逍遥右脑 2013-06-08 16:37
第十三 热力学定律
1.本主要是研究热和功间的关系、热力学第一第二定律，了解能的开发利用，以拓宽同学们的视野。
2.本主要是以以前学习过的内容为基础，研究功与能间的关系，以热力学定律为基础结合各种能量间关系的计算。
3.高考中以选择题形式考查对基础知识的理解，以计算题形式计算能量间的转化和转移关系。
第一时 热力学定律
【要求】
1．理解热力学第一定律和能量守恒定律。
2．知道热力学第二定律，知道能与环境的关系，了解新能的开发和利用。
【知识再现】
一、功和能
做功与热传递在改变内能方面二者是等价的．做功时内能与其它形式的能相互转化．热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
二、热力学第一定律
功、热量跟内能改变之间的定量关系△U＝W+Q。
三、能的转化和守恒定律
1．能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式 为另一种形式或从 到另一个物体。
2．不消耗任何能量，却不断地对外做功的机器叫 ，它违背了能的 ，因此这种机器 制造出。
四、热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述
表述一，不可能使 由低温物体传递到 而不引起其他 。
表述二：不可能从 并把它全部用对外 而不引起其他变化。
2．第二类永动机：只从 吸取热量，使之全部用做功，而不引起其他变化的热机。
五、能的开发利用
1．能与人类发展关系是： 。
2．能与环境的关系是： 。
3． 等为新能。
知识点一温度、热量、功、内能
功、热量是能量转化转移的量度，是与内能的变化相联系的，是过程量．内能是状态量．物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，或者做的功多，传递的热量多．只有物体的内能变化大的过程中做的功或传递的热量才会多．温度只是分子平均动能的标志．物体的内能除与温度有关外，还与物体的物质的量、体积、物态等因素有关．
【应用1】判断下列各种说法是否正确( )
A．物体从10℃变为8℃，其热量减少了．
B．物体从10℃变为8℃，放出了一定的内能．
C．物体从10℃变为8℃，其内能减少了．
D．物体从10℃变为8℃，物体可能释放了一定热量．
导示:热量是在有热交换过程中内能转移的物理量，物体没有热量减少的说法，A错。B中也只能说是放出了热量，而不是内能，B错。物体的内能不仅与温度有关，还与体积有关，C错。物体温度降低，可能向外传热，也可能有做功过程，D正确。
热力学问题中，一样要区分过程量与状态量之间的关系，
知识点二热力学第一定律
物体内能的增量△U等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和．表达式：W十Q＝△U
【应用2】关于物体内能及其变化，下列说法中正确的是 ( )
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能不一定改变
C．对物体做功，其内能必定改变；物体向外传出一定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
导示: 物体的内能不仅与温度有关，还与体积有关，温度改变，内能不一定变化，A错。改变物体内能有两种方式：做功与热传递。物体对外做功，其内能不一定改变；同样向物体传递热量，其内能不一定改变，B正确，CD错。故选B。
符号法则：外界对物体做功，物体体积减小，W取正值；物体对外界做功，物体体积增大，W取负值．物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值；物体内能增加，△U取正值，物体内能减少，△U取负值．
知识点三能量守恒定律
能量是量度物体运动的物理量，不同形式的能与不同的运动形式相对应．如：内能与分子热运动相对应，电能与电荷运动相对应等．能的转化一定要通过做功才能实现，而能的转移要通过某种形式的传递完成．不同形式能的转化，意味着物体的运动由一种形式转化成了另一种形式，因此，能量守恒是沟通不同运动的重要纽带．
【应用3】如图所示，容器A、B各有一个自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带着阀门的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时，A中的水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
导示: 大气压力对左侧水做功，同时右侧水对大气做功， 可知两者做功相等，所以大气对水做功为零。而水的内能增加的原因是因为重力对水做了功，转化成了水的内能。故ABC错，D正确。
各种形式的能在转化和转移中总能量守恒是无条的，而某种或某几种形式的能的守恒是有条的，如：在只有重力和弹力做功时，机械能才守恒，对此应予以注意．某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等，如：相互摩擦的系统中，一对滑动摩擦力所做的总功是负值，因此使系统的机械能减少，内能增加，摩擦力所做总功的绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即等于系统损失的机械能．同理，若某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等，这也是列能量守恒定律方程式的两条基本思路．
知识点四热力学第二定律
热力学第一定律和热力学第二定律是热力学知识的基础理论．热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒，而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以自发的发生，哪些过程不可能自发的发生，如：第二类永动机不可能实现，热机效率不可能是100％，热现象过程中能量耗散是不可避免的，宏观的实际的热现象过程是不可逆的．
【应用4】下列说法中正确的是（ ）
A．热量能自发地从高温物体传给低温物体
B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热传导是有方向的
D．能量耗散说明能量是不守恒的
导示: 热量能自发地从高温物体传给低温物体，而从低温物体传到高温物体则必需有一定的条，A对B错。热传导具有方向性，C正确。所有物理现象都遵循能的转化与守恒定律，D错。故选AC。
热力学第二定律有多种表述，但无论用什么方式表述，都是揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的．
类型一热力学第一定律的应用
物体内能的增加与否，不能单单只看做功或者热传递，要将二者结合起，内能的变化由△U＝W+Q得到．应用热力学第一定律时，注意正确判断△U、W、Q的正负号。
【例1】在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断地增大，则气泡在浮起的过程中( )
A．放出热量 B．吸收热量
C．不吸热也不放热 D．无法判断
导示: 气体分子之间的距离很大，相互作用力很小，对气体说，气体的状态变化时，分子势能几乎不变．所以，一定质量的气体的内能的变化，就是气体分子热运动的动能总和的变化，即由温度的变化决定．在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面的过程中，小气泡温度不变，其内能增量△U＝0．上升过程中，气泡的体积不断增大，气体对外做功，即有W<0，根据热力学第一定律，可知Q>0，所以气泡在浮起的过程中，吸收热量，因此选项B正确．
物体处于大气环境中，做功的一个显著特点是物体的体积发生了变化，体积增大，物体对外做功，体积减小，外界对物体做功。
类型二能量守恒定律的应用
通过做功把其他形式的能量(特别是机械能)转化为内能的问题是一类重要的综合题．解这类综合题的关键在于弄清内能的．如：在机械能与内能相互转化的过程中，转化为内能的往往不是研究对象的全部机械能，而是系统损失的机械能．
【例2】直立容器内部有被隔开的AB两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使这两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸热Q,气体内能增量为ΔU,则
A.ΔU=Q B.ΔU<Q C.ΔU>Q D.无法比较
导示:AB混合前重心在中线以下，混合后重心在中线上，所以系统重力势能增大.吸收热量的一部分转化为重力势能，故ΔU<Q。故选B。
此类问题往往会结合平抛运动、圆周运动、相对运动、电磁感应等力、电知识，需要综合运用系统能量守恒等重要规律，是高考中的一个重点．
1．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门,冰箱冰箱正常工作,过一段时间房间内的温度将如何变化?（ ）
A.降低 B.升高 C.不变 D.无法判断
2．下列说法中正确的是( )
A．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．根据热力学第二定律，可以发明一种机器将散失的能量重新收集、重新利用
C．可以用特殊的方法，使热机效率达到100％
D．冰箱可以实现热量从低温物体传给高温物体，所以热力学第二定律不正确
3．如图,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计.置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上.弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为0 ).现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后,活塞静止,气体达到平衡状态.经过此过程（ ）
A. Ep全部转换为气体的内能
B. Ep一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
C. Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D. Ep一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
参考答案：
1．B 2．A 3．D