高三物理第一轮复习：热力学定律鲁教版 知识精讲

用心 爱心 专心 高三物理第一轮复习 热力学定律鲁教版高三物理第一轮复习 热力学定律鲁教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 热力学定律 本章的知识点 本章的知识点 一 热力学第一定律 1 热力学第一定律 1 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 这个关系叫做热力学第一定律 其数学表达式为 U W Q 2 与热力学第一定律相匹配的符号法则 做功 W热量 Q内能的改变 U 取正值 外界对系统做功 系统从外界吸收 热量 系统的内能增加 取负值 系统对外界做功 系统向外界放出 热量 系统的内能减少 3 热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度 没有做功和热传递 就不可能实现能量的转化或转移 同时也进一步揭示了能量守恒定律 4 应用热力学第一定律解题的一般步骤 根据符号法则写出各已知量 W Q U 的正 负 根据方程 U W Q 求出未知量 再根据未知量结果的正 负来确定吸热 放热情况或做功情况 2 第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式 而不可能无中生有地创造 能量 即第一类永动机是不可能制造出来的 二 能量守恒定律 1 自然界存在着多种不同形式的运动 每种运动对应着一种形式的能量 如机械运 动对应机械能 分子热运动对应内能 电磁运动对应电磁能 2 不同形式的能量之间可以相互转化 摩擦可以将机械能转化为内能 炽热电灯发 光可以将电能转化为光能 3 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到别的物体 在转化或转移的过程中其总量不变 这就是能量守恒定 律 4 热力学第一定律 机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现 5 能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程 6 能量守恒定律的重要意义 第一 能量守恒定律是支配整个自然界运动 发展 变化的普遍规律 学习这个定律 不能满足于一般性的理解其内容 更重要的是 从能量形式的多样化及其相互联系 互相 转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系 并切实树立能量既不会凭空产生 也不会凭空消失的观点 作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之 一 第二 宣告了第一类永动机的失败 用心 爱心 专心 三 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高温物体向低温物体进行 但相反方向却不能自发地进行 即热传导具有方向性 是一个不可逆过程 高温物体 低温物体 热量 Q 能自发传给 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 热量不能自发地从低温物体传递到高温物体 开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 3 热机 热机是把内能转化为机械能的装置 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 我们把热机做的功和它从热源吸收的热量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 但内能却不能全 部转化成机械能而不引起其他变化 机械能和内能的转化过程具有方向性 四 熵 无序程度的量度 典型例题典型例题 一 热力学第一定律应用 例 1 一定量的气体在某一过程中 外界对气体做了 8 104J 的功 气体的内能减少了 1 2 105J 则下列各式中正确的是 A W 8 104J U 1 2 105J Q 4 104J B W 8 104J U 1 2 105J Q 2 105J C W 8 104J U 1 2 105J Q 2 104J D W 8 104J U 1 2 105J Q 4 104J 解析 解析 本题主要考查热力学第一定律的应用 因为外界对气体做功 W 取正值 即 W 8 104J 内能减少 U 取负值 即 U 1 2 105J 根据 U W Q 可知 Q U W 1 2 105 8 104 2 105J 即 B 选项正确 答案 答案 B 用心 爱心 专心 例 2 一定质量的气体 在压缩过程中外界对气体做功 300J 但这一过程中气体的内能 减少了 300J 问气体在此过程中是吸热还是放热 吸收 或放出 多少热量 解析 解析 由题意可知 W 300J U 300J 根据热力学第一定律可得 Q U W 300J 300J 600J Q 为负值表示气体放热 因此气体放出 600J 的热量 例 3 一定质量的气体从外界吸收了 4 2 105J 的热量 同时气体对外做了 6 105J 的功 问 1 物体的内能是增加还是减少 变化量是多少 2 分子势能是增加还是减少 3 分子的平均动能是增加还是减少 解析 解析 1 气体从外界吸热为 Q 4 2 105J 气体对外做功 W 6 105J 由热力学第一定律 U W Q 6 105 4 2 105J 1 8 105J U 为负 说明气体的内能减少了 所以 气体内能减少了 1 8 105J 2 因为气体对外做功 所以气体的体积膨胀 分子间的距离增大了 分子力做负功 气体分子势能增加了 3 因为气体内能减少 同时气体分子势能增加 说明气体分子的平均动能一定减少 了 二 热力学第二定律的应用 例 4 下列所述过程是可逆的 还是不可逆的 A 气缸与活塞的组合内装有气体 当活塞上没有外加压力 活塞与气缸间没有摩擦 气体缓慢地膨胀时 B 上述装置 当活塞上没有外加压力 活塞与气缸上摩擦很大 使气体缓慢地膨胀 时 C 上述装置 没有摩擦 但调整外加压力 使气体能缓慢地膨胀时 D 在一绝热容器内盛有液体 不停地搅动它 使它温度升高 E 在一传热容器内盛有液体 容器放在一恒温的大水池内 液体不停地搅动 可保 持温度不变 F 在一绝热容器内 不同温度的液体进行混合 G 在一绝热容器内 不同温度的氦气进行混合 解析 解析 A 发生自由膨胀 则是不可逆的 B 有摩擦发生 也是不可逆的 C 是准静态无摩擦的膨胀 则为可逆过程 D 这是做功变为热的过程 一定不可逆 E 此过程中既有 功变热 又有 热传导 也是不可逆过程 F 液体的扩散是不可逆过程 G 有一定温度差的热传导是不可逆过程 例 5 一种冷暖两用型空调 铭牌标注 输入功率 1kW 制冷能力 1 2 104kJ h 制热能 力 1 3 104kJ h 这样 该空调在制热时 每消耗 1J 电能 将放出 3J 多热量 是指标错误 还是能量不守恒 用心 爱心 专心 解析 解析 都不是 空调制冷 制热靠压缩机做功 从室内 室外 吸收热量放到室外 室内 在制热时 放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和 完全可以大于 电能消耗 这既不违背热力学第一定律 也不违背热力学第二定律 模拟试题模拟试题 答题时间 40 分钟 1 下列说法正确的是 A 热量不可能由低温物体传递到高温物体 B 外界对物体做功 物体的内能必定增加 C 第二类永动机不可能制成 是因为违反了能量守恒定律 D 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 2 下列说法哪些是正确的 A 水的体积很难被压缩 这是分子间存在斥力的宏观表现 B 气体总是很容易充满容器 这是分子间存在斥力的宏观表现 C 两个相同的半球壳吻合接触 中间抽成真空 马德堡半球 用力很难拉开 这是 分子间存在吸引力的宏观表现 D 力拉铁棒的两端 铁棒没有断 这是分子间存在吸引力的宏观表现 3 分子间有相互作用势能 规定两分子相距无穷远时两分子间的势能为零 设分子 a 固 定不动 分子 b 以某一初速度从无穷远处向 a 运动 直至它们之间的距离最小 在此过程 中 a b 之间的势能 A 先减小 后增大 最后小于零 B 先减小 后增大 最后大于零 C 先增大 后减小 最后小于零 D 先增大 后减小 最后大于零 4 做功和热传递是等效的 确切的含义是 A 它们能使物体改变相同的温度 B 它们能使物体增加相同的热量 C 它们能使物体改变相同的内能 D 它们的本质是相同的 5 煤 石油 天然气和生物能资源的能量形式和转换利用过程基本上是 A 太阳辐射能 化学能 热能 B 太阳辐射能 机械能 电能 C 生物能 电能 化学能 热能 D 太阳辐射能 机械能 化学能 6 质量和温度相同的氢气和氧气 均视为理想气体 A 内能一定相同 B 分子平均动能一定相同 C 氢气内能较大 D 氧气分子平均速率较大 7 关于物体的内能 下列说法中正确的是 A 物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和 B 物体不从外界吸收热量 其内能也可能增加 C 外界对物体做功 物体的内能一定增加 D 物体内能的多少 跟物体的温度和体积都有关系 8 关于物体内能的改变 下列说法中正确的是 A 能够改变物体内能的物理过程有两种 做功和热传递 B 物体吸收热量 它的内能一定增加 C 物体放出热量 它的内能一定减少 D 外界对物体做功 物体的内能不一定增加 9 能源是当今社会快速发展面临的一大难题 由此 人们想到了永动机 关于第二类永 动机 甲 乙 丙 丁四位同学争论不休 用心 爱心 专心 甲 第二类永动机并不违反能量守恒定律 应该可以制造成功 乙 因为内能不可能全部转化为机械能 第二类永动机不可能制成 丙 摩擦 漏气等因素导致能量损失 第二类永动机不可能制成 丁 内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因 你认为说法正确的是 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 10 关于分子力 f 与分子势能 EP间的关系 下列说法中正确的是 A 当 f 0 时 EP最大 B 当 f 表现为引力时 f 越大 EP越大 C 当 f 表现为斥力时 f 越大 EP越小 D 当 f 表现为斥力时 f 越大 EP越大 11 下列关于能量耗散理解正确的是 A 能量耗散说明能量在不停的减少 B 能量耗散遵循能量守恒定律 C 能量耗散说明能量不能凭空产生 但能量可以凭空消失 D 能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 12 用铁锤打击铁钉 设打击时有 80 的机械能转化为内能 内能的 50 用来使铁钉温 度升高 问打击 20 次后 铁钉温度升高多少摄氏度 已知铁锤的质量为 1 2kg 铁锤打击 铁钉时的速度为 10m s 铁钉质量为 40g 铁的比热为 5 0 102J kg oC 用心 爱心 专心 试题答案试题答案 1 D 2 AD 3 B 4 C 5 A6 BC 7 ABD 8 AD 9 D 10 D11 B D 12 铁锤打击铁钉时 铁锤的一部分动能转化为内能 而且内能的一