熱 力 學(xué) 定 律.doc

熱 力 學(xué) 定 律一、考綱解讀77、做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的 兩種方式78、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律要求定量計算79、熱力學(xué)第二定律 80、能源與環(huán)境 81、能源的開發(fā)與應(yīng)用 大綱對熱力學(xué)定律這一章的內(nèi)容要求較高，其中熱力學(xué)第一定律為級要求，在2008年的江蘇高考中選修3-3中第1題即為熱力學(xué)第一定律，而且本章內(nèi)容容易和能量守恒定律相結(jié)合，有助于學(xué)生對動力學(xué)問題的理解，在復(fù)習(xí)時要引起足夠重視。二、命題趨勢 本章學(xué)習(xí)熱力學(xué)中最基本的兩條定律，與第七章分子動理論構(gòu)成宏觀和微觀理論中基礎(chǔ)的兩部分內(nèi)容，其中熱力學(xué)第一定律是能量的定律，熱力學(xué)第二定律是有關(guān)宏觀過程進行方向的規(guī)律。第一定律可能仍然以計算的形式出現(xiàn)，而本章的其他內(nèi)容會以定性分析即以選擇題的形式出現(xiàn)。三、教材內(nèi)容及重難點剖析(一)、功和內(nèi)能1.做功可以改變物體的內(nèi)能：（1）舉例：用鋸條鋸木頭時，我們克服摩擦力做功， 鋸條和木頭的溫度升高，內(nèi)能增加，用攪拌器 在水中攪拌做功，可以使水溫升高，內(nèi)能增加；（2） 對物體做功，物體的內(nèi)能增加。（3）如果物體對外做功，內(nèi)能減少。2.熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能（1）舉例：灼熱的火爐使它和周圍的物體內(nèi)能增加；放在 室內(nèi)的一杯熱水不斷散熱，內(nèi)能減少；（2）沒有做功而使物體內(nèi)能改變的物理過程叫做熱傳遞.（3）物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少.3、做功和熱傳遞的區(qū)別（1）做功改變內(nèi)能：實質(zhì)上是其它形式的能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化（2）熱傳遞：實質(zhì)上是各物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（3）做功和熱傳遞在改變內(nèi)能效果上是等效的4.內(nèi)能改變的量度：（1）利用做功的方式改變物體的內(nèi)能時，對物體做了多少功， 物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外做了多少功，物體的 內(nèi)能就減少多少.所以功是物體內(nèi)能改變的量度.（2）利用熱傳遞方式改變物體的內(nèi)能時，物體吸收多少熱量， 內(nèi)能就增加多少，物體放出多少熱量，內(nèi)能就減少多少. 所以熱量是物體內(nèi)能改變的量度.（3）關(guān)于熱傳遞和做功對改變物體內(nèi)能的等效性： 舉例：一根鋸條，它的溫度升高，內(nèi)能增加，我們可以 對它做功，也可以使它吸收熱量. 分析：兩種方式不同，得到的結(jié)果卻相同，除非事先知 道：我們是無法區(qū)分是哪種方式使這根金屬棒的內(nèi)能增 加的. 得到：做功和熱傳遞對改變物體內(nèi)能是等效的.(二)、熱力學(xué)第一定律能量守恒定律一、.熱力學(xué)第一定律1.內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向 它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。 這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。2、數(shù)學(xué)表達式為：U=W+Q3、符號法則做功W熱量Q內(nèi)能的改變U取正值“+”外界對系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加取負值“”系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少4、熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。 5、應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟：根據(jù)符號法則寫出各已知量（W、Q、U）的正、 負；根據(jù)方程U=W+Q求出未知量；再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負來確定吸熱、放熱情況 或做功情況。二.能量守恒定律1.能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，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)移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。 2、熱力學(xué)第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。 3、能量守恒定律的重要意義第一、切實樹立能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會 憑空消失的觀點。第二，宣告了第一類永動機的失敗。4、永動機不可能制成（1）永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機.人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機. （2）根據(jù)能量守恒定律，任何一部機器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機是不可能制成的.三、熱力學(xué)第二定律 1.可逆與不可逆過程（1）.熱傳導(dǎo)的方向性熱傳導(dǎo)的過程可以自發(fā)地由高溫物體向低溫物體進行，但相反方向卻不能自發(fā)地進行，即熱傳導(dǎo)具有方向性，是一個不可逆過程。(2).說明：“自發(fā)地”過程就是在不受外來干擾的條件下進行的自然過程。熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對其做功才能完成。電冰箱、空調(diào)就是例子。2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。.開爾文表述：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。3.熱機（1）、熱機是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。其原理 是熱機從熱源吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。（2）由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2（3）我們把熱機做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機效率，用表示，即=4.第二類永動機.設(shè)想：只從單一熱源吸收熱量，使之完全 變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C。.第二類永動機不可能制成，表示盡管機械 能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能 全部轉(zhuǎn)化成機械能而不引起其他變化； 機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。四、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 1、有序和無序 宏觀態(tài)和微觀態(tài)2、熵 增加原理一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展。因此熱力學(xué)第二定律也叫做熵增加原理。3、熱力學(xué)第二定律的微觀 意義一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行。五、能源和可持續(xù)發(fā)展1.能量耗散集中度較高且有序度較高的能量（如機械能,電能 、化學(xué)能等），當它們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后，就成為更加分散且無序度更大的能量，我們無法把這些分散的內(nèi)能重新收集起來加以利用，這樣的轉(zhuǎn)化過程叫做能量耗散。2.能量品質(zhì)降低各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是領(lǐng)域內(nèi)無序程度較小向無序程度較大的轉(zhuǎn)化，是能夠自動發(fā)生，全額發(fā)生的。而內(nèi)能向機械能的轉(zhuǎn)化過程，是有條件的，即環(huán)境中必須存在著溫度差，而且內(nèi)能不能全額轉(zhuǎn)化為機械能。因此，從可被利用的價值來看，內(nèi)能較之機械能，內(nèi)能等是一種低品質(zhì)的能量。3、節(jié)約能源 能量耗散雖然不會使能的總量不會減少，卻會導(dǎo)致能的品質(zhì)降低，它實際上將能量從可用的形式降級為不大可用的形式，煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時候，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。故能量雖然不會減少但能源會越來越少，所以要節(jié)約能源。4、常規(guī)能源 三種常規(guī)能源是：煤、石油、天然氣。 石油和煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中的二氧化碳的含量，產(chǎn)生了溫室效應(yīng)，引發(fā)了一系列問題，如：兩級的冰雪融化，海平面上升，海水倒灌，耕地鹽堿化、這些都是自然對人類的報復(fù)。還有一些問題，如：煤燃燒時形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水形成”酸雨“。5、開發(fā)和利用新能源新能源主要指太陽能、生物能、風(fēng)能、水能等。這些能源一是取之不盡、用之不竭，二是不會污染環(huán)境等等。六、典例分析例1、金屬制成的汽缸中裝有柴油與空氣的混合物，有可能使汽缸中的柴油達到燃點的過程是（ A） A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞C.緩慢向里推活塞 D.緩慢向外拉活塞例2.一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是 （ ） A.W=8104J，U =1.2105J ，Q=4104J B.W=8104J，U =1.2105J ，Q=2105J C.W=8104J，U =1.2105J ，Q=2104J D.W=8104J，U =1.2105J ，Q=4104J解析：本題主要考查熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8104J；內(nèi)能減少，U取負值，即U=1.2105J；根據(jù)U=W+Q，可知Q=UW=1.21058104=2105J，即B選項正確。 答案：B例3.一定質(zhì)量的氣體，在壓縮過程中外界對氣體做功300J，但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問氣體在此過程中是吸熱還是放熱？吸收（或放出）多少熱量？解析：由題意可知，W=300J，U=300J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得 Q=UW=300J300J=600JQ為負值表示氣體放熱，因此氣體放出600J的熱量。 例4. 一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2105J的熱量，同時氣體對外做了6105J的功，問： （1）物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？（2）分子勢能是增加還是減少？（3）分子的平均動能是增加還是減少？解析：（1）氣體從外界吸熱為：Q=4.2105J 氣體對外做功：W=6105J 由熱力學(xué)第一定律：U=W+Q=（6105）+（4.2105J）=1.8105J U為負，說明氣體的內(nèi)能減少了。所以，氣體內(nèi)能減少了1.8105J。（2）因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力 做負功，氣體分子勢能增加了。（3）因為氣體內(nèi)能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能 一定減少了。例5、下列說法中正確的是：A理想氣體吸收熱量內(nèi)能一定增加B第二類永動機不可能制造成功是因為能量不會憑 空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移 到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。C根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫 物體傳到高溫物體D從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的例6、 下列所述過程是可逆的，還是不可逆的？A.氣缸與活塞的組合內(nèi)裝有氣體，當活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸間沒有摩擦，氣體緩慢地膨脹時；B.上述裝置，當活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時；C.上述裝置，沒有摩擦，但調(diào)整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時；D.在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地攪動它，使它溫度升高；E.在一傳熱容器內(nèi)盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內(nèi)，液體不停地攪動，可保持溫度不變；F.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的液體進行混合；G.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進行混合；解析：A.發(fā)生自由膨脹，則是不可逆的；B.有摩擦發(fā)生，也是不可逆的；C.是準靜態(tài)無摩擦的膨脹，則為可逆過程。D.這是做功變?yōu)闊岬倪^程，一定不可逆。E.此過程中既有“功變熱”又有“熱傳導(dǎo)”，也是不可逆過程。F.液體的擴散是不可逆過程。G