人教版高中物理講義197高考復(fù)習(xí)知識講解 熱力學(xué)定律及能量守恒(提高)

物總習(xí)熱學(xué)律能守編稿：審稿：【綱求、理解熱力學(xué)第一定律、第二定律；、運(yùn)用能量守恒定律解決問題?！军c(diǎn)理考一改內(nèi)的種式、傳①條件：存在溫度差，最終結(jié)果是使兩物體溫度一樣。②方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。③規(guī)律：熱量從高溫物體傳向低溫物體。④和內(nèi)能變化的關(guān)系統(tǒng)單的傳熱過程中能的增量

等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q即、功

。做功改變物體內(nèi)能的過程是將其他形式的如機(jī)械能與能相互轉(zhuǎn)化的過程做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)能改變了多少用做功的數(shù)值來度量。要詮使物體改變同樣的內(nèi)能過做功或者熱傳遞都可以實(shí)現(xiàn)不道過程，我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實(shí)現(xiàn)的這種改變。（2）做功是宏觀的機(jī)械動(dòng)向物體的微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化。熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使不同物體間分子熱運(yùn)動(dòng)變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。前者能的性質(zhì)發(fā)生了變化，后者能的性質(zhì)不變。（3）物體的內(nèi)能增加與否，不能單純地只看功或熱傳遞，兩個(gè)過程需要全面考慮?？级釋W(xué)一律、容物體內(nèi)能的增量等外界對物體的功和體吸收的熱量Q的和。、式要詮：（1在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)，應(yīng)特別分清、Q的負(fù)號，以便準(zhǔn)確地判斷正、負(fù)。熱力學(xué)第一定律的符號法則：①功W＞0，表示外界對系統(tǒng)做功；＜0表示系統(tǒng)對外界做功。②熱量Q＞，表示物體吸熱Q＜0，表示物體放熱。③內(nèi)能＞0，表示內(nèi)能增加；＜，表示內(nèi)能減少。（2）容易出錯(cuò)的幾種特殊情況

的①若是熱過程，則Q=0、W=

，即外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；②若過中不做功，即，則

，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；③若程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即，W或物體做的功等于物體放出的熱量?？既裏釋W(xué)二律、種述

，外界對（1）按熱傳遞的方向性表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（2按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。要詮：這里所說自地是指沒有任外界的影響或幫助冰箱工作時(shí)能將冰箱（溫度較低）的熱量，傳給外界空氣（溫度較高為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功。上述兩種表述是等價(jià)的即一個(gè)法是正確的另一個(gè)說法也必然是正確的果一個(gè)說法是錯(cuò)誤的，另一個(gè)說法必然也是不成立的。1

、力第定的義提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律。、力第定的觀釋（1）一切自然過程總是著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。這是熱力學(xué)第二定律的微觀意義。（2）從微觀的角度看，力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展熵值較大代表著較為無序以發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展。、類動(dòng)的較第一類永動(dòng)機(jī)

第二類永動(dòng)機(jī)不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功從單一熱源吸熱，全部用來對外做功而不引起其他變化的機(jī)器違背能量守恒，不可能實(shí)現(xiàn)考四能守定、量恒律

機(jī)器不違背能量守恒，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)（1）能量既不能憑空產(chǎn)，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變就能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。（2）能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界最普遍規(guī)律。（3）永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)造不出來的。、源環(huán)（1）常規(guī)能源：人們把、石油、天然氣叫做常規(guī)能源。常規(guī)能源有限，常規(guī)能源帶來環(huán)境問題：溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等。（2）新能源：風(fēng)能、水(河流、潮汐)能、太陽能、熱核能、氫能源反物質(zhì)能等。風(fēng)能、水流能、生物質(zhì)能等是可再生能源，而石油、煤炭、天然氣是不可再生能源。要詮：能量守恒定律的理解：、某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量與增加量相等。某個(gè)物體能量的減少定在其他物體能量的增加且減少量和增加量一定相等。、在利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題時(shí)，要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移，分析初、末狀態(tài)確定、各多少，再由=列計(jì)算。增減增減【型題類一熱學(xué)一律例1北京卷）下列說法正確的是（）物放出熱量，其內(nèi)能一定減小物對做功，其內(nèi)能一定減小C.物體吸收熱量，同時(shí)對外做功其內(nèi)能可能增加物放出熱量，同時(shí)對外做功其內(nèi)能可能不變【答案【解析物體內(nèi)能的改變方式有種功和熱傳遞只某一種方式我們無法判斷內(nèi)能是否變化，故A、選項(xiàng)錯(cuò)誤；物體放出熱量又同時(shí)對外做功內(nèi)能一定減小，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。物體吸收熱量同時(shí)對外做功，內(nèi)能可能增大、減小或不變，故選項(xiàng)正確?！究键c(diǎn)】熱力學(xué)第一定律舉反【變式】100的水完全變成℃的水蒸氣，則（）2

水分子的內(nèi)能增加B水的內(nèi)能增加C．所增加的內(nèi)能小于所吸收的熱量D．水所增加的內(nèi)能等于所吸收熱量【答案BC【解析于溫度不變水分子內(nèi)能不變積膨脹分子的勢能變大水的內(nèi)能增加。體積膨脹時(shí)要克服外界大氣壓力做功熱力學(xué)第一定律可知所加的內(nèi)能要小于吸收的熱量?！咀兪?廣卷）用封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣()A體積減小，內(nèi)能增大B體積減小，壓強(qiáng)減小C．外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D．外做正功，壓強(qiáng)減小【答案AC【解析】充氣袋被擠壓時(shí)，氣體體積減小，外界對氣體做功袋氣體與外界無熱交換，故由熱力學(xué)第一定律知，氣體內(nèi)能增加，故選項(xiàng)正，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；體積減小，內(nèi)能增加，由理想氣體狀態(tài)方程可知壓強(qiáng)變大，故選項(xiàng)A正，選項(xiàng)B錯(cuò)．【清堂熱學(xué)律能守例4】【變式】A、B兩裝置，均由一支一端封閉，一端開口且?guī)в胁Ａ莨軤钊萜骱退y槽組成除璃泡在管上的位置不外，其他條件都相同兩抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi)柱上升至圖示位置停止。假設(shè)這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的()A.A中水銀的內(nèi)能增量大于B中銀的內(nèi)能增量B.B水銀的內(nèi)能增量大于A中銀的內(nèi)能增量C．A和B中水銀體積保持不變，故內(nèi)能增量相同D．和中銀溫度始終相同，故內(nèi)能量相同【答案B【解析為A兩中水銀上升的體積是一樣的以水銀槽中水銀面下降的高度相等，外界大氣壓對AB管銀做功相等由于沒有熱交換熱學(xué)第一定律有內(nèi)能增量與外3

界做功有關(guān)。大氣壓做功一方面使水銀上升轉(zhuǎn)變?yōu)樗y的重力勢能，另一方面AB中水銀內(nèi)能增加。由于A中銀重心高于B中，所以A中能大于B中能。外界大氣壓做功又是相等的，所以A中內(nèi)能增量小于B中能量。故B類二熱學(xué)二律例、于熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，下列說法正確的是（）A一定量氣體吸收熱量，其內(nèi)能一定增大不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體C.若分子間距離大，分子勢能一定增大若分子間距離小，分子間引力和斥力都增大【路點(diǎn)重溫?zé)崃W(xué)第一定律二定律分力與分子間距的函數(shù)圖象和分子勢能與分子間距的函數(shù)圖象?！敬鸢窪【解析由熱力學(xué)第一定律可知功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能定量的氣體吸收熱量如果氣體同時(shí)對外做功，且做功比吸熱多，則氣體的內(nèi)能減少項(xiàng)誤；依據(jù)外界做功可使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體項(xiàng)誤若分間的距離小于平衡時(shí)的距離，分子力是斥力，在增大的過程中分子力先做正功，分子勢能先減小項(xiàng)誤；若分子間的距離在減小，分子間的引力和斥力都在增大，只不過斥力增大的快些D項(xiàng)確。【總結(jié)升華關(guān)鍵是要準(zhǔn)確理解力學(xué)第一定律力學(xué)第二定律分子力與分子間距的函數(shù)圖象和分子勢能與分子間距的函數(shù)圖象。（兩個(gè)定律、兩個(gè)圖像）舉反【變式】關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是＿＿＿（填入正確選項(xiàng)前的字母。選對1個(gè)給3分選對給4分，選對3個(gè)給6分每選錯(cuò)1個(gè)扣3分最低得分為分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)增加．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)際宏觀過程是不可逆程【答案ACE【解析】由熱力學(xué)第一定律

，知A正，錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律知C、D這過程在借助于外界幫助的情況下是可以實(shí)現(xiàn)的，所以正、錯(cuò)；由自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的過程都是不可逆的，所以正?！厩逄脽釋W(xué)律能守例5】例、圖為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)在發(fā)器中制冷汽化吸收箱體內(nèi)的熱量過冷凝器時(shí)制冷劑液化放出熱量到箱體外，下列說法正確的是()4

A熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸．冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律D．冰的工作原理違反熱力學(xué)第一定律【路點(diǎn)熱力學(xué)第二定律“量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物但做功是可以的，就不是自發(fā)的了。電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律、第二定律?！敬鸢窧C【解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界因?yàn)橄牧穗娔芤簿褪菍ν饨缟擞绊懙墓ぷ髟聿贿`背能量守恒定律就熱力學(xué)第一定律，選項(xiàng)、C正?！究偨Y(jié)升華是確理解熱力學(xué)第二定律量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物，電冰箱制冷是通過消耗電能對制冷系統(tǒng)做功來實(shí)現(xiàn)的，并不是自的。不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影，消耗了電能對制冷系統(tǒng)做了功，對外界產(chǎn)生了影響。舉反【變式）圖所示，一淙用永動(dòng)機(jī)”輪由5輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展“劃水，動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是A轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來自形狀記憶合金自身C．動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D．片熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量（2如圖所示，內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置。一定質(zhì)量的理想氣體被密封在氣缸內(nèi)，外界大氣壓強(qiáng)為?，F(xiàn)對氣缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后體積由V增為V。在此過01程中，氣體分子平均動(dòng)能_________(選增“增、不或減小”，氣體內(nèi)能化了_____________?！敬鸢福〥（）增大；

(V)1【解析】形狀記憶合金制成的葉片熱水中吸收熱量而伸長，離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)使桿的重心位置發(fā)生變而轉(zhuǎn)動(dòng)，一部分能量散發(fā)空氣中，葉片不斷攪動(dòng)熱水，對5

水做功。但葉片吸收的能量大于對水做的功，水的溫度逐漸降低，當(dāng)與環(huán)境溫度達(dá)到平衡，葉片停止轉(zhuǎn)動(dòng)。故正確的選項(xiàng)為D。（）氣體吸收熱量，溫度升高，氣體分子平均動(dòng)能增大。氣體吸收熱量Q為，對外做功為負(fù)，

W()2

，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，

，氣體內(nèi)能變化了

(V)1

?！厩逄脽釋W(xué)律能守例6】【變式】如圖所示，兩個(gè)相通的容器P、Q間有閥門，中滿氣體，Q為空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱交換，打開閥門K后的氣體進(jìn)入Q中最終達(dá)到平衡，則（）A氣體體積膨脹，內(nèi)能增加B氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加C．體分子勢能增加，壓強(qiáng)可能不變D．Q中體不可能自地全部退回到【答案D【解析】根據(jù)熱力學(xué)第二定律，自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，知D正確。容器內(nèi)氣體自由膨脹氣體與外之間不做功也沒有熱交換氣體的內(nèi)能不變A項(xiàng)正確。氣體分子間作用力很弱，氣體體積變化時(shí)，氣體分子勢能可認(rèn)為不變、項(xiàng)不正確。故選D。類三能守定例、現(xiàn)典型的燃煤發(fā)電廠，總效率一般為，有一座大型燃煤發(fā)電廠，如果發(fā)出

J的力，可供一個(gè)大市使用。下圖表示這座發(fā)電廠的能量流向，請回答：（1燃煤提供的能量應(yīng)等于哪幾項(xiàng)能量之和？（2圖中煙囪廢氣所帶走的能量及渦輪機(jī)損耗沒有標(biāo)出，請你算出來，并在圖上標(biāo)出；（3算出這座發(fā)電廠的總效率；（如圖所示的電廠能量流向?yàn)槟男┑胤竭M(jìn)行改進(jìn)可以提高發(fā)電廠的總效率【思路點(diǎn)撥】抓住能量守恒定律，讀懂圖的意思，進(jìn)行基本計(jì)算?！敬鸢浮恳娊馕觥?

--J1.29【解析仔細(xì)分析發(fā)電過程的能流向圖清各項(xiàng)能量或功之間的關(guān)系根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律可求解。燃煤提供的能量等于進(jìn)入渦輪機(jī)的能量和通過煙囪排出的能量。根據(jù)(1)中的解析可得通過煙囪廢氣所帶走的能量為：E2.5

2.29

標(biāo)圖略。渦輪機(jī)從外界吸熱

2.2，外做功J所以渦輪機(jī)損耗為

99

。標(biāo)圖略。（由能量流向圖可知該發(fā)電廠產(chǎn)生的電能

，消耗的總能量為9

，所以其總效率為

99

100%40%從能量流向圖中可以看出發(fā)電廠的損共達(dá)到1J

即到了60%最要的損耗是渦輪機(jī)的損耗由凝排出所這個(gè)地方應(yīng)作為改造的重點(diǎn)降低通過冷凝器時(shí)能量的消耗以提高渦輪機(jī)效率進(jìn)而提高整個(gè)電廠的效率。另外要盡可能降低另外兩個(gè)途徑的損耗一是通過囪廢氣帶走的能量燃煤鍋爐及其煙囪進(jìn)行改造是減少輸電過程中的電能損耗?！究偨Y(jié)升華轉(zhuǎn)一定要通過做功來實(shí)現(xiàn)的移是要通過某種形式的傳遞來完成。由熱力學(xué)第一定律可知要一系統(tǒng)內(nèi)能增加其系統(tǒng)必須對它傳遞熱量做功或者既傳遞熱量又做功，其他系統(tǒng)減少等量的能量，而二者的總能量保持不變。舉反【變式】取一個(gè)橫截面積是

3m

的不高的圓筒，筒內(nèi)裝水，用來測量射到地面的太陽能，某天中午在太陽光照射后水的溫度升高了1。水的比熱容為4.2×10（kg·（1）計(jì)算在陽光直射