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(dǎo)?太陽?風(fēng)熱力學(xué)第一定律與能量守恒熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)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(xué)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(fù)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(qiáng)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(xué)定律和能量守恒時的步驟(1)認(rèn)清有多少種形式的能(例如動能、勢能、內(nèi)能、電能、化學(xué)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(dá)式．(3)列出能量守恒方程：ΔE減＝ΔE增．熱力學(xué)第二定律及其應(yīng)用1.熱力學(xué)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(xué)第二定律的克勞修斯表述．(2)按照機(jī)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(xué)第二定律的開爾文表述．2．熱力學(xué)第二定律的微觀意義(1)一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行．(2)用熵來表示熱力學(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?。?．分析問題的方法(1)熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)是對宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明．(2)凡是對這種宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述．(3)對熱力學(xué)第二定律的各種表述都是等效的．關(guān)于熱力學(xué)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(xué)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(xué)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?xì)怏w，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(qiáng)烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一樣，只準(zhǔn)太陽光的熱輻射進(jìn)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(qiáng)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(jī)，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(qiáng)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(zhǔn)太陽的輻射進(jìn)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(xué)界對地球氣候變暖進(jìn)行分析的一種觀點(diǎn)，根據(jù)這種觀點(diǎn)，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(dāng)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(xué)反應(yīng)，導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)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(xué)反應(yīng)，使巖石進(jìn)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(dǎo)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(diǎn)而言，A、B、C較準(zhǔn)確．【答案】ABC1.(2023·全國甲卷)關(guān)于熱力學(xué)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(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡【解析】根據(jù)熱力學(xué)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(xué)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(dá)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(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)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(diǎn)O.下列判斷正確的是()【導(dǎo)學(xué)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(diǎn)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(xué)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(qiáng)為p0＝pb＝pc，過程da中壓強(qiáng)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(yùn)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(yùn)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(xué)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(qiáng)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(xué)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(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)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(xué)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)