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(jì)算79、熱力學(xué)第二定律 80、能源與環(huán)境 81、能源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 大綱對(duì)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(jí)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(duì)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的理解，在復(fù)習(xí)時(shí)要引起足夠重視。二、命題趨勢(shì) 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(dòng)理論構(gòu)成宏觀(guān)和微觀(guān)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(guān)過(guò)程進(jìn)行方向的規(guī)律。第一定律可能仍然以計(jì)算的形式出現(xiàn)，而本章的其他內(nèi)容會(huì)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(diǎn)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(shí)，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(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加。（3）如果物體對(duì)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?chē)奈矬w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(méi)有做功而使物體內(nèi)能改變的物理過(guò)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(shí)質(zhì)上是其它形式的能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化（2）熱傳遞：實(shí)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(shí)，對(duì)物體做了多少功， 物體的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)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(wú)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(duì)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(gè)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(duì)它所做的功的和。 這個(gè)關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律。2、數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U=W+Q3、符號(hào)法則做功W熱量Q內(nèi)能的改變U取正值“+”外界對(duì)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(fù)值“”系統(tǒng)對(duì)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(shuō)明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒(méi)有做功和熱傳遞就不可能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時(shí)也進(jìn)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(hào)法則寫(xiě)出各已知量（W、Q、U）的正、 負(fù)；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(fù)來(lái)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(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)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(jī)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(shí)樹(shù)立能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì) 憑空消失的觀(guān)點(diǎn)。第二，宣告了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的失敗。4、永動(dòng)機(jī)不可能制成（1）永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功，這種機(jī)器叫永動(dòng)機(jī).人們把這種不消耗能量的永動(dòng)機(jī)叫第一類(lèi)永動(dòng)機(jī). （2）根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無(wú)中生有地制造能量，因此第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.三、熱力學(xué)第二定律 1.可逆與不可逆過(guò)程（1）.熱傳導(dǎo)的方向性熱傳導(dǎo)的過(guò)程可以自發(fā)地由高溫物體向低溫物體進(jìn)行，但相反方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行，即熱傳導(dǎo)具有方向性，是一個(gè)不可逆過(guò)程。(2).說(shuō)明：“自發(fā)地”過(guò)程就是在不受外來(lái)干擾的條件下進(jìn)行的自然過(guò)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(duì)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(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。3.熱機(jī)（1）、熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。其原理 是熱機(jī)從熱源吸收熱量Q1，推動(dòng)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(jī)做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機(jī)效率，用表示，即=4.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī).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(jī)。.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，表示盡管機(jī)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(jī)械能而不引起其他變化； 機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。四、熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)解釋 1、有序和無(wú)序 宏觀(guān)態(tài)和微觀(guān)態(tài)2、熵 增加原理一個(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，而熵值較大代表著較為無(wú)序，所以自發(fā)的宏觀(guān)過(guò)程總是向無(wú)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(guān) 意義一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)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(jī)械能,電能 、化學(xué)能等），當(dāng)它們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后，就成為更加分散且無(wú)序度更大的能量，我們無(wú)法把這些分散的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用，這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)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(wú)序程度較小向無(wú)序程度較大的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)發(fā)生，全額發(fā)生的。而內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過(guò)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(jī)械能。因此，從可被利用的價(jià)值來(lái)看，內(nèi)能較之機(jī)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(huì)使能的總量不會(huì)減少，卻會(huì)導(dǎo)致能的品質(zhì)降低，它實(shí)際上將能量從可用的形式降級(jí)為不大可用的形式，煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放出來(lái)并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。故能量雖然不會(huì)減少但能源會(huì)越來(lái)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(wèn)題，如：兩級(jí)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(duì)人類(lèi)的報(bào)復(fù)。還有一些問(wèn)題，如：煤燃燒時(shí)形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水形成”酸雨“。5、開(kāi)發(fā)和利用新能源新能源主要指太陽(yáng)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(huì)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(dá)到燃點(diǎn)的過(guò)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(guò)程中，外界對(duì)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?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W=8104J；內(nèi)能減少，U取負(fù)值，即U=1.2105J；根據(jù)U=W+Q，可知Q=UW=1.21058104=2105J，即B選項(xiàng)正確。 答案：B例3.一定質(zhì)量的氣體，在壓縮過(guò)程中外界對(duì)氣體做功300J，但這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問(wèn)氣體在此過(guò)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(fù)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(shí)氣體對(duì)外做了6105J的功，問(wèn)： （1）物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？（2）分子勢(shì)能是增加還是減少？（3）分子的平均動(dòng)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(duì)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(fù)，說(shuō)明氣體的內(nèi)能減少了。所以，氣體內(nèi)能減少了1.8105J。（2）因?yàn)闅怏w對(duì)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(fù)功，氣體分子勢(shì)能增加了。（3）因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加，說(shuō)明氣體分子的平均動(dòng)能 一定減少了。例5、下列說(shuō)法中正確的是：A理想氣體吸收熱量?jī)?nèi)能一定增加B第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)槟芰坎粫?huì)憑 空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移 到另一個(gè)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(guò)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(dāng)活塞上沒(méi)有外加壓力，活塞與氣缸間沒(méi)有摩擦，氣體緩慢地膨脹時(shí)；B.上述裝置，當(dāng)活塞上沒(méi)有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時(shí)；C.上述裝置，沒(méi)有摩擦，但調(diào)整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時(shí)；D.在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地?cái)噭?dòng)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?cái)噭?dòng)，可保持溫度不變；F.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的液體進(jìn)行混合；G.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進(jìn)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(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩擦的膨脹，則為可逆過(guò)程。D.這是做功變?yōu)闊岬倪^(guò)程，一定不可逆。E.此過(guò)程中既有“功變熱”又有“熱傳導(dǎo)”，也是不可逆過(guò)程。F.液體的擴(kuò)散是不可逆過(guò)程。G