)界對氣體做功80J2/8

熱不能自發(fā)傳給量熱．不熱不能自發(fā)傳給量熱．不自發(fā)收縮到不能自發(fā)分離成考點(diǎn)二熱學(xué)第二定律的理解和應(yīng)用一、在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的含義1．“自發(fā)地”指明了熱傳遞等力學(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”的含義發(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．二、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揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性而人們認(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．三、熱力學(xué)過程方向性實(shí)例熱量能自發(fā)傳給1．高溫物體低溫物體．2．功

能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)化為能自發(fā)膨脹到3．氣體體積V氣體積(較大．能自發(fā)混合成4．不同氣體A和B混合氣體AB—————[1個示例]—————如圖11－3－所中汽缸內(nèi)盛定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的不漏氣現(xiàn)活塞桿與外界連接使緩慢地向右移動氣將等溫膨脹并通過桿對外做功知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正的()圖11－－A．氣體是從單一熱源吸熱，全來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律B．氣體從單一熱源吸熱，但并全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D．A、、三說法都不對【解析】熱學(xué)第二定律從機(jī)能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來描述是可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功不引起其他變化本題中如果沒有外界的幫助如外力拉動活塞桿使活塞向右移動氣體膨脹對外做功導(dǎo)致氣體溫度略微降低是不可能從外界吸收熱量的即一過程然是氣體從單一熱源吸熱用來對外做功但起了其他變化，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律．【答案】C—————[1個預(yù)例]—————(多選)(2012·新課標(biāo)全國高)關(guān)熱力學(xué)定律，下列說法正確的()A．為了增加物體的內(nèi)能，必須物體做功或向它傳遞熱量B．對某物體做功，必定會使該體的內(nèi)能增加C．可以從單一熱源吸收熱量，之完全變?yōu)楣．不可能使熱量從低溫物體傳高溫物體E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程不可逆過程【解析】根熱力學(xué)第一定律＝＋WA正確B錯根熱力學(xué)第二定律、E正，錯誤．【答案】ACE3/8

hThT考點(diǎn)三熱學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用—————[1個示例]—————圖11－－12·東高考如11－－所，粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U型豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長l＝20cm(視為理想氣)，兩管中水銀面等高現(xiàn)將右端與一低壓(未接通定后右管水銀面高出左管水銀面h＝10環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)＝cmHg)(1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用cmHg”作單)．(2)此過程中左管內(nèi)的氣體對外_______(填做正功”負(fù)”或“不做功”，氣體將_______(填吸熱”或“放熱”．【解析】(1)設(shè)U型橫截面為S，右端與大氣相通時左管封閉氣體壓強(qiáng)為p右端與一低壓艙接通后左管中閉氣體的壓強(qiáng)為氣長度為l穩(wěn)后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)為p.左管中封閉氣體發(fā)生等變化，根據(jù)玻意耳定律得pV＝V①p②p＋③V④V⑤由幾何關(guān)系得h＝－)聯(lián)立①②③④⑤⑥式，代入數(shù)據(jù)得＝cmHg.⑦(2)左管內(nèi)氣體膨脹，氣體對外界做正功，溫度不變ΔU＝，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔUQ＋且＜0，所以Q＝－＞，氣體將吸熱．【答案】(1)50(2)做功吸—————[1個預(yù)例—————如圖11－3－，積為V、內(nèi)壁滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4、壓強(qiáng)為1.2p的想氣體和T圖11－－分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度．已知：氣體內(nèi)能U溫度T的系為＝αα為的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的．求：(1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡的體積；(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)體放出的熱量.【解析】(1)在氣體由＝1.2下降p的過程中，氣體體積變，溫度由＝2.4變?yōu)門，Tp由查理定律得＝在氣體溫度由T變T的程中，體積由減小V，體壓強(qiáng)變，4/8

VTVVTV2由蓋—呂薩克定律得＝，得1VV2(2)在活塞下降過程中，活塞對體做的功為W＝(－)在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少量為Δ＝α(－)由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為Q＝＋Δ，1解得＝pVαT211【答案】(1)V(2)V＋α22(1)理想氣體無分子勢能，只有子動能，一定質(zhì)量的氣體，其內(nèi)能只取決于溫度，而與體積無關(guān)．pVpV(2)在氣體狀態(tài)變化過程中狀態(tài)參()遵循理想氣體狀態(tài)方程＝(TpV＝常)斷體的內(nèi)能的變化只需分析氣體的溫度升(或降低)能大或T減小)．(3)由氣體體積變化情況分析做情況體體積增大氣對外做功氣體積減小，外界對氣體做功．然后由熱力學(xué)第一定律Δ＝＋確定熱量Q正、負(fù)，判出吸熱、放熱.1．物體的內(nèi)能增加了20J，下說法中正確的()A．一定是外界對物體做了20J的B．一定是物體吸收了20J的熱C．一定是物體分子動能增加了20D．物體的分子平均動能可能不【解析】做和熱傳遞都可以變物體內(nèi)能，物體內(nèi)能改變20J，其方式是不確定的，因此A、錯．而物體內(nèi)包括所有分子的平均動能和勢能，內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動能、勢能三者決定，因此答案C錯誤．物體內(nèi)能增加J溫可能不變，故平均動能可能不變，正．【答案】D2．(多選)關(guān)于第二類永動機(jī)，列說法正確的()A．沒有冷凝器，只有單一的熱，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動機(jī)B．第二類永動機(jī)違反了能量守定律，所以不可能制成C．第二類永動機(jī)不可能制成，明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．第二類永動機(jī)不可能制成，明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時不引起其他變化【解析】根第二類永動機(jī)的義可知A選項(xiàng)正確二類永動機(jī)不違反能量守恒定5/8

VV律，而是違反熱力學(xué)第二定律以B項(xiàng)錯誤機(jī)能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C項(xiàng)錯誤D選項(xiàng)正確．【答案】AD3．若一氣泡從湖底上升到湖面過程中溫度保持不變，則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說法中正確的是()A．氣體分子間的作用力增大B．氣體分子的平均速率增大C．氣體分子的平均動能減小D．氣體組成的系統(tǒng)的熵增加【解析】考?xì)怏w分子間作用時，若分子力是引力，分子間距從大，則分子力先增大后減小A錯．氣泡升過程中溫度不變，分子平均動能不變，分子平均速率也不變，、錯．氣泡上升過程中體積膨脹，分子勢能增加，內(nèi)能增大，而對外做功，故氣體一定吸收熱量，又因?yàn)闇夭蛔?，故其熵必增加D正確【答案】D4．(2011·福建高)一定量的想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5×10J，氣體對外界做功1.0×10J，則該理想氣體()A．溫度降低，密度增大B溫度降低，密度減小C．溫度升高，密度增大D．溫升高，密度減小【解析】由ΔUW＋可理想氣體內(nèi)能變化ΔU＝－1.0×10J＋2.5×10J＝1.5×10J>0，溫度升高B項(xiàng)均錯．因?yàn)闅怏w對外做功，所以氣體一定膨脹，體積m變大，由ρ＝可密度變小，C項(xiàng)誤D項(xiàng)正．【答案】D5．如圖11－－是閉的汽缸，外力推動活塞壓氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J，若同時氣體向外界放熱200，內(nèi)氣體()圖11－－A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200J【解析】對定質(zhì)量的氣體，熱力學(xué)第一定律ΔU＝＋可，Δ＝800J＋－200＝600J，ΔU為表示內(nèi)能增加了600，對氣體來說，分子間距較大，分子勢能為零，內(nèi)能等于所有分子動能的和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動能增加，溫度升高，選A正確．【答案】A6．(多選)(2011·大綱全國高)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的()A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)為功B．氣體體積增大時，其內(nèi)能一減少C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)一定增加D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能能減少【解析】由力學(xué)第二定律知收的熱不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為功通其他方法可以全部轉(zhuǎn)化為功，故正確；氣體體積增大，對外做功，若同時伴隨有吸熱，其內(nèi)能不一定減少，錯；氣體從外界吸熱，若同時伴隨有做功，其內(nèi)能不一定增加C錯；外界對氣體做功，同時氣體放熱，其內(nèi)能可能減少D確．【答案】AD6/8

7．(2013·山東高)下列關(guān)于現(xiàn)象的描述正確的一項(xiàng)()A．根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機(jī)的效可以達(dá)到100%B．做功和熱傳遞都是通過能量化的方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的C．溫度是描述熱運(yùn)動的物理量一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同D．物體由大量分子組成，其單分子的運(yùn)動是無規(guī)則的，大量分子的運(yùn)動也是無規(guī)律的【解析】根熱力學(xué)第二定律知機(jī)不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，因此，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%選項(xiàng)錯；做功是通過能量的轉(zhuǎn)化改變系統(tǒng)的能，熱傳遞是通能量轉(zhuǎn)移改變系統(tǒng)的內(nèi)能，選項(xiàng)B錯；溫度是表示熱運(yùn)動的物理量熱遞過程中達(dá)熱平衡時溫度相同選正單分子的運(yùn)動是無規(guī)則的，大量分子的運(yùn)動表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)規(guī)律，選項(xiàng)D錯誤．【答案】C8．(2012·廣東高)景頗族的先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖113－所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃．對筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中()圖11－－A．氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變B．氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大C．氣體對外界做正功，氣體內(nèi)增加D．外界對氣體做正功，氣體內(nèi)減少【解析】筒內(nèi)封閉氣體被壓縮程中，外界對氣體做正功．由熱力學(xué)第一定律＝pVW＋知?dú)怏w能增加溫升高由理想氣體狀態(tài)方程＝知?dú)怏w壓強(qiáng)增大選A、TC、錯誤選項(xiàng)B正確【答案】B9．(多選)(2013·新課標(biāo)全國卷關(guān)于一定量的氣體，下列說法正確的()A．氣體的體積指的是該氣體的子所能到達(dá)的空間的體積，而不是該氣體所有分子體積之和B．只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動劇烈程度，氣體的溫度就可以降低C．在完全失