高中物理 第四章 能量守恒与热力学定律本章优化总结学案 教科版选修3-3-教科版高二选修3-3物理学案VIP专享VIP免费

本章优化总结热力学第一定律及其应用1．公式和符号(1)公式：ΔU＝Q＋W.(2)符号①外界对物体做功，则W为正；物体对外界做功(多为气体膨胀)，则W为负．②物体从外界吸热，Q为正；物体放热，Q为负．③物体内能增加，ΔU为正；物体内能减少，ΔU为负．2．注意问题(1)只有绝热过程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的正负一般要看气体体积变化，气体体积缩小，W>0；气体体积增大，W<0.如图所示，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420J，同时膨胀对外做功300J．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200J，判断此过程中气体是吸热还是放热，并求出热量变化的多少．[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，由热力学第一定律可知，气体内能的增加量为ΔU＝Q1－W1＝420J－300J＝120J气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时，气体内能将减少120J，而此过程中外界又压缩气体做了W2＝200J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2＝ΔU′－W2＝(－120J)－200J＝－320J即此过程中气体放出的热量是320J.[答案]放热320J能量守恒定律的应用在应用能量守恒定律处理问题时，首先要分清系统有多少种能量(如动能、势能、内能、电能)在相互转化，哪种形式的能增加了，哪种形式的能减少了，某种形式的能增加，一定存在着其他形式的能减少，且增加量等于减少量．其次，计算时要在各自领域内遵循各自的规律，如在机械能领域内遵循动力学的规律．一铁球从高H处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为c，各物理量取国际制单位)[解析]设落到地面时的速率为v，由v2＝2gH得落地时速率v＝，则铁球在与地面撞击时损失的动能ΔE＝mv2－m＝mv2＝m·2gH＝mgH由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能则ΔU＝ΔE＝mgH＝Q由Q＝cmΔt得Δt＝＝＝即铁球温度升高.[答案]热力学第二定律及其应用1．分析问题的方法掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．本章对热力学第二定律的表述很多，这些不同形式的表述都是等价的．2．热力学第二定律的几种表现形式(1)热传递具有方向性：两个温度不同的物体接触时，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再从容器中流回，使容器变为真空．下列有关热力学第二定律的说法正确的是()A．气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的C．空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小[解析]与温度有关的一切热现象的宏观过程都是不可逆的，A项错误；热量不能自发地由低温物体传到高温物体，空调机里的压缩机工作，消耗了电能，产生了其他影响，C项错误；一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵增大，D项错误．只有B项正确．[答案]B