熱力學(xué)定律與能量守恒

1、一、改變內(nèi)能的兩種方式一、改變內(nèi)能的兩種方式1.1.改變內(nèi)能的兩種方式是改變內(nèi)能的兩種方式是_和和_._.2.2.做功和熱傳遞改變內(nèi)能是做功和熱傳遞改變內(nèi)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(zhuǎn)化與守恒二、能量轉(zhuǎn)化與守恒1.1.熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 (1)(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)它所做功的和。它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做功的和。第第3 3課時(shí)課時(shí) 熱力學(xué)定律與能量守恒熱力學(xué)定律與能量守恒考點(diǎn)自清考點(diǎn)自清做功做功熱傳遞熱傳遞等效等效轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 (

2、2) (2)公式公式:U U= =WW+ +Q Q2.2.熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 表述一表述一:_:_ 熱傳導(dǎo)的方向性熱傳導(dǎo)的方向性. . 表述二表述二:_:_ _ _機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò) 程的方向性程的方向性. .正值正值負(fù)值負(fù)值U U內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少Q(mào) Q吸收熱量吸收熱量放出熱量放出熱量WW外界對(duì)系統(tǒng)做功外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)對(duì)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(kù)吸收熱量不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量, ,使之完全變使之完全變成功成功, ,而不產(chǎn)生其他影響而不產(chǎn)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(huì)憑空產(chǎn)生能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生, ,也不會(huì)憑空消失，它只能從也不會(huì)憑空消失，它只能從 一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式, ,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移 到別的物體到別的物體, ,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變?cè)谵D(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變. .4.4.永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī) 由能量守恒定律知由能量守恒定律知,_,_永動(dòng)機(jī)不可能制成永動(dòng)機(jī)不可能制成. . 由熱力學(xué)第二定律知由熱力學(xué)第二定律知,_,_永動(dòng)機(jī)不可能制成永動(dòng)機(jī)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(lái)，常規(guī)能源帶來(lái) 環(huán)境污染問(wèn)題環(huán)境污染問(wèn)題,

4、 ,如溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等如溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等. . (2) (2)新能源的開(kāi)發(fā)新能源的開(kāi)發(fā): :風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、沼氣、核風(fēng)能、水能、太陽(yáng)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(diǎn)一熱點(diǎn)一 改變物體內(nèi)能的兩種方式的比較改變物體內(nèi)能的兩種方式的比較熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)聚焦做功做功熱傳遞熱傳遞內(nèi)能內(nèi)能變化變化外界對(duì)物體做功外界對(duì)物體做功, ,物體物體的內(nèi)能增加的內(nèi)能增加, ,物體對(duì)外物體對(duì)外做功做功, ,物體的內(nèi)能減小物體的內(nèi)能減小物體吸收熱量物體吸收熱量, ,內(nèi)能增加內(nèi)能增加物體放出熱量物體放出熱量, ,內(nèi)能減小內(nèi)能減小本質(zhì)本質(zhì)其他形

5、式的能與內(nèi)能之其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化間的轉(zhuǎn)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(nèi)能的轉(zhuǎn)不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)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(nèi)能的效做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)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(nèi)能，通過(guò)做功或者熱傳遞要使物體改變同樣的內(nèi)能，通過(guò)做功或者熱傳遞 都可以實(shí)現(xiàn)都可以實(shí)現(xiàn), ,若不知道過(guò)程若不知道過(guò)程, ,我們無(wú)法分辨出是做功還我們無(wú)法分辨出是做功還是熱傳遞實(shí)現(xiàn)的這種改變是熱傳遞實(shí)現(xiàn)的這種改變. .2.2.做功是宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)向物體的微觀分子熱運(yùn)動(dòng)做功是宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)向物體的微

6、觀分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化. .熱傳遞則是通過(guò)分子之間的相互作用熱傳遞則是通過(guò)分子之間的相互作用, ,使不同使不同物體間分子熱運(yùn)動(dòng)變化物體間分子熱運(yùn)動(dòng)變化, ,是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移. .前者能的性質(zhì)前者能的性質(zhì)發(fā)生了變化發(fā)生了變化, ,后者能的性質(zhì)不變后者能的性質(zhì)不變. .3.3.物體的內(nèi)能增加與否物體的內(nèi)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(gè)過(guò)程需要全面考慮兩個(gè)過(guò)程需要全面考慮. . 熱點(diǎn)二熱點(diǎn)二 對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 1.1.熱力學(xué)第一定律不僅熱力學(xué)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(nèi)能的過(guò)程是等效的變內(nèi)能的過(guò)程是等效的, ,而且給出了內(nèi)能的變而且給出了內(nèi)能的變 化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系. .此定律是標(biāo)此定律是標(biāo) 量式量式, ,應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的 焦耳焦耳. .2.2.對(duì)公式對(duì)公式U U= =Q Q+ +WW符號(hào)的規(guī)定符號(hào)的規(guī)定符號(hào)符號(hào)WWQ QU U+ +外界對(duì)物體做功外界對(duì)物體做功物體吸收熱量物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加內(nèi)能增加- -物體對(duì)外界做功物體對(duì)外界做功物體放出熱量物體放出熱量?jī)?nèi)能減少內(nèi)能減少3.3.幾種特殊情況幾種特殊情況 (1)(1)若過(guò)程是絕熱的若過(guò)程是絕熱的, ,

8、則則Q Q=0,=0,WW=U U, ,外界對(duì)物體做外界對(duì)物體做 的功等于物體內(nèi)能的增加的功等于物體內(nèi)能的增加. . (2) (2)若過(guò)程中不做功若過(guò)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(nèi)能的增加熱量等于物體內(nèi)能的增加. . (3) (3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變?nèi)暨^(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變, ,即即U U=0,=0, 則則WW+ +Q Q=0=0或或WW=-=-Q Q. .外界對(duì)物體做的功等于物體放出外界對(duì)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(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)要明確研究的對(duì)象是哪應(yīng)用熱力學(xué)第

9、一定律時(shí)要明確研究的對(duì)象是哪 個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng). . 2. 2.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算時(shí)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算時(shí), ,要依照符號(hào)法則代入要依照符號(hào)法則代入 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù). .對(duì)結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照規(guī)則來(lái)解釋其意義對(duì)結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照規(guī)則來(lái)解釋其意義. .熱點(diǎn)三熱點(diǎn)三 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1.1.在熱力學(xué)第二定律的表述中在熱力學(xué)第二定律的表述中,“,“自發(fā)地自發(fā)地”、“不產(chǎn)不產(chǎn) 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(xué)宏觀現(xiàn)象的指明了熱傳遞等熱力學(xué)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(chǎn)生其他影響不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏 觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成, ,對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力 學(xué)方面的影響學(xué)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(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種表述熱力學(xué)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(guò)程的方向性參與宏觀過(guò)程的方向性, ,進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界 中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性中進(jìn)

11、行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性. . 3.3.熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)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(zhuǎn)化為能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)化為不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)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(nèi)能可在引起其他變化的條件下內(nèi)能可 以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能, ,如氣體的等溫膨脹過(guò)程如氣體的等溫膨脹過(guò)程. . 題型題型1 1 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 【例例1 1】一定質(zhì)量的氣體，在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一一定質(zhì)量的氣體，在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一 個(gè)狀態(tài)的過(guò)程個(gè)狀態(tài)的過(guò)程中中, ,吸收熱量吸收熱量280 280 J

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

14、Q Q、功、功 WW的正負(fù)的正負(fù). .(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(jié)合熱力學(xué)第一定律計(jì)算結(jié)合熱力學(xué)第一定律計(jì)算, ,并做出判斷并做出判斷. .解析解析 (1)(1)由熱力學(xué)第一定律可得由熱力學(xué)第一定律可得U U= =WW+ +Q Q=-120 =-120 J J+280 +280 J J=160 =160 J J內(nèi)能增加了內(nèi)能增加了160 160 J J(2)(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān), ,所以氣體從所以氣體從狀態(tài)狀態(tài)回到回到狀態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從狀態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從狀

15、態(tài)到狀態(tài)到狀狀態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化, ,則從則從狀態(tài)到狀態(tài)到狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)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(xué)第一定律得根據(jù)熱力學(xué)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(duì)氣體做功即外界對(duì)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(duì)氣體做功外界對(duì)氣體做功80 80 J J 1. 1.當(dāng)做功和熱傳遞兩種過(guò)程同

16、時(shí)發(fā)生時(shí)當(dāng)做功和熱傳遞兩種過(guò)程同時(shí)發(fā)生時(shí), , 內(nèi)能的變化就是要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析內(nèi)能的變化就是要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)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(duì)外做功氣體對(duì)外做功, ,WW為負(fù)為負(fù); ;體積縮小體積縮小, ,外界對(duì)氣體做功外界對(duì)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(shí)此時(shí)Q Q=0. =0. 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)變式練習(xí)變式練習(xí)1 1 一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.24.210105 5 J J 的熱量的熱量, ,同時(shí)氣體對(duì)外做了同時(shí)

17、氣體對(duì)外做了6 610105 5 J J的功的功. .問(wèn)問(wèn): : (1) (1)物體的內(nèi)能增加還是減少物體的內(nèi)能增加還是減少? ?變化量是多少變化量是多少? ? (2) (2)分子勢(shì)能是增加還是減少分子勢(shì)能是增加還是減少? ? (3) (3)分子的平均動(dòng)能是增加還是減少分子的平均動(dòng)能是增加還是減少? ? 解析解析 (1)(1)因?yàn)闅怏w從外界吸熱因?yàn)闅怏w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(duì)外做功又因氣體對(duì)外做功, ,所以所以WW=-6=-610105 5 J J 由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)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(fù)為負(fù), ,說(shuō)明氣體的內(nèi)能減少了說(shuō)明氣體的內(nèi)能減少了1.81.810105 5 J J. .(2)(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功因?yàn)闅怏w對(duì)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(fù)功分子力做負(fù)功, ,氣體分子勢(shì)能增加氣體分子勢(shì)能增加. .(3)(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少, ,同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加, ,說(shuō)明說(shuō)明氣體分子的平均動(dòng)能一定減少了氣體

19、分子的平均動(dòng)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(xué)第二定律的理解熱力學(xué)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(jī)工作壓縮機(jī)工作 時(shí)時(shí), ,強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)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(nèi)的熱量蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量, ,經(jīng)過(guò)冷凝經(jīng)過(guò)冷凝 器時(shí)制冷劑液化器時(shí)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(shuō)法正確的

20、是下列說(shuō)法正確的是 ( ) ( ) A.A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)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(nèi)的熱量傳到電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到 外界外界, ,是因?yàn)槠湎牧穗娔苁且驗(yàn)槠湎牧穗娔蹸.C.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)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(guān)系有怎樣的關(guān)系? ? 結(jié)合熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)

21、第二定律的結(jié)合熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行研究分析相關(guān)知識(shí)進(jìn)行研究分析. . 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥解析解析 (1)(1)熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形 式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律, ,是能的是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律轉(zhuǎn)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(xué)過(guò)程適用于所有的熱學(xué)過(guò)程, ,故故C C正確正確, ,D D錯(cuò)誤錯(cuò)誤. .由熱力學(xué)第由熱力學(xué)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(nèi)部傳到高溫的外部?jī)?nèi)部傳到高溫的外部, ,需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能, ,故應(yīng)選故應(yīng)選B B、C C. .(2)(2)由熱力學(xué)第一定律可知由熱力學(xué)第一定律可知, ,電冰箱從冰箱內(nèi)吸收了熱電冰箱從冰箱內(nèi)吸收了熱量量, ,同時(shí)消耗了電能同時(shí)消耗了電能, ,釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多收的熱量多. .答案答案 (1)(1)BCBC (2)(2)見(jiàn)解析見(jiàn)解析 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 涉及熱力學(xué)第二定律的問(wèn)題分析技巧涉及熱力學(xué)第二定律的問(wèn)題分析技巧: : (1)(1)理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì), ,清楚熱力學(xué)第二定

23、律清楚熱力學(xué)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(xué)第二定律的一些等效說(shuō)法掌握熱力學(xué)第二定律的一些等效說(shuō)法. .如如:“:“第二類第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成永動(dòng)機(jī)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(jī)機(jī)”等等. . 變式練習(xí)變式練習(xí)2 2 圖圖2 2甲是根據(jù)熱力學(xué)第二定律的第一種甲是根據(jù)熱力學(xué)第二定律的第一種 表述畫(huà)出的示意圖表述畫(huà)出的示意圖: :外界對(duì)致冷機(jī)做功外界對(duì)致冷機(jī)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(qǐng)你根據(jù)第二種表述完成請(qǐng)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(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是 什么？什么？ 圖圖2 2 答案答案 如下圖所示如下圖所示實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): :一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性 題型題型3 3 熱學(xué)問(wèn)題與能量觀點(diǎn)的結(jié)合熱學(xué)問(wèn)題與能量觀點(diǎn)的結(jié)合 【例例3 3】如圖如圖3 3所示所示, ,內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸豎直固定內(nèi)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(kāi)口向上汽缸開(kāi)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(diǎn)通過(guò)細(xì)線系一質(zhì)量為點(diǎn)通過(guò)細(xì)線系一質(zhì)量為m m=8 =8 kgkg的的 球球, ,球心到球心到O O點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為L(zhǎng) L=2 =2 m m. .活塞與支架的總質(zhì)活塞與支架的總質(zhì) 量為量為MM=12 =12 kgkg, ,已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣纫阎?dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 g=10 =10 m/sm/s2 2, ,大大 氣壓強(qiáng)氣壓強(qiáng)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(xì)線拉直到水平將細(xì)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(dāng)球第一當(dāng)球第一 次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí), ,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(shí)細(xì)線中的拉力為此時(shí)細(xì)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(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中汽缸中的氣體釋放到第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中汽缸中的氣體 增加的內(nèi)能增加的內(nèi)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(duì)整體為研究對(duì)象象, ,對(duì)此整體受力分析如右圖所示對(duì)此整體受力分析如右圖所示, ,從細(xì)線從細(xì)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(guò)程速度為零的過(guò)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(duì)表示氣體對(duì)活塞壓力的功活塞壓力的功, ,用動(dòng)能定理用動(dòng)能定理: :mgmg( (L L+ +h h)+)+MghMgh+ +p p0 0S Sh h- -WW氣體氣體= = 再對(duì)小球在最低點(diǎn)受力分析可知再對(duì)小球在最低點(diǎn)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(shí)懸點(diǎn)此時(shí)懸點(diǎn)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(nèi)能的方式只有做功，由改變氣體

28、內(nèi)能的方式只有做功，由牛頓第三定律知?dú)怏w對(duì)活塞牛頓第三定律知?dú)怏w對(duì)活塞, ,和活塞對(duì)氣體的力是一和活塞對(duì)氣體的力是一對(duì)作用力與反作用力對(duì)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(duì)氣體故活塞對(duì)氣體做的功做的功( (外界對(duì)氣體做功外界對(duì)氣體做功) )WW=E E=228 =228 J J. . 答案答案 228 228 J J Lm2 0212 m【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】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(gè)突破點(diǎn)本題有兩個(gè)突破點(diǎn). .其一是求解內(nèi)能變其一是求解內(nèi)能變 化的方法化的方法, ,通過(guò)對(duì)

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

30、的數(shù)值問(wèn)題恰好解決了活塞對(duì)氣體做功的數(shù)值問(wèn)題, ,這這 也是突破本題難點(diǎn)重要一步也是突破本題難點(diǎn)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(zhì)量為質(zhì)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(yīng)落下多少次氣錘至少應(yīng)落下多少次?(?(設(shè)氣錘撞擊鐵塊時(shí)做的功設(shè)氣錘撞擊鐵塊時(shí)做的功 有有60%60%用來(lái)使鐵塊溫度升高用來(lái)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(guò)程中只有重力做功氣錘下落過(guò)程中只有重力做功, ,機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒, , 因而氣錘撞擊鐵塊時(shí)動(dòng)能為因而氣錘撞擊鐵塊時(shí)動(dòng)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(dòng)能定理知?dú)忮N撞擊鐵塊所做的功為由動(dòng)能定理知?dú)忮N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(shè)氣錘下落設(shè)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(zhuǎn)化由能的轉(zhuǎn)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(xué)將空的薄金屬某同學(xué)將空的薄金屬 筒開(kāi)口向下壓入水中筒開(kāi)口向下壓入水中. .設(shè)水溫均勻設(shè)

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

34、子勢(shì)能始終不變分子勢(shì)能始終不變, ,筒內(nèi)空氣分子的平均動(dòng)能不筒內(nèi)空氣分子的平均動(dòng)能不變變, ,所以筒內(nèi)空氣的內(nèi)能不變所以筒內(nèi)空氣的內(nèi)能不變. .筒內(nèi)空氣的體積減小筒內(nèi)空氣的體積減小, ,外界對(duì)氣體做功外界對(duì)氣體做功, ,根據(jù)熱力學(xué)第一定律根據(jù)熱力學(xué)第一定律:U U= =WW+ +Q Q, ,可可知筒內(nèi)空氣向外放熱知筒內(nèi)空氣向外放熱. . 答案答案 C2.2.下列關(guān)于熱力學(xué)三定律的表述中正確的是下列關(guān)于熱力學(xué)三定律的表述中正確的是 ( ) ( ) A. A.熱力學(xué)零度不可達(dá)到熱力學(xué)零度不可達(dá)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(xué)表達(dá)式是其數(shù)學(xué)表達(dá)式是U U= =Q Q+ +W W D. D.能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中總量保持不變能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中總量保持不變 解析解析 熱力學(xué)零度只可接近不能達(dá)到熱力學(xué)零度只可接近不能達(dá)到, ,A A正確正確; ;B B是是 熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容，熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容，C C是熱力學(xué)第一定律的表是熱力學(xué)第一定律的表 達(dá)式達(dá)式, ,D D是能量守恒定律內(nèi)容是能量守恒定律內(nèi)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(zhì)量、相同溫度的同種氣體質(zhì)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(shì)能可忽略互作用勢(shì)能可忽略. .現(xiàn)通過(guò)電熱絲對(duì)氣體現(xiàn)通過(guò)電熱絲對(duì)氣體a a加熱一段加熱一段 時(shí)間后時(shí)間后, ,a a、b b各自達(dá)到新的平衡各自達(dá)到新的平衡 ( )( ) A. A.a a的體積增大了的體積增大了, ,壓強(qiáng)變小了壓強(qiáng)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(yùn)動(dòng)比的分子熱運(yùn)動(dòng)比b b分子熱運(yùn)動(dòng)更激烈分子熱運(yùn)動(dòng)更激烈 D.D.a a增加的內(nèi)能大于增加的內(nèi)能大于

37、b b增加的內(nèi)能增加的內(nèi)能 解析解析 a a氣體受熱膨脹，通過(guò)活塞壓縮氣體氣體受熱膨脹，通過(guò)活塞壓縮氣體b b，對(duì)，對(duì)b b做做 功功, ,氣體氣體b b體積減小體積減小, ,由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律, ,b b內(nèi)能增加內(nèi)能增加, ,溫溫度升高度升高, ,則則b b氣體壓強(qiáng)增大，最終達(dá)到平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)增大，最終達(dá)到平衡時(shí), ,a a氣體和氣體和b b氣體壓強(qiáng)相等氣體壓強(qiáng)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(xiàng)正確選項(xiàng)正確. . 答案答案 BCD4.4.下列關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)和熱

38、現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是下列關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)和熱現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是( ) ( ) A A. .氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi)氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi), ,這是因?yàn)檫@是因?yàn)?氣體分子之間存在勢(shì)能的緣故氣體分子之間存在勢(shì)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(shì)能增加之間的勢(shì)能增加 C C. .對(duì)于一定量的氣體對(duì)于一定量的氣體, ,如果壓強(qiáng)不變?nèi)绻麎簭?qiáng)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?nèi)绻麣怏w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(dòng)能增大分子的平均動(dòng)能增大, ,因此壓強(qiáng)必然增大因此壓強(qiáng)必然增大 E.E.一定量氣體的內(nèi)能等于其所一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和 分子之間勢(shì)能的總和分子之間勢(shì)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(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的氣體分子是做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的, ,故失去容器后就故失去容器后就 會(huì)散開(kāi)會(huì)散開(kāi), ,A A錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;B B分子平均動(dòng)能不變分子平均動(dòng)能不變, ,但要吸熱來(lái)增加但要吸熱來(lái)增加分子勢(shì)能分子勢(shì)能, ,B B正確正確