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1、2011 届高考物理能源与可持续发展 6第二节 热力学定律 能与可持续发展一、 考情分析考试大纲考纲解读1 热力学第一定律 I2 能量守恒定律 I3 热力学第二定律 I1 理解热传递和做功是改变内能的两种不同方式，理解二者的差异。2 理解热力学第一定律，会进行简单计算，注意理论与实际相联系，理解第一类永动不可制成的原理。3 理解热力学第二定律的不同表述的等价性，理解第二类永动机不可制成的原理。4 要重视热力学第二定律和能量守恒的综合运算题。二、考点知识梳理 （一） 、物体的内能： 1 做热运动的分子具有的动能叫_。_是物体分子热运动的平均动能的标志。温度越高，分子做热运动的平均动能_。 理解要
2、点：温度是大量分子的_的标志，对个别分子讲是_的；温度相同的不同种类的物质，它们分子的平均动能相同，但由于不同种类物质的分子质量不等，所以，它们分子的_不同；分子的平均动能与物体运动的速度_。rEr02 分子势能分子间由于存在相互作用而具有的，大小由分子间相对位置决定的能叫做_ 分子势能改变与分子力做功的关系：分子力做功，分子势能_；克服分子力做功，分子势能_；且分子力做多少功，分子势能就改变多少。分子势能与分子间距的关系（如右图示）：当 r 时，分子力表现为引力，随着 r 的增大，分子引力做_，分子势能_；当 r 时，分子力表现为斥力，随着 r 的减小，分子斥力做_，分子势能_；r= 时，分
3、子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时的分子势能为零。对实际气体说，体积增大，分子势能_;体积缩小，分子势能_。3 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的_。 物体的内能跟物体的_和_都有关系：温度升高时物体内能_；体积变化时，物体内能变化。 4 分子势能与体积的关系分子热能与分子力相关：分子力做正功，分子势能_；分子力做负功，分子势能_。而分子力与分子间距有关，分子间距的变化则又影响着大量分子所组成的宏观物体的体积。这就在分子热能与物体体积间建立起某中联系。考虑到分子力在 rr0 时表现为斥力，此时体积膨胀时，表现为斥力的分子力做正功。因此分子势能随物体体积呈
4、非单调变化的特征。改变内能的两种方式改变物体的内能通常有两种方式：_和_。做功涉及到的是内能与其它能间的_；而热传递则只涉及到内能在不同物体间的_。6 物体的内能和机械能之间主要区别有如下几点：对应着不同的研究对象和物理运动形式。机械能对应于宏观物体的机械运动，而物体的内能对应于大量分子的热运动，是大量分子的集体表现，是统计平均的结果。对应着不同的相互作用力。机械能对应于万有引力和弹簧弹力；而物体的内能对应于静电力。数值的确定依据和方法不同。（二） 、热力学第一定律： 做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是
5、其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。 内容：_。表达式：_符号法则：外界对物体做功，取_，物体对外界做功，取_；物体吸收热量 Q 取_，物体放出热量 Q 取_；物体内能增加E 取_，物体内能减少 E 取_。三、热力学第二定律： 1 热传导的方向性。热传导的过程是有_的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体） ，但是向相反的方向却不能_进行。2 第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热，从单一热吸收热量全部用做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有_：机械能可以
6、全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。 3 热力学第二定律。表述：_（按热传导的方向性表述） 。_（按机械能和内能转化过程的方向性表述） 。_。热力学第二定律使人们认识到：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有_。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。4 能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起加以利用。这种现象叫做_。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有_。（四） 、能量守恒定律： 能量守恒定律指出：能量即不会_，也不会_，它只能从一种形式转
7、化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量_。 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一。 三、考点知识解读考点 1 热力学第一定律的应用剖析：（1）当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析。（2）做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功。为负；体积缩小，外界做功，为正。若与外界绝热，则不发生热传递。此进 Q=0例题 1一定质量的气体从外界吸收了 4210 的热量，同时气体对外做了 610 的功，问：（1）物体的内能增加还是减少？变化量是多少？（2）分子势能是增加还是减少？ （3）分子动能是增加
8、还是减少？ 解析：（1）气体从外界吸热：Q=4210，气体对外做功：=610，由热力学第一定律：U=+Q=1810 ， U 为负，说明气体的内能减少了 1810。（2）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加。（3）因为气体的内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的动能一定减少，且分子动能的减少量一定大于气体内能的减少量。【变式训练 1】固定的气缸内由活塞 B 封闭着一定量的气体，在通常的情况下，这些气体分子之间的相互作用力可以忽略。在外力F 作用下，将活塞 B 缓慢地向右拉动，如图 12-2-1 所示。在拉动活塞的过程中，假设气缸壁的导热
9、性能很好，环境的温度保持不变，关于气缸内的气体的下列论述，其中正确的是（ ） FBA 气体对外做功，气体内能减小 B 气体对外做功，气体内能不变12-2-1外界对气体做功，气体内能不变 D 气体从外界吸热，气体内能不变解析：由于活塞导热性能良好，且缓慢被拉动，则气体的温度始终与环境温度相同，即气体的温度不变，所以气体的内能不变。由于气体的体积碰撞，故气体对外做功，据热力第一定律可知气体从外界吸收热量。故选项 B、D 正确。易错点悟：本题由于不计分子间的作用力，即不考虑分子势能，气体的内能即为气体分子的总动能。答案：BD考点 2 热力学第二定律的应用剖析：热力学第二定律有多种表述，但无论用什么方
10、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。例题 2电冰箱是一种类型的制冷机，是用机械的方式制造人工低温的装置图 12-2-2 为电冰箱的原理图，一般电冰箱使用氟里昂12，即二氯二氟甲烷（l2F2）作为制冷剂试回答下列问题：压缩机 蒸发器 毛细管 冷凝器 图 12-2-2叙述电冰箱的工作原理一小孩看到电冰箱能制冷，便打开电冰箱使室内凉快些，试问此方法是否可行？压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么下列说法中正确的是（ ）A在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量B 在电冰箱的外管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量在电冰箱的内管道中，制冷剂剧
11、烈压缩吸收热量D在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量解析：热量不会自发地从低温热移向高温热，要实现这种逆向传热，需要外界做功气态的制冷剂二氯二氟因压缩机中经压缩成高温气体，送入冷凝器，将热量传给空气或水，同时制冷剂液化成液态氟里昂，再通过膨胀阀或毛细管进行节流减压膨胀后，进入箱内蒸发器，液态氟里昂在低压下可以在较低的温度下蒸发为气体，在蒸发过程中制冷剂吸热，使周围温度降低，产生低温环境，蒸发后气态的制冷剂再送入压缩机，这样周而复始，由外界（压缩机）做功，系统（制冷剂）从低温热（蒸发器）吸热，把热量传到高温热（冷凝器） ，从而在冰箱内产生低于室温的温度因为电冰箱的吸热装置（蒸发器）和散热
12、器（冷凝器）同处室内，因此无法使室内温度降低，由于压缩机不断消耗电能做功转化为内能，室内温度还会升高根据前面的分析可知，本题正确答案为：A、D【变式训练 2】热力学第二定律常见的表述有两种。第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；12-2-3第二种表述：不可能从单一热吸收热量并把它全部用做功，而不引起其他变化。图 12-2-3（a ）是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对致冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据第二种表述完成示意图 12-2-3（b） ，根据你的理解，热力学第二定律的实质是 。答案： （2）热力学第二定律的实质是 一切与热现
13、象有关的宏观过程都有方向性。如图 12-2-4：12-2-4考点 3 能量守恒定律的应用剖析： 通过做功把其它形式的能量（特别是机械能）转化为内能的问题是一类重要的综合题。解决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。例题 3如图 12-2-所示容器中， A、B 各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下方是水，上方为空气，大气压恒定A、B 底部由带有阀门的管道相连，整个装置与外界绝热。原先 A 中水面比 B 中高，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，下面哪个说法正确？A大气压力
14、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12-2-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，水的内能增加解析：确定连通器中的水（系统）为研究对象。由于涉及系统内能是否变化，所以应从热传递和做功两个方面进行。12-2-6由题中给出的条可知：整个装置与外界绝热，所以不发生热传递。同时，连通器中的水应受到连通器壁和器底的弹力，大气通过活塞施加的大气压力，以及由于整个系统在地面而受到的重力。逐一判断各力的做功情况可知：连通器对水的作用力，因无宏观位移或位移与力的方向垂直而对水不做功。再看大气压力的功打开阀门后，根据连通器原理，最后 A、B两管中的水面相平。设 A 管的横截面积为 S1，水面下降的高度为h1，B 管的横截面积为 S2，水面上升的高度为 h2。如图 12-2-6 所示。由于水的总体积保持不变，故有 S1h1=S2h2。A 管中的水受向下的大气压力下降，大气压力做正功为1=P0S1h1。B 管
