課時3熱力學定律和能量守恒知識點一能量守恒熱力學第一定律——知識回顧——1．熱力學第一定律：功、熱量跟內能改變之間的定量關系ΔU＝

.2．能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式

為另一種形式或從

到另一個物體．3．不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機器叫 ，它違背了能的

，因此這種機器

制造出來．Q＋W轉化一個物體轉移第一類永動機轉化與守恒定律不可能——要點深化——熱力學第一定律的符號法則外界對物體做功，物體體積減小，W取正值；物體對外界做功，物體體積增大，W取負值．物體吸收熱量，Q取正值；物體放出熱量，Q取負值．物體內能增加，ΔU取正值，物體內能減少，ΔU取負值．——基礎自測——關于物體內能的變化，以下說法中正確的是()A．物體吸收熱量，內能一定增大B．物體對外做功，內能一定減少C．物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變D．物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變解析：根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，物體內能的變化與外界對物體做功(或物體對外界做功)，物體從外界吸熱(或向外界放熱)兩種因素有關．物體吸收熱量，但有可能同時對外做功，故內能有可能不變甚至減小，故A錯．同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內能不一定減少，B錯．若物體吸收的熱量與對外做的功相等，則內能不變，C正確，因放熱與對外做功都會使物體內能減少，故D錯．答案：C知識點二熱力學第二定律——知識回顧——1．熱力學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

并把它全部用來對外

而不引起其他變化．2．第二類永動機：只從

吸取熱量，使之全部用來做功，而不引起其他變化的熱機．熱量高溫物體變化單一熱源吸收熱量做功單一熱源——要點深化——1．熱力學第二定律的理解(1)熱力學第二定律揭示了自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程(或自然界中實際的宏觀過程)都具有方向性．熱現(xiàn)象是與大量分子的無規(guī)則運動相聯(lián)系的，因此，自然界中存在的凡涉及到與分子熱運動有關的宏觀過程都是有方向性的．這就是熱力學第二定律的實質．(2)熱力學第二定律說明自然界中各種不可逆過程都是相關聯(lián)的，即由某一過程的不可逆性可推出另一過程的不可逆性．(3)熱力學第二定律已在物理、化學、生物等自然學科中有著重要的應用，對我們認識自然、利用自然有重要的指導意義．2．熱力學第二定律與熱力學第一定律的關系熱力學第一定律中，摩擦力做功可以全部轉化為熱．熱力學第二定律卻說明這一熱量不可能在不引起其他變化的情況下由熱完全轉化為功．熱量可以從高溫物體自動傳向低溫物體，而熱力學第二定律卻說明熱量不能自動從低溫物體傳向高溫物體．熱力學第一定律說明在任何過程中能量必守恒，熱力學第二定律卻說明并非所有能量守恒過程均能實現(xiàn)．熱力學第二定律是反映自然界過程進行的方向和條件的一個規(guī)律，它指出自然界中出現(xiàn)的過程是具有方向性的，某些方向的過程可以實現(xiàn)，而另一些方向的過程則不能實現(xiàn)．在熱力學中，它和第一定律相輔相成，缺一不可．——基礎自測——下列說法正確的是()A．熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B．外界對物體做功，物體的內能必定增加C．第二類永動機不可能制成，是因為違反了能量守恒定律D．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化解析：：根據(jù)熱熱力學學第二二定律律，熱熱量不不能自自發(fā)地地由低低溫物物體傳傳遞到到高溫溫物體體，而而不引引起其其他變變化，，在發(fā)發(fā)生其其他變變化的的前提提下，，熱量量可以以由低低溫物物體傳傳遞到到高溫溫物體體，例例如電電冰箱箱制冷冷時，，壓縮縮機工工作，，消耗耗了電電能，，同時時熱量量由冰冰箱內內的低低溫物物體傳傳遞到到冰箱箱外的的高溫溫物體體，所所以A錯；；外界界對物物體做做功的的同時時，物物體可可能放放熱，，物體體的內內能不不一定定增加加，所所以B錯；；第二二類永永動機機的效效率為為100%，并并不違違反能能量守守恒定定律，，但它它違反反了熱熱力學學第二二定律律中熱熱機效效率必必小于于1的的表述述，因因此它它不可可能制制成，，所以以C錯錯；而而D選選項中中的表表述就就是熱熱力學學第二二定律律的一一種表表述形形式，，所以以D正正確．．答案：：D知識點點三熱力學學定律律的微微觀解解釋——知知識回回顧———1．如果一一個““宏觀觀態(tài)””對應應的““微觀觀態(tài)””比較較多，，就說說這個個“宏宏觀態(tài)態(tài)”是是比較較的．2．自發(fā)發(fā)的過過程總總是傾傾向于于出現(xiàn)現(xiàn)與對應的的宏觀觀態(tài)，，因此此自發(fā)發(fā)的過過程總總是從從向著發(fā)展的的．3．一切切自然然過程程總是是沿著著分子子熱運運動的的的方向向進行行．這這就是是熱力力學第第二定定律的的微觀觀意義義．無序較多微微觀態(tài)態(tài)有序無序無序性性增大大——要要點深深化———熱力學學第二二定律律微觀觀意義義的理理解系統(tǒng)的熱力力學過程就就是大量分分子無序運運動狀態(tài)的的變化．從從微觀看，，在功轉化化為熱的過過程中，自自然過程是是大量分子子從有序運運動狀態(tài)向向無序運動動狀態(tài)轉化化的過程，，但其逆過過程卻不能能自動地進進行，即不不可能由大大量分子無無規(guī)則的熱熱運動自動動轉變?yōu)橛杏行蜻\動．．從微觀看，，熱傳遞的的過程中，，自然過程程是大量分分子從無序序程度小的的運動狀態(tài)態(tài)向無序程程度大的運運動狀態(tài)轉轉化的過程程，其逆過過程不能自自動進行．．大量分子子無序運運動狀態(tài)態(tài)變化的的方向總總是向無無序性增增大的方方向進行行，即一一切自然然過程總總是沿著著無序性性增大的的方向進進行，這這就是熱熱力學第第二定律律的微觀觀意義．．——基礎礎自測———關于熱力力學第二二定律的的微觀意意義，下下列說法法正確的的是()A．大量分子子無規(guī)則的熱熱運動能夠自自動轉變?yōu)橛杏行蜻\動B．熱傳遞的的自然過程是是大量分子從從有序運動狀狀態(tài)向無序運運動狀態(tài)轉化化的過程C．熱傳遞的的自然過程是是大量分子從從無序程度小小的運動狀態(tài)態(tài)向無序程度度大的運動狀狀態(tài)轉化的過過程D．一切自然然過程總是沿沿著分子熱運運動的無序性性增大的方向向進行解析析：：分子子熱熱運運動動是是大大量量分分子子的的無無規(guī)規(guī)則則運運動動，，系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一個個宏宏觀觀過過程程包包含含著著大大量量的的微微觀觀狀狀態(tài)態(tài)，，這這是是一一個個無無序序的的運運動動，，根根據(jù)據(jù)熵熵增增加加原原理理，，熱熱運運動動的的結結果果只只能能使使分分子子熱熱運運動動更更加加無無序序，，而而不不是是變變成成了了有有序序，，熱熱傳傳遞遞的的自自然然過過程程從從微微觀觀上上講講就就是是大大量量分分子子從從無無序序程程度度小小的的運運動動狀狀態(tài)態(tài)向向無無序序程程度度大大的的運運動動狀狀態(tài)態(tài)轉轉化化的的過過程程，，C、、D項項正正確確．．答案案：：CD知識識點點四四能量量耗耗散散———知知識識回回顧顧————1．．各種種形形式式的的能能最最終終都都轉轉化化成成，流流散散到到周周圍圍的的環(huán)環(huán)境境中中，，分分散散在在環(huán)環(huán)境境中中的的內內能能不不管管數(shù)數(shù)量量多多么么巨巨大大，，它它也也只只不不過過能能使使地地球球大大氣氣稍稍稍稍變變暖暖一一點點，，卻卻再再也也不不能能驅驅動動機機器器做做功功了了．．這這樣樣的的轉轉化化過過程程叫叫做做““”．2．各種種形式式的能能向內內能轉轉化是是微觀觀領域域內無無序程程度較較向無序序程度度較的轉變變，是是能發(fā)生的的、發(fā)生的的．內能能量耗散小大自動全額3．從從可被被利用用的價價值來來看，，內能能較之之機械械能、、電能能等，，是一一種的能量量．由由此可可知，，能量量耗散散雖然然不會會導致致能的的總量量，卻會會導致致能量量品質質的，實際際上是是將能能量從從高度度有用用的形形式降降級為為不大大可用用的形形式．．低品質質減少降低——要要點深深化———1．煤、石石油、、天然然氣等等能源源儲存存著高高品質質的能能量，，在利利用它它們的的時候候，高高品質質的能能量釋釋放出出來并并最終終轉化化為低低品質質的內內能．．2．能量雖雖然不會減減少但能源源會越來越越少，所以以要節(jié)約能能源．——基礎自自測——下列對能量量耗散的理理解正確的的有()A．能量耗耗散說明能能量在不斷斷減少B．能量耗耗散遵守能能量守恒定定律C．能量耗耗散說明能能量不能憑憑空產生，，但可以憑憑空消失D．能量耗耗散從能量量角度反映映出自然界界的宏觀過過程具有方方向性解析：在發(fā)生能量量轉化的宏宏觀過程中中，其他形形式的能量量最終會轉轉化為流散散到周圍環(huán)環(huán)境的內能能，無法再再回收利用用，這種現(xiàn)現(xiàn)象叫能量量耗散．能能量耗散并并不違反能能量守恒定定律，宇宙宙的能量既既沒有減少少，也沒有有消失，它它只從能量量角度反映映出自然界界的宏觀過過程具有方方向性，故故A、C錯錯．答案：BD題型一熱力學第第一定律律的應用用[例1]一定質量量的非理理想氣體體(分子子間的作作用力不不可忽略略)，從從外界吸吸收了4.2××105J的熱量量，同時時氣體對對外做了了6×105J的功，，則：(1)氣氣體的內內能________(填““增加””或“減減少”)，其變變化量的的大小為為________J.(2)氣氣體的分分子勢能能________(填“增增加”或或“減少少”)．．(3)分分子平均均動能如如何變化化？[解析](1)因因氣體從從外界吸吸收熱量量，所以以Q＝4.2×105J氣體對外外做功6×105J，則外外界對氣氣體做功功W＝－6×105J由熱力學學第一定定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－6×105J＋4.2×105J＝－1.8×105J，所以物體體內能減減少了1.8×105J.(2)因因為氣體體對外做做功，體體積膨脹脹，分子子間距離離增大了了，分子子力做負負功，氣氣體的分分子勢能能增加了了．(3)因為氣氣體內能減少少了，而分子子勢能增加了了，所以分子子平均動能必必然減少了，，且分子平均均動能的減少少量一定大于于分子勢能的的增加量．[答案](1)減少1.8×105(2)增加(3)減少少題后反思當做功和熱傳傳遞兩種過程程同時發(fā)生時時，內能的變變化就要用熱熱力學第一定定律進行綜合合分析，要切切記符號法則則，系統(tǒng)對外外界做功W＜0，外界對對系統(tǒng)做功W＞0，系統(tǒng)吸吸熱Q＞0，放熱Q＜0，ΔU＞0系統(tǒng)內能能增加，ΔU＜0系統(tǒng)內能能減少．變式1—1一一定量的氣氣體，膨脹過過程中是外界界對氣體做功功還是氣體對對外界做功？？如果膨脹時時做的功是135J，，同時向外放放熱85J，氣體內能能的變化量是是多少？內能能是增加了還還是減少了？？解析：對氣體來說，，體積膨脹，，氣體對外界界做功，在熱熱力學第一定定律中W表示外界對氣氣體做的功，，故此時W為負，氣體膨膨脹做的功為為135J，向外界放放熱85J，此時W＝－135J，Q＝－85J，由熱力學學第一定律知知：ΔU＝W＋Q＝－135J－85J＝－220J.即內能減少了了220J.答案：見解析題型二對熱力學第二二定律的理解解[例2]根據(jù)熱力學第第二定律，可可知下列說法法中正確的有有()A．熱量能夠夠從高溫物體體傳到低溫物物體，但不能能從低溫物體體傳到高溫物物體B．熱量能夠夠從高溫物體體傳到低溫物物體，也可能能從低溫物體體傳到高溫物物體C．機械能可可以全部轉化化為熱量，但但熱量不可能能全部轉化為為機械能D．機械能可可以全部轉化化為熱量，熱熱量也可能全全部轉化為機機械能[解析]根據(jù)熱傳遞的的規(guī)律可知熱熱量能夠從高高溫物體傳到到低溫物體；；當外界對系系統(tǒng)做功時，，可以使系統(tǒng)統(tǒng)從低溫物體體吸取熱量傳傳到高溫物體體上去，制冷冷機(例如冰冰箱和空調)就是這樣的的裝置．但是是熱量不能自自發(fā)地從低溫溫物體傳到高高溫物體．選選項A錯誤．．B正確．一一個運動的物物體，克服摩摩擦阻力做功功，最終停止止，在這個過過程中機械能能全部轉化為為熱量．外界界條件發(fā)生變變化時，熱量量也可以全部部轉化為機械械能．例如在在等溫膨脹過過程中，系統(tǒng)統(tǒng)吸收的熱量量全部轉化為為對外界做的的功．[答案]BD題后反思熱力學第二二定律反映映了一個自自然規(guī)律：：與熱現(xiàn)象象有關的宏宏觀物理過過程具有方方向性．由由于人們發(fā)發(fā)現(xiàn)這樣的的規(guī)律是從從研究熱機機的問題開開始的，所所以較多地地集中在機機械能向內內能的轉化化的方向性性和熱傳導導的方向性性．定律的的表述方式式比較抽象象．大家要要通過一些些實例來認認識有哪些些現(xiàn)象能表表明能量轉轉化過程中中的方向性性．變式2—1用兩種不同同的金屬絲絲組成一個個回路，接接觸點1插插在熱水中中，接觸點點2插在冷冷水中，如如圖1所示示，電流計計指針會發(fā)發(fā)生偏轉，，這就是溫溫差發(fā)電現(xiàn)現(xiàn)象，這一一實驗是否否違反熱力力學第二定定律？熱水水和冷水的的溫度是否否會發(fā)生變變化？簡述述這一過程程中能的轉轉化情況．．圖1解析：熱水溫度降降低，冷水水溫度升高高，轉化效效率低于100%.答案：不違反；見見解析題型三能量守恒定定律的應用用[例例3]現(xiàn)代代典典型型的的燃燃煤煤發(fā)發(fā)電電廠廠，，總總效效率率一一般般為為40%，，有有一一座座大大型型燃燃煤煤發(fā)發(fā)電電廠廠，，如如果果發(fā)發(fā)出出1.0××109J的的電電力力，，可可供供一一個個大大城城市市使使用用．．圖圖2表表示示這這座座發(fā)發(fā)電電廠廠的的能能量量流流向向．．請請回回答答：：圖2(1)燃燃煤提供供的能量量應等于于哪幾項項能量之之和？(2)圖圖中煙囪囪廢氣所所帶走的的能量及及渦輪機機損耗沒沒有標出出，請你你算出來來，在圖圖中補上上．(3)算算出這座座發(fā)電廠廠的總效效率．(4)根根據(jù)圖所所示的電電廠能量量流向，，你認為為在哪些些地方進進行改進進可以提提高發(fā)電電廠的總總效率？？[分析]仔細分析析發(fā)電過過程的能能量流向向圖，搞搞清各項項能量或或功間的的關系，，根據(jù)能能量轉化化與守恒恒定律可可求解．．[解析](1)燃燃煤提供供的能量量等于進進入渦輪輪機的能能量和通通過煙囪囪排出的的能量．．(2)根根據(jù)(1)中的的解析可可得通過過煙囪廢廢氣所帶帶走的能能量為：：E＝2.5×109J－2.2×109J＝3×108J渦輪機從從外界吸吸熱2.2×109J，對外外做功W＝1.0×109J所以渦輪輪機損耗耗(4)從從能量流流向圖中中可以看看出，該該發(fā)電廠廠的損耗耗共達到到了1.5×109J，即即達到到了60%，最最主要要的損損耗是是渦輪輪機的的損耗耗，由由冷凝凝器[答案]

見解析題后反反思能的轉轉化一一定要要通過過做功功來實實現(xiàn)，，而能能的轉轉移是是要通通過某某種形形式的的傳遞遞來完完成．．由熱熱力學學第一一定律律可知知，要要使一一個系系統(tǒng)內內能增增加，，其他他系統(tǒng)統(tǒng)必須須對它它傳遞遞熱量量、做做功或或者既既傳遞遞熱量量又做做功，，其他他系統(tǒng)統(tǒng)減少少等量量的能能量，，而二二者的的總能能量保保持不不變．．變式3—1在高為為h＝0.8m的的光滑滑桌面面上放放著一一個質質量為為M＝2kg的木木塊，，一顆顆質量量m＝10g的鉛鉛彈從從水平平方向向射中中木塊塊(未未穿出出)，，把木木塊打打落在在地面面上，，落地地點與與桌邊邊的水水平距距離s＝0.4m．．設增增加的的內能能有η＝60%使使鉛彈彈的溫溫度升升高，，鉛彈彈的溫溫度升升高多多少度度？[鉛的的比熱熱c＝1.3××102J/(kg·℃℃)，，取g＝10m/s2]答案：：92.8℃1．(2009·全全國卷卷Ⅱ)如圖3，水水平放放置的的密封封氣缸缸內的的氣體體被一一豎直直隔板板分隔隔為左左右兩兩部分分，隔隔板可可在氣氣缸內內無摩摩擦滑滑動，，右側側氣體體內有有一電電熱絲絲．氣氣缸壁壁和隔隔板均均絕熱熱．初初圖3始時隔板靜靜止，左右右兩邊氣體體溫度相等等．現(xiàn)給電電熱絲提供供一微弱電電流，通電電一段時間間后切斷電電源．當缸缸內氣體再再次達到平平衡時，與與初始狀態(tài)態(tài)相比()A．右邊氣氣體溫度升升高，左邊邊氣體溫度度不變B．左右兩兩邊氣體溫溫度都升高高C．左邊氣氣體壓強增增大D．右邊氣氣體內能的的增加量等等于電熱絲絲放出的熱熱量答案：BC2．如圖4所示，由由導熱材料料制成的氣氣缸和活塞塞將一定質質量的理想想氣體封閉閉在氣缸內內，活塞與與氣缸壁之之間無摩擦擦，活塞上上方存有少少量液體．．將一細管管插入液體體，由于虹虹吸現(xiàn)象，，活塞上方方液體逐漸漸流出．在在此過程中中，大氣壓壓強與外界界的溫度保保持不變，，關于這一一過程，下下列說法正正確的是()圖4A．氣體分分子的平均均動能逐漸漸增大B．單位時時間氣體分分子對活塞塞撞擊的次次數(shù)增多C．單位時時間氣體分分子對活塞塞的沖量保保持不變D．氣體對對外界做功功等于氣體體從外界吸吸收的熱量量解析：導熱氣缸和和活塞，說說明氣體溫溫度始終與與大氣溫度度相同，當當液體逐漸漸流出的過過程中氣體體做等溫膨膨脹、壓強強減小的變變化，氣體體溫度未變變，分子密密度減小則則氣體分子子的平均動動能不變，，A錯誤；；對活塞單單位時間內內撞擊次數(shù)數(shù)減少，B錯誤；單單位時間分分子對活塞塞的沖量減減小，C錯錯誤；因為為氣體溫度度未變，所所以氣體的的內能未變變，則氣體體對外界做做功和從外外界吸收的的熱量相等等，則D正正確．答案案：：D3．．對對一一A．氣體的體積是所有氣體分子的體積之和B．氣體分子的熱運動越劇烈，氣體溫度就越高C．氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產生的D．當氣體膨脹時，氣體分子之間的勢能減小，因而氣體的內能減少解析析：：氣體體分分子子間間有有較較大大空空隙隙，，氣氣體體分分子子的的體體積積之之和和遠遠小小于于氣氣體體的的體體積積，，所所以以A錯錯誤誤．．氣氣體體溫溫度度越越高高，，分分子子平平均均動動能能越越大大，，分分子子熱熱運運動動越越劇劇烈烈，，則則B正正確確．．由由壓壓強強的的定定義義可可知知：：單單位位面面積積上上的的壓壓力力叫叫壓壓強強，，器器壁壁內內側側受受到到的的壓壓力力就就是是氣氣體體分分子子對對器器壁壁不不斷斷碰碰撞撞而而產產生生的的，，所所以以C正正確確．．當當氣氣體體膨膨脹脹時時，，氣氣體體分分子子間間距距離離增增大大，，有有可可能能對對外外做做功功，，還還有有可可能能與與外外界界有有熱熱交交換換，，吸吸收收熱熱量量，，導導致致內內能能不不變變，，內內能能增增大大，，內內能能減減少少都都有有可可能能，，所所以以D錯錯誤誤．．答案：：BC4．地地面附附近有有一正正在上上升的的空氣氣團，，它與與外界界的熱熱交