高中物理第4章热力学定律与能量守恒章末分层突破教师用书沪科版选修3-3
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第4章热力学定律与能量守恒[自我校对]①ΔU＝W ②ΔU＝Q ③热辐射④Q＋W ⑤不可能⑥不可能热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现形式．它给出了做功和热传递在改变物体内能上是等价的．1．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做的功(W)和物体从外界吸收的热量(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的关键．(1)外界对物体做功，W＞0；物体对外界做功，W＜0；(2)物体从外界吸热，Q＞0；物体向外界放热，Q＜0；(3)ΔU＞0，物体的内能增加；ΔU＜0，物体的内能减少．解题思路：分析题干，确定改变内能的方式(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU ＝W＋Q→得出结论2．注意的问题(1)只有绝热过程时Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热放热情况可判断内能的变化．(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑．(4)对于气体，做功W的正负一般要看体积变化，气体体积缩小，W＞0；气体体积增加，W＜0.3．应用热力学定律和能量守恒时的步骤(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化．(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增．如图41所示，p－V图中，一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B 时，从外界吸收热量420 J，同时膨胀对外做功300 J．当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时，外界压缩气体做功200 J，求此过程中气体吸收或放出的热量是多少？图41【解析】一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为ΔU＝Q1＋W1＝420 J＋(－300) J＝120 J气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时，气体内能将减少120 J，而此过程中外界压缩气体做了W2＝200 J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2＝ΔU－W2＝(－120) J－200 J＝－320 J.【答案】放出热量320 J热力学第二定律的理解1.(1)热传递具有方向性：两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．(2)气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．(3)机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．(4)气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空．2．热力学第二定律的微观解释一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，即在任何自然过程中，一个孤立系统的熵总不会减小．下列说法正确的是( )A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律B．空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多C．自发的热传导是不可逆的D．不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为这违背热力学第一定律E．气体向真空膨胀具有方向性【解析】有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体；空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量，A错误、B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来，这违背了热力学第二定律，D错误，C正确；气体可自发地向真空容器膨胀，E正确．【答案】BCE地球上有很多的海水，它的总质量约为 1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，关于其原因下列说法中不正确的是( )A ．内能不能转化成机械能B ．内能转化成机械能不满足热力学第一定律C ．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机械不满足热力学第二定律D ．机械能可全部转化为内能，内能不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化E ．上述原因都不正确【解析】 本题考查热力学第一定律和热力学第二定律的应用，内能可以转化成机械能，如热机，A 错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B 错误；热力学第二定律告诉我们：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，C 、D 正确．【答案】 ABE(1)自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的.(2)理解的关键是“自发”和“不引起其他变化”.1.(2016·全国乙卷)关于热力学定律，下列说法正确的是 ．A ．气体吸热后温度一定升高B ．对气体做功可以改变其内能C ．理想气体等压膨胀过程一定放热D ．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E ．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡【解析】 根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法A 错误．改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，说法B 正确．理想气体等压膨胀对外做功，根据pV T＝恒量知，膨胀过程一定吸热，说法C 错误．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，说法D 正确．两个系统达到热平衡时，温度相等，如果这两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，说法E 正确．故选B 、D 、E.【答案】 BDE2．(2016·全国甲卷)一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p T 图像如图42所示，其中对角线ac 的延长线过原点O .下列判断正确的是 ．图42A ．气体在a 、c 两状态的体积相等B ．气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能C ．在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D ．在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E ．在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功【解析】 由ac 的延长线过原点O 知，直线Oca 为一条等容线，气体在a 、c 两状态的体积相等，选项A 正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a 时的内能大于在状态c 时的内能，选项B 正确；过程cd 是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C 错误；过程da 气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D 错误；由理想气体状态方程知：p a V a T a ＝p b V b T b ＝p c V c T c ＝p d V d T d ＝C ，即p a V a ＝CT a ，p b V b ＝CT b ，p c V c ＝CT c ，p d V d ＝CT d .设过程bc 中压强为p 0＝p b ＝p c ，过程da 中压强为p ′0＝p d ＝p a .由外界对气体做功W ＝p ·ΔV 知，过程bc 中外界对气体做的功W bc ＝p 0(V b －V c )＝C (T b －T c )，过程da 中气体对外界做的功W da ＝p ′0(V a －V d )＝C (T a －T d )，T a ＝T b ，T c ＝T d ，故W bc ＝W da ，选项E 正确(此选项也可用排除法直接判断更快捷)．【答案】 ABE3．(2016·全国丙卷)关于气体的内能，下列说法正确的是 ．A ．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B ．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C ．气体被压缩时，内能可能不变D ．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E ．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加【解析】 气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，说法A 错误．内能与物体的运动速度无关，说法B 错误．气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，说法C 正确．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，说法D 正确．根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，说法E 正确．【答案】CDE4．(2014·山东高考改编)如图43，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，关于缸内气体的下列说法正确的是( )图43A．内能增加B．对外做功C．压强不变D．分子间的引力和斥力都增大E．分子间的引力和斥力都减小【解析】当环境温度升高时，压强不变，缸内气体膨胀对外做功，对理想气体不考虑分子力，内能仅由物质的量和温度决定，温度升高，气体的内能增加，正确选项为A、B、C.【答案】ABC我还有这些不足：(1) ________________________________________________________(2) ________________________________________________________我的课下提升方案：(1) ________________________________________________________(2) ________________________________________________________。
