高中物理 熱力學(xué)定律與能量守恒課件 教科版選修33

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1、第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒考點考點1 1 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律1.1.改變物體內(nèi)能的兩種方式改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)_;(2)_.(1)_;(2)_.2.2.熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律(1)(1)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_與外界對它所做的功的和與外界對它所做的功的和. .(2)(2)表達式：表達式：U=_.U=_. 做功做功熱傳遞熱傳遞熱量熱量Q+WQ+W1.1.改變內(nèi)能的兩種方式的比較改變內(nèi)能的兩種方式的比較方式名稱方式名稱比較項目比較項目做做 功功熱傳遞熱傳遞區(qū)區(qū)別別內(nèi)能變化內(nèi)能變化情況情況從運動形從運

2、動形式上看式上看從能量的從能量的角度看角度看能的性質(zhì)能的性質(zhì)變化情況變化情況相互聯(lián)系相互聯(lián)系外界對物體做功，物體的內(nèi)外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減少物體放出熱量，內(nèi)能減少做功是宏觀的機械運動向做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的物體的微觀分子熱運動的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化熱傳遞則是通過分子之間的相熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動分或不同物體間的分子熱運動發(fā)生變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移發(fā)生變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移

3、做功是其他形式的能與內(nèi)能做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程相互轉(zhuǎn)化的過程能的性質(zhì)發(fā)生了變化能的性質(zhì)發(fā)生了變化不同物體間或同一物體不同不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移能的性質(zhì)不變能的性質(zhì)不變做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的2.U=W+Q2.U=W+Q中正、負號法則中正、負號法則意義意義符號符號WQ+ +- -U物物量量理理外界對物體做功外界對物體做功物體吸收熱量物體吸收熱量內(nèi)能增加內(nèi)能增加物體對外界做功物體對外界做功物體放出熱量物體放出熱量內(nèi)能減少內(nèi)能減少3.U=Q+W3.U=Q+W的

4、三種特殊情況的三種特殊情況(1)(1)若過程是絕熱的，則若過程是絕熱的，則Q=0,W=U,Q=0,W=U,外界對物體做的功等于物體外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加內(nèi)能的增加. .(2)(2)若過程是等容的，即若過程是等容的，即W=0,Q=UW=0,Q=U，物體吸收的熱量等于物體，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加內(nèi)能的增加. .(3)(3)若過程是等溫的，即若過程是等溫的，即UU0 0，則，則W+Q=0W+Q=0或或W=-QW=-Q，外界對物體，外界對物體做的功等于物體放出的熱量做的功等于物體放出的熱量. .4.4.對溫度、內(nèi)能、熱量和功的三點說明對溫度、內(nèi)能、熱量和功的三點說明(1)(1)溫

5、度、內(nèi)能、熱量和功是熱學(xué)中相互關(guān)聯(lián)的四個物理量溫度、內(nèi)能、熱量和功是熱學(xué)中相互關(guān)聯(lián)的四個物理量. .當物當物體的內(nèi)能改變時，溫度不一定改變體的內(nèi)能改變時，溫度不一定改變. .只有當通過熱傳遞改變物體內(nèi)只有當通過熱傳遞改變物體內(nèi)能時才會有熱量傳遞，但能的形式?jīng)]有發(fā)生變化能時才會有熱量傳遞，但能的形式?jīng)]有發(fā)生變化. .(2)(2)熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣是過程量，熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣是過程量，離開過程談熱量毫無意義離開過程談熱量毫無意義. .就某一狀態(tài)而言，只有就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能內(nèi)能”，根本，根本不存在不存在“熱量熱量”和和“功功”，因此不能說一個系統(tǒng)中

6、含有，因此不能說一個系統(tǒng)中含有“多少熱多少熱量量”或或“多少功多少功”. .(3)(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著物體一定會對外做功或向外傳遞熱物體的內(nèi)能大，并不意味著物體一定會對外做功或向外傳遞熱量量. .只有物體的內(nèi)能變化較大時，做的功或傳遞的熱量才會多只有物體的內(nèi)能變化較大時，做的功或傳遞的熱量才會多. .考點考點2 2 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律1.1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)(1)克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而_其他影響其他影響. .(2)(2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量

7、使之全部變?yōu)橛杏瞄_爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量使之全部變?yōu)橛杏玫墓Χ墓Χ鴂._.不產(chǎn)生不產(chǎn)生不產(chǎn)生其他影響不產(chǎn)生其他影響2.2.用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律孤立系統(tǒng)的熵總是孤立系統(tǒng)的熵總是_的的,或者孤立系統(tǒng)的熵總不或者孤立系統(tǒng)的熵總不_ (填填“增增加加”或或“減少減少”）. 3.3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的_增大的方向進行增大的方向進行. .無序性無序性增加增加減少減少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)生其他影不產(chǎn)生其

8、他影響響”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)象的方向性，不需指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助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)宏觀過程只在本的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響. .如吸熱、放如吸熱、放熱、做功等熱、做功等. .2.2.熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)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

9、程的方向性程的方向性, ,進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性觀過程都具有方向性. .3.3.熱力學(xué)過程方向性實例熱力學(xué)過程方向性實例(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(V(V1 1V0W0，下滑過程不與外界發(fā)生熱交換，下滑過程不與外界發(fā)生熱交換，Q=0Q=0，由熱，由熱力學(xué)第一定律力學(xué)第一定律U=W+QU=W+Q可知內(nèi)能增大，可知內(nèi)能增大，A A正確，正確，B B、C C、D D錯誤錯誤. .【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】判定

10、物體內(nèi)能變化的方法判定物體內(nèi)能變化的方法(1)(1)當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時，內(nèi)能的變化就要用熱當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進行綜合分析力學(xué)第一定律進行綜合分析. .(2)(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W W為負；為負；體積縮小，外界對氣體做功，體積縮小，外界對氣體做功，W W為正為正. .(3)(3)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q=0.Q=0.(4)(4)如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒

11、有分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏所以當它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化觀上看就是溫度發(fā)生了變化. . 熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用【例證【例證2 2】如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖】如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖. .壓縮機工作時，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán). .在蒸發(fā)器中制冷劑汽在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外箱體外. .(1)(1)下列說法正確

12、的是下列說法正確的是_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)的熱量傳到外界，是電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能因為其消耗了電能C.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外界的熱量電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？相比，有怎樣的關(guān)系？【解題指南】【解題指南】結(jié)合熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)

13、第二定律的相關(guān)知結(jié)合熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律的相關(guān)知識進行研究分析識進行研究分析. .【自主解答】【自主解答】(1)(1)選選B B、C.C.熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其熱力學(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，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故用于所有的熱學(xué)過程，故C C正確，正確，D D錯誤；錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助物體，除非有外界的影響或幫助. .電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳電冰

14、箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故B B正確，正確，A A錯錯誤誤. .(2)(2)由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱量，同時消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量，同時消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多量多. .【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】解答本題的關(guān)鍵在于理解熱力學(xué)第一、第二定律，解答本題的關(guān)鍵在于理解熱力學(xué)第一、第二定律，特別是對第二定律應(yīng)理解特別是對第二定律應(yīng)理解“自發(fā)地自發(fā)地”和和“不產(chǎn)生其他影響不產(chǎn)生其他影響”的的涵

15、義涵義. .第第(1)(1)問中易錯選問中易錯選A.A.原因是誤認為熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到原因是誤認為熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外，其實熱量在從冰箱內(nèi)傳到冰箱外時，需要壓縮機的幫冰箱外，其實熱量在從冰箱內(nèi)傳到冰箱外時，需要壓縮機的幫助，并消耗電能，并不是助，并消耗電能，并不是“自發(fā)地自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響不產(chǎn)生其他影響”. . 氣體實驗定律與熱力學(xué)定律綜合氣體實驗定律與熱力學(xué)定律綜合【例證【例證3 3】(8(8分分) )如圖，體積為如圖，體積為V V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部、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)密封有溫度為有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活

16、塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T2.4T0 0、壓、壓強為強為1.2 p1.2 p0 0的理想氣體，的理想氣體，p p0 0和和T T0 0分別為大氣的壓強和溫度分別為大氣的壓強和溫度. .已知：已知：氣體內(nèi)能氣體內(nèi)能U U與溫度與溫度T T的關(guān)系為的關(guān)系為U=T,U=T,為正的常量；容器內(nèi)氣體的為正的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的所有變化過程都是緩慢的. .求：求：(1)(1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積汽缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V V1 1; ;(2)(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q.Q.【解題指南】【解題指南】可按以下

17、思路分析此題：可按以下思路分析此題：【規(guī)范解答】【規(guī)范解答】(1)(1)在氣體由在氣體由p=1.2pp=1.2p0 0下降到下降到p p0 0的過程中，氣體體的過程中，氣體體積不變，溫度由積不變，溫度由T=2.4 TT=2.4 T0 0變?yōu)樽優(yōu)門 T1 1，由查理定律得，由查理定律得 (2(2分分) )在氣體溫度由在氣體溫度由T T1 1變?yōu)樽優(yōu)門 T0 0的過程中，體積由的過程中，體積由V V減小到減小到V V1 1，氣體壓強，氣體壓強不變，不變，由蓋呂薩克定律得由蓋呂薩克定律得解得解得 (2(2分分) )01pTTp110TV,VT101T2T1VV2(2)(2)在活塞下降過程中，活塞對氣

18、體做的功為在活塞下降過程中，活塞對氣體做的功為W=pW=p0 0(V-V(V-V1 1) (1) (1分分) )在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少為在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少為U=(TU=(T1 1-T-T0 0) (1) (1分分) )由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為Q=W+U, (1Q=W+U, (1分分) )解得解得 (1(1分分) )答案：答案：(1)(1)001Qp VT21V2 0012p VT2【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的處理方氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的處理方法法(1)(1)氣體實驗定律研究

19、對象是一定質(zhì)量的理想氣體氣體實驗定律研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體. .(2)(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵，解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵，根據(jù)不同的變化，找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量，利用相關(guān)規(guī)根據(jù)不同的變化，找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量，利用相關(guān)規(guī)律解決律解決. .(3)(3)對理想氣體，只要體積變化外界對氣體對理想氣體，只要體積變化外界對氣體( (或氣體對外界或氣體對外界) )要做要做功功W=pVW=pV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能要發(fā)生變化；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能要發(fā)生變化. .(4)(4)結(jié)合熱力學(xué)第一定律結(jié)合熱力學(xué)第一定律U=W+QU=W+

20、Q求解問題求解問題. .1.(20111.(2011福建高考福建高考) )一定量的理想氣體在某一過程中，從外界一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量吸收熱量2.52.510104 4 J J，氣體對外界做功，氣體對外界做功1.01.010104 4 J J，則該理想，則該理想氣體的氣體的( )( )A.A.溫度降低，密度增大溫度降低，密度增大 B.B.溫度降低，密度減小溫度降低，密度減小C.C.溫度升高，密度增大溫度升高，密度增大 D.D.溫度升高，密度減小溫度升高，密度減小【解析】【解析】選選D.D.由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律U=W+QU=W+Q，Q=2.5Q=2.510104

21、4 J J，W=W=-1.0-1.010104 4 J J，可知，可知UU大于零，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，大于零，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，A A、B B錯；氣體對外做功，體積增大，密度減小，錯；氣體對外做功，體積增大，密度減小，C C錯，錯，D D對對. .2.(20112.(2011大綱版全國卷大綱版全國卷) )關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是是( )( )A.A.氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B.B.氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減小氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減小C.C.氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能

22、一定增加D.D.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減小外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減小【解析】【解析】選選A A、D.D.如果氣體等溫膨脹，則氣體的內(nèi)能不變，吸收如果氣體等溫膨脹，則氣體的內(nèi)能不變，吸收熱量全部用來對外做功，熱量全部用來對外做功，A A正確；當氣體體積增大時，對外做功，正確；當氣體體積增大時，對外做功，若同時吸收熱量，且吸收的熱量大于或等于對外做功的數(shù)值時，若同時吸收熱量，且吸收的熱量大于或等于對外做功的數(shù)值時，內(nèi)能不會減小，所以內(nèi)能不會減小，所以B B錯誤；若氣體吸收熱量同時對外做功，其錯誤；若氣體吸收熱量同時對外做功，其內(nèi)能也不一定增加，內(nèi)能也不一定增加，C C錯誤；若外界對氣體

23、做功同時氣體向外放錯誤；若外界對氣體做功同時氣體向外放出熱量，且放出的熱量多于外界對氣體所做的功，則氣體內(nèi)能出熱量，且放出的熱量多于外界對氣體所做的功，則氣體內(nèi)能減小，所以減小，所以D D正確正確. .3.3.關(guān)于永動機和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是關(guān)于永動機和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是( )( )A.A.第二類永動機違反能量守恒定律第二類永動機違反能量守恒定律B.B.如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C.C.外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D.D.做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，

24、但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的【解析】【解析】選選D.D.第二類永動機違反熱力學(xué)第二定律并不違反能量第二類永動機違反熱力學(xué)第二定律并不違反能量守恒定律，守恒定律，A A錯誤錯誤. .由熱力學(xué)第一定律可知吸收熱量物體的內(nèi)能由熱力學(xué)第一定律可知吸收熱量物體的內(nèi)能不一定增加，不一定增加，B B錯誤錯誤. .同理外界對物體做功，物體的內(nèi)能也不一同理外界對物體做功，物體的內(nèi)能也不一定增加，定增加，C C錯誤錯誤. .做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但做功做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但做功是

25、能量的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是能量的轉(zhuǎn)移，是能量的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是能量的轉(zhuǎn)移，D D正確正確. .【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】兩類永動機的比較兩類永動機的比較分類分類 第一類永動機第一類永動機 第二類永動機第二類永動機 設(shè)計要求設(shè)計要求 不需要任何動力或燃不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外料，卻能不斷地對外做功的機器做功的機器 從單一熱源吸收熱從單一熱源吸收熱量，使之完全變成量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他功，而不產(chǎn)生其他影響的機器影響的機器不可能不可能制成的原因制成的原因 違背能量守恒違背能量守恒 不違背能量守恒，不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定違背熱力學(xué)第二定律律 4.4.關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的

26、是關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是( )( )A.A.在一定條件下物體的溫度可以降到在一定條件下物體的溫度可以降到0 K0 KB.B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C.C.吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D.D.壓縮氣體總能使氣體的溫度升高壓縮氣體總能使氣體的溫度升高【解析】【解析】選選B.B.由熱力學(xué)第三定律知，絕對零度不可能達到，由熱力學(xué)第三定律知，絕對零度不可能達到，A A錯；錯；由熱力學(xué)第二定律知，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于由熱力學(xué)第二定律知，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，但是將產(chǎn)生其他影響

27、，做功，但是將產(chǎn)生其他影響，B B對；物體吸收了熱量，若全部用對；物體吸收了熱量，若全部用于對外做功，其內(nèi)能不變，于對外做功，其內(nèi)能不變，C C錯；壓縮氣體，若氣體向外放熱，錯；壓縮氣體，若氣體向外放熱，氣體的溫度不一定升高，氣體的溫度不一定升高，D D錯錯. .5.(20125.(2012南京模擬南京模擬)(1)(1)下列說法正確的是下列說法正確的是_.(_.(填寫選項前填寫選項前的字母的字母) )A.A.機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性B.B.大顆粒的鹽磨成細鹽，就變成了非晶體大顆粒的鹽磨成細鹽，就變成了非晶體C.C.第二類永動機不違反能量守恒定律，它是能制造出來的

28、第二類永動機不違反能量守恒定律，它是能制造出來的D.D.當溫度由當溫度由2020變?yōu)樽優(yōu)?040時，物體分子的平均動能應(yīng)變?yōu)樵瓉頃r，物體分子的平均動能應(yīng)變?yōu)樵瓉淼牡? 2倍倍 (2)(2)如圖所示的圓柱形汽缸固定于水平面上，如圖所示的圓柱形汽缸固定于水平面上，缸內(nèi)用活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，已缸內(nèi)用活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，已知汽缸的橫截面積為知汽缸的橫截面積為S S，活塞重為，活塞重為G G，大氣壓，大氣壓強為強為p p0 0. .將活塞固定，使汽缸內(nèi)氣體溫度升高將活塞固定，使汽缸內(nèi)氣體溫度升高11，氣體吸收的熱量為，氣體吸收的熱量為Q Q1 1；如果讓活塞可以緩慢自由滑動；如果讓活塞可

29、以緩慢自由滑動( (活活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣，且不計氣體的重力塞與汽缸間無摩擦、不漏氣，且不計氣體的重力) )，也使汽缸內(nèi)，也使汽缸內(nèi)氣體溫度升高氣體溫度升高11，其吸收的熱量為，其吸收的熱量為Q Q2 2. .簡要說明簡要說明Q Q1 1和和Q Q2 2哪個大些哪個大些. .求汽缸內(nèi)氣體溫度升高求汽缸內(nèi)氣體溫度升高11時活塞向上移動的高度時活塞向上移動的高度h.h.【解析】【解析】(1)(1)選選A.A.機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，A A正確正確. .大顆大顆粒的鹽磨成細鹽還是晶體，粒的鹽磨成細鹽還是晶體，B B錯誤錯誤. .第二類永動機不違反能量守第二類

30、永動機不違反能量守恒定律但違反熱力學(xué)第二定律，制造不出來，恒定律但違反熱力學(xué)第二定律，制造不出來，C C錯誤錯誤. .當溫度由當溫度由2020變?yōu)樽優(yōu)?040時，物體分子的平均動能增加，但并不是變?yōu)樵瓡r，物體分子的平均動能增加，但并不是變?yōu)樵瓉淼膩淼? 2倍，倍，D D錯誤錯誤. .(2)(2)等容過程，吸收的熱量，用于增加氣體的內(nèi)能，等容過程，吸收的熱量，用于增加氣體的內(nèi)能，UU1 1=Q=Q1 1. .等壓過程，吸收的熱量，用于增加氣體的內(nèi)能和對外做功，等壓過程，吸收的熱量，用于增加氣體的內(nèi)能和對外做功，222UWQ又又UU2 2=U=U1 1，則，則Q Q1 1Q Q2 2氣體對外做功氣

31、體對外做功活塞向上移動的高度活塞向上移動的高度答案：答案：(1)A (2)(1)A (2)見解析見解析 20Wp SG h210QQhp SG210QQp SG6.(1)6.(1)下列說法正確的是下列說法正確的是_._.A.A.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量能夠從高溫物體傳到低溫物根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不可能從低溫物體傳到高溫物體體，但不可能從低溫物體傳到高溫物體B.B.固體小顆粒在液體中的布朗運動是由固體分子的無規(guī)則運動固體小顆粒在液體中的布朗運動是由固體分子的無規(guī)則運動引起的引起的C.C.物體的溫度為物體的溫度為00時，物體分子的平均動能為零時，物體分子的

32、平均動能為零D.D.一定質(zhì)量的理想氣體，保持溫度不變，壓強隨體積增大而減一定質(zhì)量的理想氣體，保持溫度不變，壓強隨體積增大而減小的微觀原因是氣體分子的密集程度減小了小的微觀原因是氣體分子的密集程度減小了(2)(2012(2)(2012南通模擬南通模擬) )一定質(zhì)量的一定質(zhì)量的理想氣體壓強理想氣體壓強p p與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T T的關(guān)的關(guān)系圖像如圖所示，系圖像如圖所示，ABAB、BCBC分別與分別與p p軸軸和和T T軸平行，氣體在狀態(tài)軸平行，氣體在狀態(tài)A A時的壓強時的壓強為為p p0 0, ,體積為體積為V V0 0, ,在狀態(tài)在狀態(tài)B B時的壓強為時的壓強為2p2p0 0, ,則氣體在

33、狀態(tài)則氣體在狀態(tài)B B時的體積為時的體積為_；氣體從狀態(tài)；氣體從狀態(tài)A A經(jīng)狀態(tài)經(jīng)狀態(tài)B B變化變化到狀態(tài)到狀態(tài)C C的過程中，對外做的功為的過程中，對外做的功為W W，內(nèi)能增加了，內(nèi)能增加了UU，則此過程，則此過程氣體氣體_（選填（選填“吸收吸收”或或“放出放出”）的熱量為）的熱量為_._.【解析】【解析】(1)(1)選選D.D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫根據(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而不引起其他變化，物體傳到高溫物體而不引起其他變化，A A錯；布朗運動是由于液錯；布朗運動是由于液體分子對固體小顆粒的碰撞引起的，體分子對固體小顆粒的碰撞引起的，B B錯

34、；物體分子的平均動能錯；物體分子的平均動能永遠不會為零，永遠不會為零，C C錯；一定質(zhì)量的理想氣體，溫度不變，壓強取錯；一定質(zhì)量的理想氣體，溫度不變，壓強取決于分子密度，體積增大，分子密度減小，故壓強減小，決于分子密度，體積增大，分子密度減小，故壓強減小，D D正確正確. .(2)(2)從從A A到到B B為等溫變化，由玻意耳定律知：為等溫變化，由玻意耳定律知：p p0 0V V0 0=2p=2p0 0V VB B所以所以根據(jù)根據(jù)U=U=（-W-W）+Q+Q可得可得Q=U+WQ=U+W因為因為U0U0，-W0-W0Q0所以氣體吸熱所以氣體吸熱U+WU+W答案：答案：(1)D (2) (1)D

35、(2) 吸收吸收 U+WU+W0BVV20V27.(20117.(2011江蘇高考江蘇高考)(1)(1)如圖所示，一演示用的如圖所示，一演示用的“永動機永動機”轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪由由5 5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片葉片. .輕推轉(zhuǎn)輪后，進入熱水的葉片因伸展而輕推轉(zhuǎn)輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水劃水”，推動轉(zhuǎn)，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動. .離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動. .下列說法正確的是下列說法正確的是( )( )A.A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要

36、消耗外界能量轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量B.B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身C.C.轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高D.D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量(2)(2)如圖所示，內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置，如圖所示，內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在汽缸內(nèi)，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在汽缸內(nèi)，外界大氣壓強為外界大氣壓強為p p0 0. .現(xiàn)對汽缸緩慢加熱，氣現(xiàn)對汽缸緩慢加熱，氣體吸收熱量體吸收熱量Q Q后，體積由后，體積由V

37、V1 1增大為增大為V V2 2，則在此過程中，氣體分子，則在此過程中，氣體分子平均動能平均動能_(_(選填選填“增大增大”、“不變不變”或或“減小減小”) )，氣體，氣體內(nèi)能變化了內(nèi)能變化了_._.(3)(3)某同學(xué)在進行某同學(xué)在進行“用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子的大小”的實驗前，查閱的實驗前，查閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質(zhì)量數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質(zhì)量M M0.283 kgmol0.283 kgmol-1-1，密度，密度= = 0.8950.89510103 3 kgmkgm-3-3. .若若100100滴油酸的體積為滴油酸的體積為1 mL1 mL，則，則1 1滴油酸所能滴油酸所

38、能形成的單分子油膜的面積約是多少？形成的單分子油膜的面積約是多少？( (取取N NA A6.026.0210102323 mol mol-1-1，球的體積球的體積V V與直徑與直徑D D的關(guān)系為的關(guān)系為 結(jié)果保留一位有效數(shù)字結(jié)果保留一位有效數(shù)字) )31VD6，【解題指南】【解題指南】解答本題時注意理解以下三點：解答本題時注意理解以下三點：(1)“(1)“永動機永動機”轉(zhuǎn)動時能量的來源；轉(zhuǎn)動時能量的來源；(2)(2)影響理想氣體內(nèi)能大小的因素；影響理想氣體內(nèi)能大小的因素；(3)(3)油膜法估測分子大小的原理油膜法估測分子大小的原理. .【解析】【解析】(1)(1)選選D.D.該該“永動機永動機

39、”葉片進入水中，吸收熱量而伸展葉片進入水中，吸收熱量而伸展劃水，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，離開水面后向空氣中放熱，葉片形狀迅劃水，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，離開水面后向空氣中放熱，葉片形狀迅速恢復(fù)，所以轉(zhuǎn)動的能量來自熱水，由于不斷向空氣釋放熱量，速恢復(fù)，所以轉(zhuǎn)動的能量來自熱水，由于不斷向空氣釋放熱量，所以水溫逐漸降低，所以水溫逐漸降低，A A、B B、C C錯，錯，D D對對. .(2)(2)氣體做等壓變化，體積變大，溫度升高，平均動能增大，內(nèi)氣體做等壓變化，體積變大，溫度升高，平均動能增大，內(nèi)能的變化為能的變化為U=Q-pU=Q-p0 0(V(V2 2-V-V1 1).).(3)(3)一個油酸分子的體積一個油酸分子

40、的體積分子直徑為分子直徑為單分子油膜的面積單分子油膜的面積代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：S=1S=110101 1 m m2 2答案：答案：(1)D (2)(1)D (2)增大增大 Q-pQ-p0 0(V(V2 2-V-V1 1) )(3)1(3)110101 1 m m2 2AMVN3A6MDN831 10 mSD，8.(20128.(2012聊城模擬聊城模擬) )如圖所示，一直立的如圖所示，一直立的汽缸用一質(zhì)量為汽缸用一質(zhì)量為m m的活塞封閉一定量的理想的活塞封閉一定量的理想氣體，活塞橫截面積為氣體，活塞橫截面積為S S，汽缸內(nèi)壁光滑且，汽缸內(nèi)壁光滑且缸壁是導(dǎo)熱的，開始活塞被固定，打開固定螺栓缸

41、壁是導(dǎo)熱的，開始活塞被固定，打開固定螺栓K K，活塞下落，活塞下落，經(jīng)過足夠長時間后，活塞停在經(jīng)過足夠長時間后，活塞停在B B點，已知點，已知AB=h,AB=h,大氣壓強為大氣壓強為p p0 0，重力加速度為重力加速度為g.g.(1)(1)求活塞停在求活塞停在B B點時缸內(nèi)封閉氣體的壓強點時缸內(nèi)封閉氣體的壓強. .(2)(2)若周圍環(huán)境溫度保持不變，求整個過程中通過缸壁傳遞的熱若周圍環(huán)境溫度保持不變，求整個過程中通過缸壁傳遞的熱量量Q.Q.【解析】【解析】(1)(1)設(shè)封閉氣體的壓強為設(shè)封閉氣體的壓強為p p，活塞受力平衡，活塞受力平衡p p0 0S+mg=pSS+mg=pS所以所以(2)(2

42、)由于氣體溫度不變，則內(nèi)能變化由于氣體溫度不變，則內(nèi)能變化U=0.U=0.根據(jù)能量守恒定律，根據(jù)能量守恒定律，可知：可知：Q=(pQ=(p0 0S+mg)hS+mg)h答案：答案：(1) (2)(p(1) (2)(p0 0S+mg)hS+mg)h0mgppS0mgpS9.(20129.(2012南昌模擬南昌模擬)(1)(1)用力拉活塞，使封閉在汽缸內(nèi)的氣體的用力拉活塞，使封閉在汽缸內(nèi)的氣體的體積迅速增大為原來的兩倍，若汽缸不漏氣，那么此時汽缸內(nèi)體積迅速增大為原來的兩倍，若汽缸不漏氣，那么此時汽缸內(nèi)氣體壓強氣體壓強p p2 2和原來的壓強和原來的壓強p p1 1相比較有相比較有( )( )A.p

43、A.p2 2=p=p1 1/2 B.p/2 B.p2 2p p1 1/2/2C.pC.p2 2p p1 1/2 D./2 D.無法確定無法確定(2)(2)內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不計質(zhì)量的活塞封閉壓強為用不計質(zhì)量的活塞封閉壓強為1.01.010105 5 Pa,Pa,體積為體積為2.02.01010-3-3m m3 3的理想氣體，現(xiàn)在活塞上緩慢倒上沙子，使封閉氣體的體積變的理想氣體，現(xiàn)在活塞上緩慢倒上沙子，使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话霝樵瓉淼囊话? .求汽缸內(nèi)氣體的壓強；求汽缸內(nèi)氣體的壓強；若封閉氣體的內(nèi)能僅與

44、溫度有關(guān)，在上述過程中外界對氣體若封閉氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，在上述過程中外界對氣體做功做功145 J145 J，封閉氣體吸收還是放出熱量？熱量是多少？，封閉氣體吸收還是放出熱量？熱量是多少？【解析】【解析】(1)(1)選選C.C.封閉在汽缸內(nèi)的氣體的體積迅速增大為原來封閉在汽缸內(nèi)的氣體的體積迅速增大為原來的兩倍，氣體對外做功，溫度降低，的兩倍，氣體對外做功，溫度降低，T T1 1T T2 2，由由 得，得， C C正確，正確，A A、B B、D D錯誤錯誤. .(2)(2)此時氣體做等溫變化，此時氣體做等溫變化，p p1 1V V1 1=p=p2 2V V2 2，則：則：由于溫度不變，所以內(nèi)

45、能不變，即由于溫度不變，所以內(nèi)能不變，即U=0U=0由熱力學(xué)第一定律得由熱力學(xué)第一定律得Q+W=0,Q+W=0,所以所以Q=-W=-145 JQ=-W=-145 J放出熱量放出熱量答案：答案：(1)C (2)(1)C (2)2.02.010105 5Pa Pa 放出熱量放出熱量 145 J145 J112212p Vp VTT12pp2，51122p Vp2.0 10 PaV10.10.如圖所示的如圖所示的p-Vp-V圖中圖中, ,一定質(zhì)量的理一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)想氣體由狀態(tài)A A經(jīng)過經(jīng)過ACBACB過程至狀態(tài)過程至狀態(tài)B B，氣，氣體對外做功體對外做功280 J,280 J,吸收熱量吸收

46、熱量410 J410 J；氣體；氣體又從狀態(tài)又從狀態(tài)B B經(jīng)經(jīng)BDABDA過程回到狀態(tài)過程回到狀態(tài)A A，這一過，這一過程中外界對氣體做功程中外界對氣體做功200 J200 J，求：，求：(1)ACB(1)ACB過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)BDA(2)BDA過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？【解析】【解析】(1)ACB(1)ACB過程中過程中W W1 1=-280 J,Q=-280 J,Q1 1=410 J=410 J由熱力學(xué)第一定律得由熱力學(xué)第一定律得U U

47、B B-U-UA A=W=W1 1+Q+Q1 1=130 J=130 J故故ACBACB過程氣體的內(nèi)能增加了過程氣體的內(nèi)能增加了130 J.130 J.(2)(2)因為一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，因為一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，BDABDA過程中過程中氣體內(nèi)能的變化量氣體內(nèi)能的變化量U UA A-U-UB B=-130 J=-130 J由題意知由題意知W W2 2=200 J=200 J，由熱力學(xué)第一定律得，由熱力學(xué)第一定律得U UA A-U-UB B=W=W2 2+Q+Q2 2, ,代入數(shù)值解得代入數(shù)值解得Q Q2 2=-330 J,=-330 J,即即BDABDA過程中

48、氣體放出熱量過程中氣體放出熱量330 J.330 J.答案：答案：(1)(1)增加增加 130 J (2)130 J (2)放熱放熱 330 J330 J11.11.一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A A經(jīng)狀態(tài)經(jīng)狀態(tài)B B變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)闋顟B(tài)C C，其中，其中ABAB過程為等壓變化，過程為等壓變化，BCBC過程為等容變化過程為等容變化. .已知已知V VA A=0.3m=0.3m3 3,T,TA A=T=TC C= = 300 K,T300 K,TB B=400 K.=400 K.(1)(1)求氣體在狀態(tài)求氣體在狀態(tài)B B時的體積時的體積. .(2)(2)說明說明BCBC過程壓強變

49、化的微觀原因過程壓強變化的微觀原因. .(3)(3)設(shè)設(shè)ABAB過程氣體吸收熱量為過程氣體吸收熱量為Q Q1 1,BC,BC過程氣體放出熱量為過程氣體放出熱量為Q Q2 2, ,比較比較Q Q1 1、Q Q2 2的大小并說明原因的大小并說明原因. .【解析】【解析】(1)(1)設(shè)氣體在狀態(tài)設(shè)氣體在狀態(tài)B B時的體積為時的體積為V VB B, ,由蓋由蓋呂薩克定律得呂薩克定律得 代入數(shù)據(jù)得代入數(shù)據(jù)得V VB B=0.4 m=0.4 m3 3(2)(2)微觀原因：氣體體積不變，分子密集程度不變，溫度變化微觀原因：氣體體積不變，分子密集程度不變，溫度變化( (降低降低) )，氣體分子平均動能變化，氣

50、體分子平均動能變化( (減小減小) )，導(dǎo)致氣體壓強變化，導(dǎo)致氣體壓強變化( (減減小小).).ABABVVTT，(3)Q(3)Q1 1大于大于Q Q2 2; ;因為因為T TA A=T=TC C, ,故故A AB B增加的內(nèi)能與增加的內(nèi)能與B BC C減少的內(nèi)能相減少的內(nèi)能相同，而同，而A AB B過程氣體對外做功，過程氣體對外做功，B BC C過程氣體不做功，由熱力過程氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知學(xué)第一定律可知Q Q1 1大于大于Q Q2 2. .答案：答案：(1)0.4 m(1)0.4 m3 3 (2)(2)見解析見解析(3)Q(3)Q1 1大于大于Q Q2 2, ,原因見解析原因見解析