物理選修3-3熱力學(xué)定律與能量守恒

1、第 講熱力學(xué)定與能量守恒知一熱學(xué)一律改變物體內(nèi)能的種方式(1)做功；(2)傳遞熱力學(xué)第一定律 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外界對它所做的功的 和(2)表達(dá)式：UQWUQ 中正、負(fù)號法則物理量意義 W Q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，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，一定要清各物理量的符號知二熱學(xué)二律微意熱力學(xué)第二定律兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)從低溫物體傳到高溫物體開文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響或 表述為“第二類

2、永動機(jī)是不可能制成的”用熵的概念表示力學(xué)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(“增大”或“減小熱力學(xué)第二定律微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進(jìn)行知三能守定和類動能量守恒定律能量既不會憑空產(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，能量的總量保持不變能源的利用(1)存在能量耗散和品質(zhì)下降- - / 8(2)重視利用能源時對環(huán)境的影響(3)要開發(fā)新能源如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)、水流能兩類永動機(jī)(1)第一類永動機(jī)：不消耗任何能，卻源源不斷地對外做功的機(jī)器違背能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)第類永動機(jī)：從

3、單一熱源吸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，不可能實考一熱學(xué)一律理和用一、 UQ 中 表做功情況，說明內(nèi)能和其他形式的能可以相互轉(zhuǎn)化Q 表 示吸熱或放熱的情況，說明內(nèi)能可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而 Q 是能量守 恒定律的具體體現(xiàn)二、三種特殊情況若過程是絕熱的，則 Q，WU外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加若過程中不做功，即 W0，QU，物體吸收的熱量等于物內(nèi)能的增加若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即 U，則 Q 或 Q外界對 物體做的功等于物體放出的熱量(2013 北京高考)下列說法正確的( )A液體中懸浮微粒的無規(guī)則運動稱為布朗運動B液體分子的

4、無規(guī)則運動稱為布朗運動C體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D體外界做功，其內(nèi)能一定減少【解析】 布運動是顆粒的無則運動，反映了液體分子的無規(guī)則運動，故 A 正確， B 錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律 UQ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【答案】 A一定質(zhì)量的氣體，在從狀態(tài) 變化到狀態(tài) 2 的程中，收熱量 280 ，并對外 做功 120 ，試問：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的化？(2)如果這些氣體又返回原來的狀，并放出了 240 J 熱量，那么在返回的過程是氣體 對外界做功，還是外界對氣體做功？做功多少？【解析】 由熱力學(xué)第一定律可得 UW 16

5、0 J，體的內(nèi)能 增加了 160 (2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)所以氣體從狀態(tài) 2 回到狀態(tài) 的程中內(nèi)能的變化應(yīng) 等于從狀態(tài) 1 到態(tài) 2 的程中內(nèi)能的變化則從狀態(tài) 2 到態(tài) 1 的能應(yīng)減少 160 J， ，又 Q J，據(jù)熱力學(xué)第一定律得：Q，以 WUQ160 240 80 J，即外界對氣體 做功 【答案】 (1)加了 外界對氣體做功 80 - - / 82 2 考二熱學(xué)二律理和用一、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 “自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方性，不需要借助外界提供能量的 幫助 “不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)

6、 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三、熱力學(xué)過程方向性實例高溫物體熱量Q能自發(fā)傳給 熱量不能自發(fā)傳給低溫物體功能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為熱不能自發(fā)地且不能完全化為氣體體積 1能自發(fā)膨脹到 不能自發(fā)收縮到氣體體積 (較大)不同氣體 B能自發(fā)混合成 不能自發(fā)分離成混合氣體 AB.如圖 113 所中汽缸內(nèi)盛有定量的理想氣體，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，但不漏氣現(xiàn)將活塞桿與外界連接，使其緩慢地 向右移動，這樣氣

7、體將等溫膨脹并通過桿對外做功若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)， 則下列說法正確的是 )圖 3A氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力第二定律B氣體從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律 C體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律DA、BC 三種說法都不對【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：不可能從單一 熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化本題中如果沒有外界的幫助，比如 外力拉動活塞桿使活塞向右移動，使氣體膨脹對外做功，導(dǎo)致氣體溫度略微降低，是不可能 從外界吸收熱量的，即這一過程雖然是氣體

8、從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但引起了其 他變化，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律【答案】 C(多選)(2012 新課標(biāo)全國高)關(guān)于熱力學(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以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣可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】 根熱力學(xué)第一定律 UQ，A 正B 錯根據(jù)熱力學(xué)第二定律， C、 正確D 錯誤【答案】 - - / 81 0 1 2 2 1 1 2 1 02 h 1 12 22 10 0 0 01 0 1 2 2 1 1 2 1 02 h 1

9、12 22 10 0 0 01 0 0 0 1 1 01 0 1 考三熱學(xué)律氣實定的合用 圖 3(2012 山東高考)圖 112 所示，粗細(xì)均勻、導(dǎo)良好、裝有適量水銀的 型管豎 直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長 l 20 cm(視為理想氣體 )，兩管中水銀面等 高現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左水銀面 cm.(環(huán)境溫 度不變，大氣壓強(qiáng) p 75 (1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓用作位) 此程中左管內(nèi)的氣體對外界 _(填做正功”、“做負(fù)功”或“不做功” )， 氣體將_(填吸熱”或“放熱)【解析】 (1) 型管橫截面積為 ，右端與大氣相通時左管中封閉氣體壓強(qiáng)為 ，右 端與一

10、低壓艙接通后，左管中封閉氣體的壓強(qiáng)為 ，柱長度為 l ，穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng) 為 p.左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化，根玻意耳定律得 p p p V l V l 由幾何關(guān)系得 l l )聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù) p cmHg.(2)左管內(nèi)氣體膨脹，氣體對外界正功，溫度不變0，據(jù)熱力學(xué)第一定律 且 W，所以 QW，氣體將吸熱【答案】 cmHg 做正功 吸如圖 113，體積為 V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(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 2.4T 、壓強(qiáng)為 1.2p 的想氣體， 和 圖 3分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度已知：氣體內(nèi)能 U 與度 T 的關(guān)系為 ， 為的常 量；容器內(nèi)氣體的所有變化過

11、程都是緩慢的求：(1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時體積 ；(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣放出的熱量 Q.【解析】 (1)氣體由 1.2 下降到 的過程中，體體積不變，溫度由 T2.4T 變 為 T ，T 由查理定律得 T 在氣體溫度由 T 變 T 的程中，體積由 小到 ，體壓強(qiáng)不變，- - / 8V 1 V T 0 1 1 0 0 0 1 V 1 V T 0 1 1 0 0 0 1 1 2 21 2T0由蓋呂薩克定律得 ，解得 11 0 V (2)在活塞下降過程中，活塞對氣做的功為 (VV )在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少量為( )由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為 QU解得 p 0 1

12、【答案】 (1) (1) p V(2)(pVT) (T C )( T)(3) UW .物體的內(nèi)能增加了 20 J，下列說法中正確的是( )A一定是外界對物體做了 的B一定是物體吸收了 J 的量C定是物體分子動能增加了 JD體分子平均動能可能不變【解析】 做和熱傳遞都可以變物體內(nèi)能，物體內(nèi)能改變 ，方式是不確定 的，因此 A、B 錯誤而物體內(nèi)能包括所有分子的平均動能和勢，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 錯物體能增加 20 溫可能不變，故平均動能可 能不變D 正【答案】 D(多選關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法正確的( )A有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部

13、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)違反了能量守恒定律，所以不可能制成C二類永動機(jī)不可能制成，說明機(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 二類永動機(jī)不可能制成，說明機(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 選項正確，第二類永動機(jī)不違反能量守恒定 律，而是違反熱力學(xué)第二定律，所以 B 選項錯誤機(jī)械能可以全部轉(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 選錯誤D 選正確- 5 / 80 0 【答案】 AD 若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不，則在此過程中關(guān)于氣

14、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體分子的平均動能減小D體成的系統(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 r 增，則分子力 先增大后減小，A 錯氣泡上升過程中溫度不變，分子平均動能不變，分子平均速率也不 變， B 、 錯誤氣泡上升過程中體積膨脹，分子勢能增加，內(nèi)能增，而對外做功，故氣 體一定吸收熱量，又因為溫度不變，故其熵必增加D 正確【答案】 D 福高考)一定量的理想氣體在某一程中，從外界吸收熱量 J，體對外界做功 4J，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度升高，密度增大 D溫度升高，密

15、度減小【解析】 由 可得理想氣體內(nèi)能變化 J 104J 1.510，溫度升高，A、B 兩項均錯因為氣體對外做功，所以氣體一定膨脹，體積m變大，由 可密度變小， 錯誤， 項確V【答案】 D如圖 3 密閉的汽缸，外力推動活塞 P 縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功 ， 同時氣體向外界放熱 J，缸內(nèi)氣( )圖 3A溫度升高，內(nèi)能增加 JB溫度升高，內(nèi)能減少 JC度降低，內(nèi)能增加 JD度低，內(nèi)能減少 J【解析】 對定質(zhì)量的氣體，熱力學(xué)第一定律 可，U 800 J( J) ，U 為表示內(nèi)能增加了 600 ，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，

16、選項 A 正確【答案】 A(多選 大綱全國高考)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述確的( )A氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減少C體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D界氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少【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，但通過其他方法可 以全部轉(zhuǎn)化為功，故 A 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， 錯誤；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 正確【答案】 AD 山東高考)列關(guān)于熱現(xiàn)象的描述正確的一項( )A根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機(jī)的效率可以達(dá)到 1

17、00%B做功和熱傳遞都是通過能量轉(zhuǎn)化的方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的- - / 8B B B B B B B B C度是描述熱運動的物理量，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 體由大量分子組成，其單個分子的運動是無規(guī)則的，大量分子的運動也是無規(guī)律的【解析】 根熱力學(xué)第二定律知，熱機(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 A 錯誤；做功是通過能量的轉(zhuǎn) 化改變系統(tǒng)的內(nèi)能，熱傳遞是通過能量轉(zhuǎn)移改變系統(tǒng)的內(nèi)能，選項 B 錯；溫度是表示熱運 動的物理量，熱傳遞過程中達(dá)到熱平衡時，溫度相同，選項 正確；單個分子的運動是無規(guī) 則的，大量分子的運動

18、表現(xiàn)出統(tǒng)計規(guī)律，選項 D 錯【答案】 C 廣東高考)頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖 3 所示，用牛角做套筒，木 制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃對筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程( )圖 3A氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變B氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大C體對外界做正功，氣體內(nèi)能增加D界氣體做正功，氣體內(nèi)能減少【解析】 筒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 知，氣體內(nèi)能增加，溫度升高由想氣體狀態(tài)方程 C 知，氣體壓強(qiáng)增大選項TA、 錯，選項 B 正【答案】 B(多選(2013 新標(biāo)全國卷關(guān)于一定量的氣體，下列說法正確( )A體的體積指的是該氣體的分子所能到達(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動的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低C完全失重的情況下，氣體對