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-沪科版高二选修3-3物理学案VIP免费

第4章热力学定律与能量守恒[自我校对]①ΔU＝W②ΔU＝Q③热辐射④Q＋W⑤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1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，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＝420J＋(－300)J＝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＝(－120)J－200J＝－320J.【答案】放出热量320J热力学第二定律的理解1.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2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...