物理第十四章 熱學(xué) 第2講 熱力學(xué)定律與能量守恒

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1、第2講熱力學(xué)定律與能量守恒知識梳理知識梳理一、熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律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 做功熱傳遞內(nèi)能變化在絕熱過程中,外界對物體做功,物體的內(nèi)能增加增加;物體對外界做功,物體的內(nèi)能減少減少在單純的熱傳遞過程中,物體吸收吸收 熱量,內(nèi)能增加;物體放出放出 熱量,內(nèi)能減少物理實質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系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相同的 2.熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(2

2、)表達(dá)式:U=W+Q。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)克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開爾文表述:不可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響不產(chǎn)生其他影響?；虮硎鰹?第二類第二類永動機(jī)是不可能制成的。二、熱力學(xué)第二定律能量守恒定律二、熱力學(xué)第二定律能量守恒定律2.能量守恒定律能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總和總和保持不變。 1.一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起,(若不計氣泡內(nèi)空氣分子勢能的變化)則()

3、A.氣泡對外做功,內(nèi)能不變,同時放熱B.氣泡對外做功,內(nèi)能不變,同時吸熱C.氣泡內(nèi)能減少,同時放熱D.氣泡內(nèi)能不變,不吸熱也不放熱答案答案 B在氣泡緩慢上升的過程中,氣泡外部的壓強(qiáng)逐漸減小,氣泡膨脹,對外做功。但由于外部恒溫,且氣泡緩慢上升,故可以認(rèn)為上升過程中氣泡內(nèi)空氣的溫度始終等于外界溫度,內(nèi)能不變。由熱力學(xué)第一定律知,氣泡需從外界吸收熱量,且吸收的熱量等于對外界所做的功。B2.一定量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8104 J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2105 J,則下列正確的是()A.W=8104 J,U=1.2105 J,Q=4104 JB.W=8104 J,U=-1.2105 J

4、,Q=-2105 JC.W=-8104 J,U=1.2105 J,Q=2104 JD.W=-8104 J,U=-1.2105 J,Q=-4104 J答案答案 B因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8104 J;內(nèi)能減少,U取負(fù)值,即U=-1.2105 J;根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q,可知Q=U-W=-1.2105 J-8104 J=-2105 J,即B選項正確。B3.(多選)對于一定質(zhì)量的氣體()A.吸熱時其內(nèi)能可以不變B.吸熱時其內(nèi)能一定不變C.不吸熱也不放熱時其內(nèi)能可以減小D.不吸熱也不放熱時其內(nèi)能一定不變答案答案 AC內(nèi)能的改變既可以通過做功來實現(xiàn),又可以通過熱傳遞來完成,還可以通過做

5、功和熱傳遞同時進(jìn)行來實現(xiàn),由此分析知答案為A、C。AC深化拓展深化拓展考點一考點一溫度、內(nèi)能溫度、內(nèi)能考點二考點二熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用考點三考點三對熱力學(xué)第二定律的理解對熱力學(xué)第二定律的理解深化拓展深化拓展考點一溫度、內(nèi)能考點一溫度、內(nèi)能1.溫度溫度溫度是物體中分子平均動能的標(biāo)志,反映大量分子做無規(guī)則運動的激烈程度。達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)內(nèi)各部分都具有相同的溫度。2.內(nèi)能及改變內(nèi)能的方式內(nèi)能及改變內(nèi)能的方式(1)內(nèi)能:物體中所有分子的熱運動的動能和分子勢能的總和,宏觀上與物體的溫度、體積、物質(zhì)的量有關(guān)。 (2)熱量:熱傳遞過程中的內(nèi)能變化的量度。(3)做功和熱傳遞對改

6、變內(nèi)能的作用: 1-1 (2014北京理綜,13,6分)下列說法中正確的是()A.物體溫度降低,其分子熱運動的平均動能增大B.物體溫度升高,其分子熱運動的平均動能增大C.物體溫度降低,其內(nèi)能一定增大D.物體溫度不變,其內(nèi)能一定不變答案答案 B溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志,溫度升高則其分子平均動能增大,反之,則其分子平均動能減小,故A錯誤、B正確。物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動能和分子勢能的總和,宏觀上取決于物體的溫度、體積和物質(zhì)的量,故C、D錯誤。B1-2 (2017北京海淀二模,13)下列說法中正確的是()A.物體的溫度升高時,其內(nèi)部每個分子熱運動的動能都一定增大B.氣體的壓強(qiáng)越大,單位體積內(nèi)

7、氣體的分子個數(shù)一定越多C.物體的溫度越高,其內(nèi)部分子的平均動能就一定越大D.分子間距離減小,分子間的引力和斥力都一定減小C答案答案 C溫度升高時分子的平均動能增大,并不是每個分子的動能都增大,A錯,C正確。氣體的壓強(qiáng)越大,單位體積內(nèi)氣體的分子個數(shù)不一定越多,可能是分子平均動能變大,B錯。分子間距離減小,分子間的引力和斥力都變大,D錯?？键c二熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用考點二熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用1.熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的,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,此定律是標(biāo)量式,應(yīng)用時各量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳。2.對公式對公

8、式U=Q+W符號的規(guī)定符號的規(guī)定 符號WQU+外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加-物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少2-1 (2017北京西城二模,14)對一定質(zhì)量的氣體,忽略分子間的相互作用力。當(dāng)氣體溫度升高時,下列判斷正確的是()A.氣體的內(nèi)能不變B.氣體分子的平均動能增大C.外界一定對氣體做功D.氣體一定從外界吸收熱量B答案答案 B氣體內(nèi)能等于氣體內(nèi)所有分子熱運動的動能與分子勢能之和,由于忽略分子間的相互作用力,分子勢能為零,所以氣體內(nèi)能等于氣體內(nèi)所有分子熱運動的動能,溫度升高,分子平均動能增大,內(nèi)能增大,B正確,A錯誤。由熱力學(xué)第一定律U=W+Q可知,內(nèi)能增大,W、Q不一定都是正值,C

9、、D錯誤。2-2如圖所示,在一個配有活塞的厚壁有機(jī)玻璃筒底放置一小團(tuán)硝化棉,迅速向下壓活塞,筒內(nèi)氣體被壓縮后可點燃硝化棉。在筒內(nèi)封閉的氣體被活塞壓縮的過程中()A.氣體對外界做正功,氣體內(nèi)能增加B.外界對氣體做正功,氣體內(nèi)能增加C.氣體的溫度升高,壓強(qiáng)不變D.氣體的體積減小,壓強(qiáng)不變B答案答案 B氣體被迅速壓縮,外界對氣體做正功,氣體內(nèi)能增加,溫度升高到硝化棉的燃點即可使其點燃,由理想氣體狀態(tài)方程=C知,溫度升高、體積減小,則壓強(qiáng)增大,B項正確,A、C、D項錯誤。pVT考點三對熱力學(xué)第二定律的理解考點三對熱力學(xué)第二定律的理解1.在熱力學(xué)第二定律的表述中,“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的含義。(

10、1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞這一熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(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。如吸熱、放熱、做功等。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程的方向性,進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。3.熱力學(xué)過程方向性實例熱力學(xué)過程方向性實例:(1)高溫物體低溫物體(2)功熱(3)氣體體積V1氣體體積V2(較大)(4)不同氣體A和B混合氣體AB 3-1根據(jù)你學(xué)的熱學(xué)中的有關(guān)知識,判斷下列說法中正確的是()A.機(jī)

11、械能可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能也可以全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,在熱傳遞中,熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體,而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.盡管技術(shù)不斷進(jìn)步,熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%,制冷機(jī)卻可以使溫度降到-273.15 D.第一類永動機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律,隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,第二類永動機(jī)可以制造出來A答案答案 A機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,而內(nèi)能在引起其他變化時也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,A正確;凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,在熱傳遞中,熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體,也能從低溫物體傳遞給高溫物體,但必須

12、借助外界的幫助,B錯誤;盡管技術(shù)不斷進(jìn)步,熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%,制冷機(jī)也不能使溫度降到-273.15 ,只能無限地接近-273.15 ,永遠(yuǎn)不能達(dá)到,C錯誤;第一類永動機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律,而是違背了熱力學(xué)第二定律,第二類永動機(jī)不可以制造出來,D錯誤。3-2如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖,壓縮機(jī)工作時,強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán),在蒸發(fā)器中的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,放出熱量到箱體外。(1)下列說法正確的是()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,是因為其消耗了電能C

13、.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放的熱量相比,有怎樣的關(guān)系?BC 答案答案(1)BC(2)釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多解析解析(1)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)化現(xiàn)象,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C正確,D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)部傳到高溫的外部,需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能,A錯誤,B正確。(2)由能量守恒定律可知,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)吸收的熱量多。