PAGE4-第3章熱力學(xué)定律[鞏固層·學(xué)問(wèn)整合][提升層·實(shí)力強(qiáng)化]熱力學(xué)第肯定律與能量守恒熱力學(xué)第肯定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的詳細(xì)表現(xiàn)形式．它給出了做功和熱傳遞在變更物體內(nèi)能上是等價(jià)的．熱力學(xué)第肯定律揭示了內(nèi)能的增量(ΔU)與外界對(duì)物體做的功(W)和物體從外界汲取的熱量(Q)之間的關(guān)系，即ΔU＝W＋Q，正確理解公式的意義及符號(hào)的含義是解決本類問(wèn)題的關(guān)鍵．(1)外界對(duì)物體做功，W＞0；物體對(duì)外界做功，W＜0．(2)物體從外界吸熱，Q＞0；物體向外界放熱，Q＜0．(3)ΔU＞0，物體的內(nèi)能增加；ΔU＜0，物體的內(nèi)能削減．解題思路：分析題干，確定變更內(nèi)能的方式(W、Q)→推斷W、Q的符號(hào)→代入公式ΔU＝W＋Q→得出結(jié)論eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔU＞0，則內(nèi)能增加|ΔU|，,ΔU＜0，則內(nèi)能削減|ΔU|.))留意的問(wèn)題(1)只有絕熱過(guò)程時(shí)Q＝0，ΔU＝W，用做功可推斷內(nèi)能的變更．(2)只有在氣體體積不變時(shí)，W＝0，ΔU＝Q，用吸熱、放熱狀況可推斷內(nèi)能的變更．(3)若物體內(nèi)能不變，即ΔU＝0，W和Q不肯定等于零，而是W＋Q＝0，功和熱量符號(hào)相反，大小相等，因此推斷內(nèi)能變更問(wèn)題肯定要全面考慮．(4)對(duì)于氣體，做功W的正負(fù)一般要看體積變更，氣體體積縮小，W＞0；氣體體積增加，W＜0．【例1】如圖所示的圓柱形容器內(nèi)用活塞密封肯定質(zhì)量的氣體，已知容器橫截面積為S．活塞重力為G，大氣壓強(qiáng)為p0．若活塞固定，密封氣體溫度上升1℃，需汲取的熱量為Q1；若活塞不固定，且可無(wú)摩擦滑動(dòng)，仍使密封氣體溫度上升1℃，需汲取的熱量為Q2．Q1和Q2哪個(gè)大些？氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容為什么會(huì)不同？[解析]設(shè)密閉氣體溫度上升1℃，內(nèi)能的增量為ΔU，則有ΔU＝Q1，ΔU＝Q2＋W，因氣體體積膨脹，W＜0，故Q1<Q2，由此可見，質(zhì)量相等的同種氣體，在定容和定壓兩種不同狀況下，盡管溫度變更相同，但汲取的熱量不同，所以同種氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容是不同的．[答案]Q1＜Q2見解析[一語(yǔ)通關(guān)]應(yīng)用熱力學(xué)定律和能量守恒時(shí)的步驟(1)認(rèn)清有多少種形式的能(例如動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、光能等)在相互轉(zhuǎn)化．(2)分別寫出削減的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式．(3)列出能量守恒方程：ΔE減＝ΔE增．熱力學(xué)其次定律及其應(yīng)用1．熱力學(xué)其次定律的兩種表述(1)依據(jù)熱傳遞的方向性表述為：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．這是熱力學(xué)其次定律的克勞修斯表述．(2)依據(jù)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述為：不行能從單一熱庫(kù)汲取熱量，使之完全變勝利，而不產(chǎn)生其他影響．這是熱力學(xué)其次定律的開爾文表述．2．熱力學(xué)其次定律的微觀意義(1)一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行．(2)用熵來(lái)表示熱力學(xué)其次定律：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減?。?．分析問(wèn)題的方法(1)熱力學(xué)其次定律的本質(zhì)是對(duì)宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明．(2)凡是對(duì)這種宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明，都可以作為熱力學(xué)其次定律的表述．(3)對(duì)熱力學(xué)其次定律的各種表述都是等效的．【例2】(多選)依據(jù)熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是()A．電冰箱的工作過(guò)程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞B．空調(diào)機(jī)在制冷過(guò)程中，從室內(nèi)汲取的熱量少于向室外放出的熱量C．科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)D．空調(diào)機(jī)在制冷過(guò)程中，從室內(nèi)汲取的熱量等于向室外放出的熱量AB[熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變更，如電冰箱要消耗電能，A對(duì)；空調(diào)機(jī)工作過(guò)程中，電流做功產(chǎn)生熱，所以向室外放熱多，從室內(nèi)吸熱少，B對(duì)，D錯(cuò)；單一熱源的熱機(jī)違反了熱力學(xué)其次定律，C錯(cuò)．][培育層·素養(yǎng)升華]“永動(dòng)機(jī)”的歷史和現(xiàn)實(shí)大約在300多年前，有位德國(guó)博士奧爾菲留斯獨(dú)創(chuàng)了一個(gè)“永動(dòng)機(jī)”——自動(dòng)輪．1717年，波蘭國(guó)王把這位博士請(qǐng)到了波蘭，并派了一位名叫格森·卡賽爾斯基的州長(zhǎng)鑒定其真?zhèn)危@位州長(zhǎng)為奧爾菲留斯創(chuàng)建了條件，把安裝機(jī)器的房子與四周隔離．1717年11月12日，自動(dòng)輪安裝完畢，起先轉(zhuǎn)動(dòng)．州長(zhǎng)親自鎖上了門，貼上了封條，派了兩名衛(wèi)兵晝夜看管這座房子．兩周以后州長(zhǎng)親自啟封開鎖，看到輪子還在轉(zhuǎn)動(dòng)，于是再次上鎖加封，又過(guò)了40天．1718年1月4日再次開封，輪子還在轉(zhuǎn)．這位仔細(xì)的州長(zhǎng)還不放心，又視察了兩個(gè)月，看到了輪子的確“永動(dòng)”．于是州長(zhǎng)就給奧爾菲留斯頒發(fā)了鑒定證書，從今以后奧爾菲留斯名聲大噪，他周游歐洲列國(guó)展出他的自動(dòng)輪，賣票賺了很多錢，并得到各國(guó)大人物的褒獎(jiǎng)和輿論界的贊揚(yáng)．消息傳到俄國(guó)，彼得大帝對(duì)該獨(dú)創(chuàng)極感愛好，派了一位專使蘇馬赫找奧爾菲留斯談判，想連人帶機(jī)器買到俄國(guó)去．奧爾菲留斯開價(jià)是10萬(wàn)盧布！蘇馬赫向彼得大帝匯報(bào)了兩個(gè)狀況：一是他看到輪子真的不停地轉(zhuǎn)，二是介紹了法國(guó)和英國(guó)學(xué)者的看法，他們無(wú)論如何也不信任“永動(dòng)機(jī)”是真的，因?yàn)樗鼜母旧鲜沁`反科學(xué)原理的．因此，彼得大帝遲遲未下決心用10萬(wàn)盧布的巨款去買這個(gè)自動(dòng)輪，他想在1725年親自去歐洲看看，但后來(lái)由于他去世了，終歸沒有看到這個(gè)“永動(dòng)機(jī)”．科學(xué)界始終認(rèn)為這肯定是一個(gè)大騙局．他們并不買那位波蘭州長(zhǎng)的賬．憑什么他用眼睛看看就認(rèn)為是事實(shí)，就發(fā)什么鑒定證書，真是豈有此理．科學(xué)家們公開指責(zé)這是個(gè)大騙局，并且懸賞1000馬克給揭穿騙局的人．最終騙局被博士先生的女仆揭穿了．原來(lái)這間安放自動(dòng)輪的房子里修了一個(gè)夾壁墻，只要有人在夾壁墻內(nèi)牽動(dòng)繩子，輪子就會(huì)轉(zhuǎn)．輪子不是“永動(dòng)”的，而是“人動(dòng)”的．牽繩的人就是博士的弟弟和女仆．我們不知道那位女仆有沒有得到1000馬克的賞金，但的確有人出了一本小冊(cè)子，揭露了這個(gè)騙局，還公布了一張圖，人們一看就會(huì)明白．[設(shè)問(wèn)探究]1．各種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案的失敗，制造永動(dòng)機(jī)奇妙幻想的破滅，對(duì)于每一個(gè)找尋永動(dòng)機(jī)的人是一個(gè)不小的打擊．但是，反思這一失敗的探究過(guò)程，它從反面給人類以啟迪，一些科學(xué)家從這一否定的結(jié)論中起先思索，提出這樣一個(gè)問(wèn)題：永動(dòng)機(jī)不行能制成，是不是說(shuō)明自然界存在著一條法則，它使我們不行能無(wú)中生有地獲得能量？2．有另外一種想象的永動(dòng)機(jī)：一只圓輪，里面裝著可以自由滾動(dòng)的沉重的鋼球，這位獨(dú)創(chuàng)家的想法是，輪子一邊的鋼球，總比另外一邊的離輪心遠(yuǎn)，因此，在它們的重力作用之下，肯定要使輪子旋轉(zhuǎn)不息．這個(gè)永動(dòng)機(jī)的馬腳在哪里？提示：1．自然界各種能量之間存在著肯定的轉(zhuǎn)化關(guān)系．這方面的思索是能量轉(zhuǎn)化和守恒原理建立的線索之一．德國(guó)聞名物理學(xué)家和生理學(xué)家亥姆霍茲(H．Helmholtz,1821－1894)就是從永動(dòng)機(jī)不行能實(shí)現(xiàn)的這個(gè)事實(shí)入手探討發(fā)覺能量轉(zhuǎn)化和守恒原理的．2．這只輪子看來(lái)雖然像真的是由于沉重鋼球的滾動(dòng)在旋轉(zhuǎn)，但它事實(shí)上只是由一架隱藏著的電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)的，只要把電源關(guān)閉，馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)．[深度思索]1．另外一種特別奇妙的幻想，它并不違反能量轉(zhuǎn)化和守恒原理．假如能把空氣或海水里的熱能，通過(guò)一種奇妙的機(jī)器，全部轉(zhuǎn)化成我們所須要的機(jī)械功，這可以成為取之不盡、用之不竭的能源．為什么也不能實(shí)現(xiàn)？2．追尋永動(dòng)機(jī)的失敗經(jīng)驗(yàn)，可以給我們什么啟示？答案：1．第一類永動(dòng)機(jī)是無(wú)中生有產(chǎn)生能量，違反了熱力學(xué)第肯定律；其次類永動(dòng)機(jī)雖然沒有違反能量守恒定律，但有個(gè)未知的能量源不停地產(chǎn)生能量差，違反了熱力學(xué)其次定律，所以同樣不行能