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第十三 熱力學(xué)定律

1.本主要是研究熱和功間的關(guān)系、熱力學(xué)第一第二定律，了解能的開(kāi)發(fā)利用，以拓寬同學(xué)們的視野。
2.本主要是以以前學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容為基礎(chǔ)，研究功與能間的關(guān)系，以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)結(jié)合各種能量間關(guān)系的計(jì)算。
3.高考中以選擇題形式考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，以計(jì)算題形式計(jì)算能量間的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移關(guān)系。

第一時(shí) 熱力學(xué)定律

【要求】
1．理解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律。
2．知道熱力學(xué)第二定律，知道能與環(huán)境的關(guān)系，了解新能的開(kāi)發(fā)和利用。
【知識(shí)再現(xiàn)】
一、功和能
做功與熱傳遞在改變內(nèi)能方面二者是等價(jià)的．做功時(shí)內(nèi)能與其它形式的能相互轉(zhuǎn)化．熱傳遞是不同物體(或一個(gè)物體的不同部分)之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。
二、熱力學(xué)第一定律
功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系△U＝W+Q。
三、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律
1．能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式 為另一種形式或從 到另一個(gè)物體。
2．不消耗任何能量，卻不斷地對(duì)外做功的機(jī)器叫 ，它違背了能的 ，因此這種機(jī)器 制造出。
四、熱力學(xué)第二定律
1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述
表述一，不可能使 由低溫物體傳遞到 而不引起其他 。
表述二：不可能從 并把它全部用對(duì)外 而不引起其他變化。
2．第二類永動(dòng)機(jī)：只從 吸取熱量，使之全部用做功，而不引起其他變化的熱機(jī)。
五、能的開(kāi)發(fā)利用
1．能與人類發(fā)展關(guān)系是： 。
2．能與環(huán)境的關(guān)系是： 。
3． 等為新能。

知識(shí)點(diǎn)一溫度、熱量、功、內(nèi)能
功、熱量是能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移的量度，是與內(nèi)能的變化相聯(lián)系的，是過(guò)程量．內(nèi)能是狀態(tài)量．物體的內(nèi)能大，并不意味著物體一定會(huì)對(duì)外做功或向外傳遞熱量，或者做的功多，傳遞的熱量多．只有物體的內(nèi)能變化大的過(guò)程中做的功或傳遞的熱量才會(huì)多．溫度只是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．物體的內(nèi)能除與溫度有關(guān)外，還與物體的物質(zhì)的量、體積、物態(tài)等因素有關(guān)．
【應(yīng)用1】判斷下列各種說(shuō)法是否正確( )
A．物體從10℃變?yōu)?℃，其熱量減少了．
B．物體從10℃變?yōu)?℃，放出了一定的內(nèi)能．
C．物體從10℃變?yōu)?℃，其內(nèi)能減少了．
D．物體從10℃變?yōu)?℃，物體可能釋放了一定熱量．
導(dǎo)示:熱量是在有熱交換過(guò)程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的物理量，物體沒(méi)有熱量減少的說(shuō)法，A錯(cuò)。B中也只能說(shuō)是放出了熱量，而不是內(nèi)能，B錯(cuò)。物體的內(nèi)能不僅與溫度有關(guān)，還與體積有關(guān)，C錯(cuò)。物體溫度降低，可能向外傳熱，也可能有做功過(guò)程，D正確。
熱力學(xué)問(wèn)題中，一樣要區(qū)分過(guò)程量與狀態(tài)量之間的關(guān)系，
知識(shí)點(diǎn)二熱力學(xué)第一定律
物體內(nèi)能的增量△U等于外界對(duì)物體做的功W和物體吸收的熱量Q的總和．表達(dá)式：W十Q＝△U
【應(yīng)用2】關(guān)于物體內(nèi)能及其變化，下列說(shuō)法中正確的是 ( )
A．物體的溫度改變時(shí)，其內(nèi)能必定改變
B．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能不一定改變；向物體傳遞熱量，其內(nèi)能不一定改變
C．對(duì)物體做功，其內(nèi)能必定改變；物體向外傳出一定熱量其內(nèi)能必定改變
D．若物體與外界不發(fā)生熱交換，則物體的內(nèi)能必定不改變
導(dǎo)示: 物體的內(nèi)能不僅與溫度有關(guān)，還與體積有關(guān)，溫度改變，內(nèi)能不一定變化，A錯(cuò)。改變物體內(nèi)能有兩種方式：做功與熱傳遞。物體對(duì)外做功，其內(nèi)能不一定改變；同樣向物體傳遞熱量，其內(nèi)能不一定改變，B正確，CD錯(cuò)。故選B。
符號(hào)法則：外界對(duì)物體做功，物體體積減小，W取正值；物體對(duì)外界做功，物體體積增大，W取負(fù)值．物體吸收熱量，Q取正值；物體放出熱量，Q取負(fù)值；物體內(nèi)能增加，△U取正值，物體內(nèi)能減少，△U取負(fù)值．
知識(shí)點(diǎn)三能量守恒定律
能量是量度物體運(yùn)動(dòng)的物理量，不同形式的能與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)．如：內(nèi)能與分子熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，電能與電荷運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)等．能的轉(zhuǎn)化一定要通過(guò)做功才能實(shí)現(xiàn)，而能的轉(zhuǎn)移要通過(guò)某種形式的傳遞完成．不同形式能的轉(zhuǎn)化，意味著物體的運(yùn)動(dòng)由一種形式轉(zhuǎn)化成了另一種形式，因此，能量守恒是溝通不同運(yùn)動(dòng)的重要紐帶．
【應(yīng)用3】如圖所示，容器A、B各有一個(gè)自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定，A、B的底部由帶著閥門(mén)的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱，開(kāi)始時(shí)，A中的水面比B中的高，打開(kāi)閥門(mén)，使A中的水逐漸向B中流，最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過(guò)程中（ ）
A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加
B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少
C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變
D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加
導(dǎo)示: 大氣壓力對(duì)左側(cè)水做功，同時(shí)右側(cè)水對(duì)大氣做功， 可知兩者做功相等，所以大氣對(duì)水做功為零。而水的內(nèi)能增加的原因是因?yàn)橹亓��?duì)水做了功，轉(zhuǎn)化成了水的內(nèi)能。故ABC錯(cuò)，D正確。
各種形式的能在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移中總能量守恒是無(wú)條的，而某種或某幾種形式的能的守恒是有條的，如：在只有重力和彈力做功時(shí)，機(jī)械能才守恒，對(duì)此應(yīng)予以注意．某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等，如：相互摩擦的系統(tǒng)中，一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做的總功是負(fù)值，因此使系統(tǒng)的機(jī)械能減少，內(nèi)能增加，摩擦力所做總功的絕對(duì)值等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積，即等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能．同理，若某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等，這也是列能量守恒定律方程式的兩條基本思路．
知識(shí)點(diǎn)四熱力學(xué)第二定律
熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)理論．熱力學(xué)第一定律指出任何熱力學(xué)過(guò)程中能量守恒，而對(duì)過(guò)程沒(méi)有其他限制。熱力學(xué)第二定律指明哪些過(guò)程可以自發(fā)的發(fā)生，哪些過(guò)程不可能自發(fā)的發(fā)生，如：第二類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，熱機(jī)效率不可能是100％，熱現(xiàn)象過(guò)程中能量耗散是不可避免的，宏觀的實(shí)際的熱現(xiàn)象過(guò)程是不可逆的．
【應(yīng)用4】下列說(shuō)法中正確的是（ ）
A．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體
B．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體
C．熱傳導(dǎo)是有方向的
D．能量耗散說(shuō)明能量是不守恒的
導(dǎo)示: 熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而從低溫物體傳到高溫物體則必需有一定的條，A對(duì)B錯(cuò)。熱傳導(dǎo)具有方向性，C正確。所有物理現(xiàn)象都遵循能的轉(zhuǎn)化與守恒定律，D錯(cuò)。故選AC。
熱力學(xué)第二定律有多種表述，但無(wú)論用什么方式表述，都是揭示了自然界的基本規(guī)律：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的．

類型一熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用
物體內(nèi)能的增加與否，不能單單只看做功或者熱傳遞，要將二者結(jié)合起，內(nèi)能的變化由△U＝W+Q得到．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)，注意正確判斷△U、W、Q的正負(fù)號(hào)。
【例1】在溫度均勻的液體中，一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地升到液面，上升過(guò)程中氣泡的體積不斷地增大，則氣泡在浮起的過(guò)程中( )
A．放出熱量 B．吸收熱量
C．不吸熱也不放熱 D．無(wú)法判斷
導(dǎo)示: 氣體分子之間的距離很大，相互作用力很小，對(duì)氣體說(shuō)，氣體的狀態(tài)變化時(shí)，分子勢(shì)能幾乎不變．所以，一定質(zhì)量的氣體的內(nèi)能的變化，就是氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能總和的變化，即由溫度的變化決定．在溫度均勻的液體中，一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地升到液面的過(guò)程中，小氣泡溫度不變，其內(nèi)能增量△U＝0．上升過(guò)程中，氣泡的體積不斷增大，氣體對(duì)外做功，即有W<0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知Q>0，所以氣泡在浮起的過(guò)程中，吸收熱量，因此選項(xiàng)B正確．
物體處于大氣環(huán)境中，做功的一個(gè)顯著特點(diǎn)是物體的體積發(fā)生了變化，體積增大，物體對(duì)外做功，體積減小，外界對(duì)物體做功。
類型二能量守恒定律的應(yīng)用
通過(guò)做功把其他形式的能量(特別是機(jī)械能)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的問(wèn)題是一類重要的綜合題．解這類綜合題的關(guān)鍵在于弄清內(nèi)能的．如：在機(jī)械能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的往往不是研究對(duì)象的全部機(jī)械能，而是系統(tǒng)損失的機(jī)械能．
【例2】直立容器內(nèi)部有被隔開(kāi)的AB兩部分氣體,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加熱氣體,使這兩部分氣體均勻混合,設(shè)在此過(guò)程中氣體吸熱Q,氣體內(nèi)能增量為ΔU,則
A.ΔU=Q B.ΔU<Q C.ΔU>Q D.無(wú)法比較
導(dǎo)示:AB混合前重心在中線以下，混合后重心在中線上，所以系統(tǒng)重力勢(shì)能增大.吸收熱量的一部分轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，故ΔU<Q。故選B。
此類問(wèn)題往往會(huì)結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、電磁感應(yīng)等力、電知識(shí)，需要綜合運(yùn)用系統(tǒng)能量守恒等重要規(guī)律，是高考中的一個(gè)重點(diǎn)．

1．在一個(gè)與外界沒(méi)有熱交換的房間內(nèi)打開(kāi)冰箱門(mén),冰箱冰箱正常工作,過(guò)一段時(shí)間房間內(nèi)的溫度將如何變化?（ ）
A.降低 B.升高 C.不變 D.無(wú)法判斷
2．下列說(shuō)法中正確的是( )
A．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
B．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可以發(fā)明一種機(jī)器將散失的能量重新收集、重新利用
C．可以用特殊的方法，使熱機(jī)效率達(dá)到100％
D．冰箱可以實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，所以熱力學(xué)第二定律不正確
3．如圖,密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì).置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上.彈簧被壓縮后用繩扎緊,此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為0 ).現(xiàn)繩突然斷開(kāi),彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后,活塞靜止,氣體達(dá)到平衡狀態(tài).經(jīng)過(guò)此過(guò)程（ ）
A. Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能
B. Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能
C. Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能
D. Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能

參考答案：
1．B 2．A 3．D

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.xiqigame.cn/gaosan/50259.html

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