热力学定律(二-热力学第二定律)

1 专题 二 热力学定律专题 二 热力学定律 能量守恒定律能量守恒定律 基础知识 基础知识 热力学第一定律 热力学第一定律 由于做功和热传递在改变系统内能或状态上等价的 即一定数量的功 和确定数量热量 故我们说 一个热力学系统内能的增量 外界向它传递的热量与 外界对它所做的功 即叫做热力学第一定律 表达式 在上式中 若取正值表示系统的内能 若取负值表示系统的内能 U U 若 Q 取正值表示系统 了热量 若 Q 取负值表示系统 了热量 若 W 取正值表示 若 W 取负值表示 即系统内能的变化可用热量与功的 来判断 能量守恒定律 能量守恒定律 很多科学家通过对自然现象或一些实验过程的分析得出能量守恒结论 即能量既不会凭空 也不会凭空 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在转移或转化过程中其总能量 能量守恒定律把人们认为 的各种现象 表面上 的各类运动统一在一个自然 规律中 也为人类研究自然规律提供了有力的武器 人们想要制造的不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的第一类永动机 却总 是失败的原因是 第一组 例 物体的内能增加了 20 则 A 一定是外界对物体做了 20 的功 B 一定是物体吸收了 20J 的热量 C 可能是外界对物体做了 20J 的功 也可能是物体吸收了 20J 的热量 D 可能是物体吸收热量的同时外界对物体做了功 且热量和功共 20J 例 2 关于物体内能的变化 以下说法正确的是 A 物体对外做功 内能一定减小 B 物体吸收热量 内能一定增大 C 一定量的 0 的水结成 0 的冰 内能一定减少 D 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 例 3 如图 10 3 2 所示容器 A B 中各有一个可自由移 动的活塞 活塞下面是水上面是大气 大气压恒定 A B 间带有 阀门 K 的管道相连 整个装置与外界绝热 开始时 A 的水面比 B 高 开启 K A 中的水逐渐向 B 中流 最后达到平衡 在这个过程 中 A 大气压力对水作功 水的内能增加 B 水克服大气压力作功 水的内能减少 C 大气压力对水不作功 水的内能不变 图 10 3 2 2 D 大气压力对水不作功 水的内能增加 1 关于物体内能的变化 以下说法正确的是 A 物体吸热 内能一定增大 B 物体对外做功 内能可能增大 C 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 D 物体放出热量 同时对外做功 内能可能不变 2 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 下列说法正确的是 A 秋千的机械能守恒 B 秋千的能量正在消失 C 只有动能和重力势能的相互转化 D 减少的机械能转化为内能 但总能量守恒 3 下列各物体在所经历的过程中 内能增加的有 A 在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体 B 水平飞行并射穿木块的子弹 C 在绝热的条件下被压缩的气体 D 在光滑水平面上运动的两个小球 碰撞后以共同的速度运动 4 在热力学第一定律的表达式 U W Q 中关于 U W Q 各个物理量的正 负 下列 说法中正确的是 A 外界对物体做功时 W 为正 吸热时 Q 为负 内能增加时 U 为正 B 物体对外界做功时 W 为负 吸热时 Q 为正 内能增加时 U 为负 C 物体对外界做功时 W 为负 吸热时 Q 为正 内能增加时 U 为正 D 外界对物体做功时 W 为负 吸热时 Q 为负 内能增加时 U 为负 5 对于在一个大气压下 100 的水变成 100 的水蒸气的过程中 下列说法正确的是 A 水的内能增加 对外界做功 一定是吸热 B 水的内能不变 对外界做功 从外界吸热 C 水的内能减少 对外界不做功 向外界放热 D 水的内能增加 对外界做功 向外界放热 6 为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化 以下方法可行的 是 A 以较大的功率对物体做功 B 以较小的功率对物体做功 C 该物体以较大的功率对外做功 D 该物体以较小的功率对外做功 7 图 10 3 1 所示是一定质量的理想气体从状态 A 经 B 至 C 的 P 图线 则在此过 1 V 程中 A 气体的内能改变 B 气体的体积增大 C 气体向外界放热 D 气体对外界做功 图 10 3 1 8 从 10m 高空由静止开始下落的水滴 在下落的过程中 水滴重力势能的 40 转化 为水的内能使水的温度升高 则水滴落下后温度升高多少 水的比热容 c 4 2 103J kg 1 V P C B A 3 9 一个透热良好的气缸 缸壁浸在盛水的容器中 迅速下压活塞 压缩中对气体做了 2000J 的功 稳定后使容器中 2 千克的水温度升高了 0 2 假设盛水容器绝热 问 压缩 前后缸内气体的内能变化了多少 热力学第二定律热力学第二定律 1 可逆与不可逆过程 1 热传导的方向性 热传导的过程可以自发地由 向 进行 但相反方向却不能自发地进 行 即热传导具有 性 是一个 过程 可逆或不可逆 热量 Q 能自发传给 低温物体 高温物体 热量 Q 不能自发传给 2 说明 自发地 过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程 热量可以自发地从高温物体传向低温物体 热量却不能自发地从低温物体传向高温 物体 要将热量从低温物体传向高温物体 必须有 外界的影响或帮助 就是要由外界 对其做功才能完成 电冰箱 空调就是例子 2 热力学第二定律的两种表述 克劳修斯表述 开尔文表述 3 热机 热机是把 能转化为 能的装置 其原理是热机从热源吸收热量 Q1 推动 活塞做功 W 然后向冷凝器释放热量 Q2 由能量守恒定律可得 Q1 W Q2 我们把 和 的比值叫做热机效率 用 表示 即 W Q 4 第二类永动机 设想 只从单一热源吸收热量 使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机 第二类永动机不可能制成 表示尽管机械能可以全部转化为内能 但 4 1 下列关于能量转化的说法中 正确的是 A 机械能可以转化为内能 但内能不能转化为机械能 B 机械能可以转化为内能 内能也能转化为机械能 C 机械能不可以转化为内能 但内能可以转化为机械能 D 机械能可以转化为内能 但内能不能全部转化为机械能 同时不引起其他变化 2 关于第二类永动机 下列说法正确的是 A 它既不违反热力学第一定律 也不违反热力学第二定律 B 它既违反了热力学第一定律 也违反了热力学第二定律 C 它不违反热力学第一定律 只违反热力学第二定律 D 它只违反热力学第一定律 不违反热力学第二定律 3 下列关于热机的说法中 正确的是 A 热机是把内能转化成机械能的装置 B 热机是把机械能转化为内能的装置 C 只要对内燃机不断进行革新 它可以把气体的内能全部转化为机械能 D 即使没有漏气 也没有摩擦等能量损失 内燃机也不能把内能全部转化为机械能 4 下列说法中正确的是 A 一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B 一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的 C 由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D 一切物理过程都不可能自发地进行 5 第二类永动机不可能制造出来的原因是因其工作原理违背 A 热力学第一定律 B 能的转化与守恒定律 C 热力学第二定律 D 上述三个定律 1 下列说法中正确的是 A 热量可以自发地从低温物体传给高温物体 B 内能不能转化为动能 C 摩擦生热是动能向内能的转化 D 热机的效率最多可以达到 100 2 下列说法正确的是 A 第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律 B 自然界中的能量是守恒的 所以能量永不枯竭 不必节约能源 C 自然界中有的能量便于利用 有的不便于利用 D 不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 5 3 下列说法中 正确的是 a 一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 b 热量不可能由低温物体传给高温 物体 c 气体的扩散过程具有方向性 d 一切形式的能量间的相互转化都 不具有方向性 4 下列哪些物理过程具有方向性 a 热传导过程 b 机械能和内能的转化过程 c 气体的扩散过程 d 气体向真空中膨胀 的过程 5 下列关于热机的说法中 正确的是 a 热机是把内能转化为机械能的装置 b 热机是把机械能转化为内能的装置 c 只要对内燃机不断进行革新 它可以把气体的内能全部转化为机械能 d 即使没有漏气 也没有摩擦等能量损失 内燃机也不能把内能全部转化为机械能 6 关于第二类永动机 下列说法中正确的是 a 它既不违反热力学第一定律 也不违反热力学第二定律 b 它既违反了热力学第一定律 也违反了热力 学第二定律 c 它不违反热力学第一定律 但违反热力学第二定律 d 它只违反热力学第一定律 不违反热力学第 二定律 7 以下哪些现象能够发生 哪些不能发生 能够发生的现象是否违背热力学第二定律 A 一杯热茶在打开杯盖后 茶会自动变得更热 B 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化 成机械能 C 桶中混浊的泥水在静置一段时间后 泥沙下沉 上面的水变清 泥 水自动分离 D 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 8 热机效率的含义是 表达式 9 试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系 10 如图 10 4 1 所示 气缸内盛有一定质量的理想气体 气缸壁是导热的 缸外 环境保持恒温 活塞与气缸壁的接触是光滑的 但不漏气 现通过活塞杆使活塞 缓慢地向右移动 这样气体将等温膨胀并通过对外做功 若已知理想气体的内能 只与温度有关 则下列说法中正确的是 A 气体从单一热源吸热 并全部用来对外做功 因此该过程违反热力学第二定律 B 气体从单一热源吸热 但并未全部用来对外做功 所以该过程违反热力学第二定律 C 气体是从单一热源吸热 并全部用来对外做功 但此过程不违反热力学第二定律 D 以上三种说法都 不对 杆 恒温 10 4 1 6 11 等温膨胀时 理想气体所吸收的热量全部用来做功 这和热力学第二定律是否矛盾 为什么 12 试根据热力学第二定律判断下列两种说法是否正确 1 功可以全部转换成热 但热不能全部转换为功 2 热量能够从高温物体传到低温物体 但不能从低温物体传到高温物体 1 至今为止 第一类永动机从来没有成功过 其原因是 A 机械制造的技术没有过关 B 违反了牛顿运动定律 C 违反了电荷守恒定律 D 违反了能量守恒定律 2 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰 降落伞在空中匀速下降 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 线圈中产生电流 上述不 同现象中所包含的相同的物理过程是 A 物体克服阻力做功 B 物体的动能转化为其他形式的能量 C 物体的势能转化为其他形式的能量 D 物体的机械能转化为其他形式的能量 3 在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门 冰箱正常工作 过一段时间房间内的温 度将 A 降低 B 升高 C 不变 D 无法确定 4 2012 南通市高三期末 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图 M N 两筒间密闭 了一定质量的气体 M 可沿 N 的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在 M 向下滑动的过程中 A 外界对气体做功 气体内能增大 B 外界对气体做功 气体内能减小 C 气体对外界做功 气体内能增大 7 D 气体对外界做功 气体内能减小 5 2012 青岛模拟 1 为了将空气装入气瓶内 现将一定质量的空气等温压缩 空气可视为 理想气体 下列图象能正确表示该过程中空气的压强 p 和体积 V 关系的是 2 在将空气压缩装入气瓶的过程中 温度保持不变 外界做了 24 kJ 的功 现潜水员背着 该气瓶缓慢地潜入海底 若在此过程中 瓶内空气的质量