熱力學定律與能量守恒

1、一、改變內能的兩種方式一、改變內能的兩種方式1.1.改變內能的兩種方式是改變內能的兩種方式是_和和_._.2.2.做功和熱傳遞改變內能是做功和熱傳遞改變內能是_的的, ,但做功是能量的但做功是能量的 _,_,而熱傳遞是而熱傳遞是_. _. 二、能量轉化與守恒二、能量轉化與守恒1.1.熱力學第一定律熱力學第一定律 (1)(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向 它傳遞的熱量與外界對它所做功的和。它傳遞的熱量與外界對它所做功的和。第第3 3課時課時 熱力學定律與能量守恒熱力學定律與能量守恒考點自清考點自清做功做功熱傳遞熱傳遞等效等效轉化轉化轉移轉移 (

2、2) (2)公式公式:U U= =WW+ +Q Q2.2.熱力學第二定律熱力學第二定律 表述一表述一:_:_ 熱傳導的方向性熱傳導的方向性. . 表述二表述二:_:_ _ _機械能和內能轉化過機械能和內能轉化過 程的方向性程的方向性. .正值正值負值負值U U內能增加內能增加內能減少內能減少Q Q吸收熱量吸收熱量放出熱量放出熱量WW外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 不可能從單一熱庫吸收熱量不可能從單一熱庫吸收熱量, ,使之完全變使之完全變成功成功, ,而不產生其他影響而不產生其他影響3.3.能量守恒

3、定律能量守恒定律 能量既不會憑空產生能量既不會憑空產生, ,也不會憑空消失，它只能從也不會憑空消失，它只能從 一種形式轉化為另一種形式一種形式轉化為另一種形式, ,或者從一個物體轉移或者從一個物體轉移 到別的物體到別的物體, ,在轉化或轉移的過程中其總量不變在轉化或轉移的過程中其總量不變. .4.4.永動機永動機 由能量守恒定律知由能量守恒定律知,_,_永動機不可能制成永動機不可能制成. . 由熱力學第二定律知由熱力學第二定律知,_,_永動機不可能制成永動機不可能制成. .5.5.能源與環(huán)境能源與環(huán)境 (1)(1)常規(guī)能源常規(guī)能源:_:_，常規(guī)能源帶來，常規(guī)能源帶來 環(huán)境污染問題環(huán)境污染問題,

4、 ,如溫室效應、酸雨、光化學煙霧等如溫室效應、酸雨、光化學煙霧等. . (2) (2)新能源的開發(fā)新能源的開發(fā): :風能、水能、太陽能、沼氣、核風能、水能、太陽能、沼氣、核 能等能等. . 第一類第一類第二類第二類煤、石油、天然氣煤、石油、天然氣熱點一熱點一 改變物體內能的兩種方式的比較改變物體內能的兩種方式的比較熱點聚焦熱點聚焦做功做功熱傳遞熱傳遞內能內能變化變化外界對物體做功外界對物體做功, ,物體物體的內能增加的內能增加, ,物體對外物體對外做功做功, ,物體的內能減小物體的內能減小物體吸收熱量物體吸收熱量, ,內能增加內能增加物體放出熱量物體放出熱量, ,內能減小內能減小本質本質其他形

5、式的能與內能之其他形式的能與內能之間的轉化間的轉化不同物體間或同一物體不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉不同部分之間內能的轉移移相互相互聯(lián)系聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內能的效做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內能的效果上是相同的果上是相同的特別提示特別提示 1.1.要使物體改變同樣的內能，通過做功或者熱傳遞要使物體改變同樣的內能，通過做功或者熱傳遞 都可以實現(xiàn)都可以實現(xiàn), ,若不知道過程若不知道過程, ,我們無法分辨出是做功還我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實現(xiàn)的這種改變是熱傳遞實現(xiàn)的這種改變. .2.2.做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動做功是宏觀的機械運動向物體的微

6、觀分子熱運動的轉化的轉化. .熱傳遞則是通過分子之間的相互作用熱傳遞則是通過分子之間的相互作用, ,使不同使不同物體間分子熱運動變化物體間分子熱運動變化, ,是內能的轉移是內能的轉移. .前者能的性質前者能的性質發(fā)生了變化發(fā)生了變化, ,后者能的性質不變后者能的性質不變. .3.3.物體的內能增加與否物體的內能增加與否, ,不能單純地只看做功或熱傳不能單純地只看做功或熱傳遞遞, ,兩個過程需要全面考慮兩個過程需要全面考慮. . 熱點二熱點二 對熱力學第一定律的理解對熱力學第一定律的理解 1.1.熱力學第一定律不僅熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方反映了做功和熱傳遞這兩種方 式改式改變

7、內能的過程是等效的變內能的過程是等效的, ,而且給出了內能的變而且給出了內能的變 化量和做功與熱傳遞之間的定量關系化量和做功與熱傳遞之間的定量關系. .此定律是標此定律是標 量式量式, ,應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的 焦耳焦耳. .2.2.對公式對公式U U= =Q Q+ +WW符號的規(guī)定符號的規(guī)定符號符號WWQ QU U+ +外界對物體做功外界對物體做功物體吸收熱量物體吸收熱量內能增加內能增加- -物體對外界做功物體對外界做功物體放出熱量物體放出熱量內能減少內能減少3.3.幾種特殊情況幾種特殊情況 (1)(1)若過程是絕熱的若過程是絕熱的, ,

8、則則Q Q=0,=0,WW=U U, ,外界對物體做外界對物體做 的功等于物體內能的增加的功等于物體內能的增加. . (2) (2)若過程中不做功若過程中不做功, ,即即WW=0,=0,則則Q Q=U U, ,物體吸收的物體吸收的 熱量等于物體內能的增加熱量等于物體內能的增加. . (3) (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變, ,即即U U=0,=0, 則則WW+ +Q Q=0=0或或WW=-=-Q Q. .外界對物體做的功等于物體放出外界對物體做的功等于物體放出 的熱量的熱量. . 特別提示特別提示 1.1.應用熱力學第一定律時要明確研究的對象是哪應用熱力學第

9、一定律時要明確研究的對象是哪 個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng). . 2. 2.應用熱力學第一定律計算時應用熱力學第一定律計算時, ,要依照符號法則代入要依照符號法則代入 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù). .對結果的正、負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義對結果的正、負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義. .熱點三熱點三 對熱力學第二定律的理解對熱力學第二定律的理解1.1.在熱力學第二定律的表述中在熱力學第二定律的表述中,“,“自發(fā)地自發(fā)地”、“不產不產 生其他影響生其他影響”的涵義的涵義. . (1)“ (1)“自發(fā)地自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的 方向性方向性, ,不需

10、要借助外界提供能量的幫助不需要借助外界提供能量的幫助. . (2)“ (2)“不產生其他影響不產生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏的涵義是發(fā)生的熱力學宏 觀過程只在本系統(tǒng)內完成觀過程只在本系統(tǒng)內完成, ,對周圍環(huán)境不產生熱力對周圍環(huán)境不產生熱力 學方面的影響學方面的影響. .如吸熱、放熱、做功等如吸熱、放熱、做功等. .2.2.熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的實質 熱力學第二定律的每一種表述熱力學第二定律的每一種表述, ,都揭示了大量分子都揭示了大量分子 參與宏觀過程的方向性參與宏觀過程的方向性, ,進而使人們認識到自然界進而使人們認識到自然界 中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性中進

11、行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性. . 3.3.熱力學過程方向性實例熱力學過程方向性實例: : (1)(1)高溫物體高溫物體 低溫物體低溫物體(2)(2)功功 熱熱(3)(3)氣體體積氣體體積V V1 1 氣體體積氣體體積V V2 2( (較大較大) )(4)(4)不同氣體不同氣體A A和和B B 混合氣體混合氣體ABAB熱量熱量Q Q能自發(fā)傳給能自發(fā)傳給熱量熱量Q Q不能自發(fā)傳給不能自發(fā)傳給能自發(fā)地完全轉化為能自發(fā)地完全轉化為不能自發(fā)地且不能完全轉化為不能自發(fā)地且不能完全轉化為能自發(fā)膨脹到能自發(fā)膨脹到不能自發(fā)收縮到不能自發(fā)收縮到能自發(fā)混合成能自發(fā)混合成 不能自發(fā)分離成不能自發(fā)分離成 特別

12、提示特別提示 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在熱量不可能自發(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有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高 溫物體溫物體, ,如電冰箱如電冰箱; ;在引起其他變化的條件下內能可在引起其他變化的條件下內能可 以全部轉化為機械能以全部轉化為機械能, ,如氣體的等溫膨脹過程如氣體的等溫膨脹過程. . 題型題型1 1 熱力學第一定律的應用熱力學第一定律的應用 【例例1 1】一定質量的氣體，在從一個狀態(tài)變化到另一一定質量的氣體，在從一個狀態(tài)變化到另一 個狀態(tài)的過程個狀態(tài)的過程中中, ,吸收熱量吸收熱量280 280 J

13、 J, ,并對外做功并對外做功120 120 J J. . 試問試問: : (1) (1)這些氣體的內能發(fā)生了怎樣的變化這些氣體的內能發(fā)生了怎樣的變化? ? (2) (2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了如果這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了 240 240 J J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做 功功, ,還是外界對氣體做功還是外界對氣體做功? ?做功多少做功多少? ? 題型探究題型探究思路點撥思路點撥 求解此題應把握以下兩點求解此題應把握以下兩點: :(1)(1)用熱力學第一定律求解內能變化用熱力學第一定律求解內能變化, ,注意熱量注意熱量

14、Q Q、功、功 WW的正負的正負. .(2)(2)氣體從末態(tài)到初態(tài)與從初態(tài)到末態(tài)的氣體從末態(tài)到初態(tài)與從初態(tài)到末態(tài)的U U的大小的大小相同相同, ,結合熱力學第一定律計算結合熱力學第一定律計算, ,并做出判斷并做出判斷. .解析解析 (1)(1)由熱力學第一定律可得由熱力學第一定律可得U U= =WW+ +Q Q=-120 =-120 J J+280 +280 J J=160 =160 J J內能增加了內能增加了160 160 J J(2)(2)由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關, ,所以氣體從所以氣體從狀態(tài)狀態(tài)回到回到狀態(tài)過程中內能的變化應等于從狀態(tài)過程中內能的變化應等于從狀

15、態(tài)到狀態(tài)到狀狀態(tài)過程中內能的變化態(tài)過程中內能的變化, ,則從則從狀態(tài)到狀態(tài)到狀態(tài)的內能應狀態(tài)的內能應減少減少160 J,160 J,即即U U=-160 =-160 J J, ,又又Q Q=-240 =-240 J J 根據(jù)熱力學第一定律得根據(jù)熱力學第一定律得U U=WW+Q Q所以所以WW=U U-Q Q=-160 =-160 J J-(-240 -(-240 J J)=80 )=80 J J即外界對氣體做功即外界對氣體做功80 80 J J答案答案 (1)(1)增加了增加了160 160 J J (2)(2)外界對氣體做功外界對氣體做功80 80 J J 1. 1.當做功和熱傳遞兩種過程同

16、時發(fā)生時當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時, , 內能的變化就是要用熱力學第一定律進行綜合分析內能的變化就是要用熱力學第一定律進行綜合分析. .2.2.做功情況看氣體的體積做功情況看氣體的體積: :體積增大體積增大, ,氣體對外做功氣體對外做功, ,WW為負為負; ;體積縮小體積縮小, ,外界對氣體做功外界對氣體做功, ,WW為正為正. .若與外界若與外界絕熱絕熱, ,則不發(fā)生熱傳遞則不發(fā)生熱傳遞, ,此時此時Q Q=0. =0. 規(guī)律總結規(guī)律總結變式練習變式練習1 1 一定質量的氣體從外界吸收了一定質量的氣體從外界吸收了4.24.210105 5 J J 的熱量的熱量, ,同時氣體對外做了同時

17、氣體對外做了6 610105 5 J J的功的功. .問問: : (1) (1)物體的內能增加還是減少物體的內能增加還是減少? ?變化量是多少變化量是多少? ? (2) (2)分子勢能是增加還是減少分子勢能是增加還是減少? ? (3) (3)分子的平均動能是增加還是減少分子的平均動能是增加還是減少? ? 解析解析 (1)(1)因為氣體從外界吸熱因為氣體從外界吸熱, ,所以所以Q Q=+4.2=+4.2 10 105 5 J J, ,又因氣體對外做功又因氣體對外做功, ,所以所以WW=-6=-610105 5 J J 由熱力學第一定律由熱力學第一定律:U U= =WW+ +Q Q 有有:U U=

18、 =WW+ +Q Q=(-6=(-610105 5) ) J J+(4.2+(4.210105 5) ) J J =-1.8 =-1.810105 5 J J U U為負為負, ,說明氣體的內能減少了說明氣體的內能減少了1.81.810105 5 J J. .(2)(2)因為氣體對外做功因為氣體對外做功, ,所以氣體的體積膨脹所以氣體的體積膨脹, ,分子間分子間 的距離增大了的距離增大了, ,分子力做負功分子力做負功, ,氣體分子勢能增加氣體分子勢能增加. .(3)(3)因為氣體內能減少因為氣體內能減少, ,同時氣體分子勢能增加同時氣體分子勢能增加, ,說明說明氣體分子的平均動能一定減少了氣體

19、分子的平均動能一定減少了. . 答案答案 (1)(1)減少減少 1.81.810105 5 J J (2)(2)增加增加 (3)(3)減少減少 題型題型2 2 熱力學第二定律的理解熱力學第二定律的理解【例例2 2】圖圖1 1為電冰箱的工作原理示意圖為電冰箱的工作原理示意圖. .壓縮機工作壓縮機工作 時時, ,強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán)強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán) . .在在 蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量, ,經過冷凝經過冷凝 器時制冷劑液化器時制冷劑液化, ,放出熱量到箱體外放出熱量到箱體外. . 圖圖1 1 (1)(1)下列說法正確的

20、是下列說法正確的是 ( ) ( ) A.A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外B.B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到 外界外界, ,是因為其消耗了電能是因為其消耗了電能C.C.電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D.D.電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律(2)(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內吸收的熱量與釋放到電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比外界的熱量相比, ,有怎樣的關系有怎樣的關系? ? 結合熱力學第一定律、熱力學

21、第二定律的結合熱力學第一定律、熱力學第二定律的相關知識進行研究分析相關知識進行研究分析. . 思路點撥思路點撥解析解析 (1)(1)熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內能與其他形熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內能與其他形 式能的轉化規(guī)律式能的轉化規(guī)律, ,是能的是能的轉化和守恒定律轉化和守恒定律的具體表現(xiàn)的具體表現(xiàn), ,適用于所有的熱學過程適用于所有的熱學過程, ,故故C C正確正確, ,D D錯誤錯誤. .由熱力學第由熱力學第二定律可知二定律可知, ,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體體, ,除非有外界的影響或幫助除非有外界的影響或幫助. .電冰箱把熱量從低溫的電冰箱把熱

22、量從低溫的內部傳到高溫的外部內部傳到高溫的外部, ,需要壓縮機的幫助并消耗電能需要壓縮機的幫助并消耗電能, ,故應選故應選B B、C C. .(2)(2)由熱力學第一定律可知由熱力學第一定律可知, ,電冰箱從冰箱內吸收了熱電冰箱從冰箱內吸收了熱量量, ,同時消耗了電能同時消耗了電能, ,釋放到外界的熱量比從冰箱內吸釋放到外界的熱量比從冰箱內吸收的熱量多收的熱量多. .答案答案 (1)(1)BCBC (2)(2)見解析見解析 規(guī)律總結規(guī)律總結 涉及熱力學第二定律的問題分析技巧涉及熱力學第二定律的問題分析技巧: : (1)(1)理解熱力學第二定律的實質理解熱力學第二定律的實質, ,清楚熱力學第二定

23、律清楚熱力學第二定律的兩種表述形式的兩種表述形式. .(2)(2)掌握熱力學第二定律的一些等效說法掌握熱力學第二定律的一些等效說法. .如如:“:“第二類第二類永動機不可能制成永動機不可能制成”“”“不可能制成效率為百分之百的熱不可能制成效率為百分之百的熱機機”等等. . 變式練習變式練習2 2 圖圖2 2甲是根據(jù)熱力學第二定律的第一種甲是根據(jù)熱力學第二定律的第一種 表述畫出的示意圖表述畫出的示意圖: :外界對致冷機做功外界對致冷機做功, ,使熱量從低使熱量從低 溫物體傳遞到高溫物體溫物體傳遞到高溫物體, ,請你根據(jù)第二種表述完成請你根據(jù)第二種表述完成 示意圖乙示意圖乙. .根據(jù)你的理解根據(jù)你

24、的理解, ,熱力學第二定律的實質是熱力學第二定律的實質是 什么？什么？ 圖圖2 2 答案答案 如下圖所示如下圖所示實質實質: :一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性 題型題型3 3 熱學問題與能量觀點的結合熱學問題與能量觀點的結合 【例例3 3】如圖如圖3 3所示所示, ,內壁光滑的圓柱形汽缸豎直固定內壁光滑的圓柱形汽缸豎直固定 在水平地面上在水平地面上, ,汽缸開口向上汽缸開口向上, ,一面積為一面積為0.01 0.01 m m2 2的的 活塞密封了一定的空氣活塞密封了一定的空氣, ,在活塞的上方豎直固定一在活塞的上方豎直固定一 支架支架, ,在支架的

25、在支架的O O點通過細線系一質量為點通過細線系一質量為m m=8 =8 kgkg的的 球球, ,球心到球心到O O點的距離為點的距離為L L=2 =2 m m. .活塞與支架的總質活塞與支架的總質 量為量為MM=12 =12 kgkg, ,已知當?shù)氐闹亓铀俣纫阎數(shù)氐闹亓铀俣萭 g=10 =10 m/sm/s2 2, ,大大 氣壓強氣壓強p p0 0=1.0=1.010105 5 PaPa, ,汽缸和活塞都是絕熱的汽缸和活塞都是絕熱的. .現(xiàn)現(xiàn) 將細線拉直到水平將細線拉直到水平, ,穩(wěn)定后由靜止釋放球穩(wěn)定后由靜止釋放球, ,當球第一當球第一 次運動到最低點時次運動到最低點時, ,活塞下降了

26、活塞下降了h h=0.2 =0.2 m m且恰好速且恰好速 度為零度為零, ,此時細線中的拉力為此時細線中的拉力為F F=252 =252 N N. .求球由靜止求球由靜止 釋放到第一次運動到最低點的過程中汽缸中的氣體釋放到第一次運動到最低點的過程中汽缸中的氣體 增加的內能增加的內能E E. . 圖圖3 3 解析解析 以球與支架以球與支架( (含活塞含活塞) )整體為研究對整體為研究對象象, ,對此整體受力分析如右圖所示對此整體受力分析如右圖所示, ,從細線從細線水平至活塞下降水平至活塞下降h h=0.2 =0.2 m m速度為零的過程速度為零的過程, ,v v表示小球的水平速度表示小球的水平

27、速度, ,WW氣體氣體表示氣體對表示氣體對活塞壓力的功活塞壓力的功, ,用動能定理用動能定理: :mgmg( (L L+ +h h)+)+MghMgh+ +p p0 0S Sh h- -WW氣體氣體= = 再對小球在最低點受力分析可知再對小球在最低點受力分析可知, ,小球受到自身的重小球受到自身的重 力及向上繩的拉力力及向上繩的拉力F F, ,此時懸點此時懸點O O的速度為零的速度為零, ,所以有所以有F F- -mgmg= = 聯(lián)立以上兩式聯(lián)立以上兩式, ,代入數(shù)據(jù)解得代入數(shù)據(jù)解得WW氣體氣體=228 =228 J J 氣體與外界絕熱氣體與外界絕熱, ,改變氣體內能的方式只有做功，由改變氣體

28、內能的方式只有做功，由牛頓第三定律知氣體對活塞牛頓第三定律知氣體對活塞, ,和活塞對氣體的力是一和活塞對氣體的力是一對作用力與反作用力對作用力與反作用力, ,且力的位移相等且力的位移相等, ,故活塞對氣體故活塞對氣體做的功做的功( (外界對氣體做功外界對氣體做功) )WW=E E=228 =228 J J. . 答案答案 228 228 J J Lm2 0212 m【評分標準【評分標準】本題共本題共1212分分. .其中其中式各式各4 4分分, , 式各式各2 2分分. .【名師異析【名師異析】本題有兩個突破點本題有兩個突破點. .其一是求解內能變其一是求解內能變 化的方法化的方法, ,通過對

29、外力做功通過對外力做功, ,本題的作用力較多本題的作用力較多, ,對氣對氣 體而言體而言, ,只有活塞的外力對其做功，汽缸的作用力不只有活塞的外力對其做功，汽缸的作用力不 做功，因此改變物體內能的功是活塞對氣體的力的做功，因此改變物體內能的功是活塞對氣體的力的 功功; ; 其二是研究對象的選取其二是研究對象的選取, ,選取球與支架選取球與支架( (含活塞含活塞) ) 整體為研究對象，巧妙地回避了整體內部相互作用整體為研究對象，巧妙地回避了整體內部相互作用 力力, ,這些作用力分析其做功較復雜這些作用力分析其做功較復雜, ,選取選取“整體整體”為研為研 究對象究對象, ,恰好解決了活塞對氣體做功

30、的數(shù)值問題恰好解決了活塞對氣體做功的數(shù)值問題, ,這這 也是突破本題難點重要一步也是突破本題難點重要一步. . 自我批閱自我批閱 (10(10分分) )重重1 000 1 000 kgkg的氣錘從的氣錘從2.5 2.5 m m高處落下高處落下, ,打在打在 質量為質量為200 200 kgkg的鐵塊上的鐵塊上, ,要使鐵塊的溫度升高要使鐵塊的溫度升高40,40, 氣錘至少應落下多少次氣錘至少應落下多少次?(?(設氣錘撞擊鐵塊時做的功設氣錘撞擊鐵塊時做的功 有有60%60%用來使鐵塊溫度升高用來使鐵塊溫度升高, ,且鐵的比熱且鐵的比熱 c c=0.11 =0.11 cal/(gcal/(g),1

31、 ),1 calcal=4.2 =4.2 J J, ,g g取取10 10 m/sm/s2 2) ) 解析解析 氣錘下落過程中只有重力做功氣錘下落過程中只有重力做功, ,機械能守恒機械能守恒, , 因而氣錘撞擊鐵塊時動能為因而氣錘撞擊鐵塊時動能為 E Ek k= =mghmgh=10=103 310102.5 2.5 J J=2.5=2.510104 4 J J (2(2分分) ) 由動能定理知氣錘撞擊鐵塊所做的功為由動能定理知氣錘撞擊鐵塊所做的功為 WW= =E Ek k-0=2.5-0=2.510104 4 J J (2(2分分) ) 使鐵塊溫度升高使鐵塊溫度升高4040的熱量的熱量Q Q

32、= =cmcmt t=0.11=0.1120020010103 340 40 calcal=3.696=3.69610106 6 J J (2(2分分) ) 設氣錘下落設氣錘下落n n次才能使鐵塊溫度升高次才能使鐵塊溫度升高40,40,由能的轉化由能的轉化和守恒定律有和守恒定律有: :n nWW= =Q Q (2(2分分) ) 故氣錘至少要下落故氣錘至少要下落247247次次. .答案答案 247247次次 )(.%.分分2424660105210696346 WQn1.1.如圖如圖4 4所示所示, ,某同學將空的薄金屬某同學將空的薄金屬 筒開口向下壓入水中筒開口向下壓入水中. .設水溫均勻設

33、水溫均勻 且恒定且恒定, ,筒內空氣無泄漏筒內空氣無泄漏, ,不計氣不計氣 體分子間相互作用體分子間相互作用, ,則被淹沒的金則被淹沒的金 屬筒在緩慢下降過程中屬筒在緩慢下降過程中, ,筒內空氣筒內空氣 圖圖4 4 體積減小體積減小, ,同時同時 ( )( ) A.A.從外界吸熱從外界吸熱 B.B.內能增大內能增大 C.C.向外界放熱向外界放熱 D.D.內能減小內能減小 素能提升素能提升解析解析 緩慢下降的過程中緩慢下降的過程中, ,筒內空氣的溫度與水溫始筒內空氣的溫度與水溫始 終相同終相同, ,即空氣溫度不變即空氣溫度不變. .由于不計氣體分子間的相互由于不計氣體分子間的相互作用作用, ,分

34、子勢能始終不變分子勢能始終不變, ,筒內空氣分子的平均動能不筒內空氣分子的平均動能不變變, ,所以筒內空氣的內能不變所以筒內空氣的內能不變. .筒內空氣的體積減小筒內空氣的體積減小, ,外界對氣體做功外界對氣體做功, ,根據(jù)熱力學第一定律根據(jù)熱力學第一定律:U U= =WW+ +Q Q, ,可可知筒內空氣向外放熱知筒內空氣向外放熱. . 答案答案 C2.2.下列關于熱力學三定律的表述中正確的是下列關于熱力學三定律的表述中正確的是 ( ) ( ) A. A.熱力學零度不可達到熱力學零度不可達到 B.B.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體, ,而不而不 引起其

35、他變化引起其他變化 C.C.其數(shù)學表達式是其數(shù)學表達式是U U= =Q Q+ +W W D. D.能量在轉化或轉移的過程中總量保持不變能量在轉化或轉移的過程中總量保持不變 解析解析 熱力學零度只可接近不能達到熱力學零度只可接近不能達到, ,A A正確正確; ;B B是是 熱力學第二定律的內容，熱力學第二定律的內容，C C是熱力學第一定律的表是熱力學第一定律的表 達式達式, ,D D是能量守恒定律內容是能量守恒定律內容. . A3.3.如圖如圖5 5所示所示, ,絕熱隔板絕熱隔板K K把絕熱把絕熱 的汽缸分隔成體積相等的兩的汽缸分隔成體積相等的兩 部分部分, ,K K與汽缸壁的接觸是光與汽缸壁的

36、接觸是光 滑的滑的. .兩部分中分別盛有相同兩部分中分別盛有相同 圖圖5 5 質量、相同溫度的同種氣體質量、相同溫度的同種氣體a a和和b b. .氣體分子之間相氣體分子之間相 互作用勢能可忽略互作用勢能可忽略. .現(xiàn)通過電熱絲對氣體現(xiàn)通過電熱絲對氣體a a加熱一段加熱一段 時間后時間后, ,a a、b b各自達到新的平衡各自達到新的平衡 ( )( ) A. A.a a的體積增大了的體積增大了, ,壓強變小了壓強變小了 B.B.b b的溫度升高了的溫度升高了 C.C.加熱后加熱后a a的分子熱運動比的分子熱運動比b b分子熱運動更激烈分子熱運動更激烈 D.D.a a增加的內能大于增加的內能大于

37、b b增加的內能增加的內能 解析解析 a a氣體受熱膨脹，通過活塞壓縮氣體氣體受熱膨脹，通過活塞壓縮氣體b b，對，對b b做做 功功, ,氣體氣體b b體積減小體積減小, ,由熱力學第一定律由熱力學第一定律, ,b b內能增加內能增加, ,溫溫度升高度升高, ,則則b b氣體壓強增大，最終達到平衡時氣體壓強增大，最終達到平衡時, ,a a氣體和氣體和b b氣體壓強相等氣體壓強相等, ,而而a a氣體體積變大，所以氣體體積變大，所以a a氣體的溫度氣體的溫度大于大于b b氣體的溫度氣體的溫度, ,所以所以B B、C C、D D選項正確選項正確. . 答案答案 BCD4.4.下列關于分子運動和熱

38、現(xiàn)象的說法正確的是下列關于分子運動和熱現(xiàn)象的說法正確的是( ) ( ) A A. .氣體如果失去了容器的約束就會散開氣體如果失去了容器的約束就會散開, ,這是因為這是因為 氣體分子之間存在勢能的緣故氣體分子之間存在勢能的緣故 B B. .一定量一定量100100的水變成的水變成100100的水蒸氣的水蒸氣, ,其分子其分子 之間的勢能增加之間的勢能增加 C C. .對于一定量的氣體對于一定量的氣體, ,如果壓強不變如果壓強不變, ,體積增大體積增大, ,那那 么它一定從外界吸熱么它一定從外界吸熱 D D. .如果氣體分子總數(shù)不變如果氣體分子總數(shù)不變, ,而氣體溫度升高而氣體溫度升高, ,氣體氣體 分子的平均動能增大分子的平均動能增大, ,因此壓強必然增大因此壓強必然增大 E.E.一定量氣體的內能等于其所一定量氣體的內能等于其所有分子熱運動動能和有分子熱運動動能和 分子之間勢能的總和分子之間勢能的總和 F F. .如果氣體溫度升高如果氣體溫度升高, ,那么所有分子的速率都增加那么所有分子的速率都增加 解析解析 氣體分子是做無規(guī)則運動的氣體分子是做無規(guī)則運動的, ,故失去容器后就故失去容器后就 會散開會散開, ,A A錯誤錯誤; ;B B分子平均動能不變分子平均動能不變, ,但要吸熱來增加但要吸熱來增加分子勢能分子勢能, ,B B正確正確