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1、课时3 热力学定律和能量守恒,知识点一 能量守恒 热力学第一定律 知识回顾 1热力学第一定律：功、热量跟内能改变之间的定量关系U . 2能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式 为另一种形式或从 到另一个物体 3不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器叫 ，它违背了能的 ，因此这种机器 制造出来,QW,转化,一个物体转移,第一类永,动机,转化与守恒定律,不可能,要点深化 热力学第一定律的符号法则 外界对物体做功，物体体积减小，W取正值；物体对外界做功，物体体积增大，W取负值物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值物体内能增加，U取正值，物体内能减少，U取负值,基础自测 关于
2、物体内能的变化，以下说法中正确的是( ) A物体吸收热量，内能一定增大 B物体对外做功，内能一定减少 C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变,解析：根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)，物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能不变，C正确，因放热与对外做功都会使物体内能减少，故D错 答案：C,知识点二 热力学第二定律 知识回顾 1热力学第二定
3、律的两种表述 表述一：不可能使 由低温物体传递到 而不引起其他 ； 表述二：不可能从 并把它全部用来对外 而不引起其他变化 2第二类永动机：只从 吸取热量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机,热量,高温物体,变化,单一热源吸收热量,做功,单一热源,要点深化 1热力学第二定律的理解 (1)热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程(或自然界中实际的宏观过程)都具有方向性 热现象是与大量分子的无规则运动相联系的，因此，自然界中存在的凡涉及到与分子热运动有关的宏观过程都是有方向性的这就是热力学第二定律的实质,(2)热力学第二定律说明自然界中各种不可逆过程都是相关联的，即由某一过程的
4、不可逆性可推出另一过程的不可逆性 (3)热力学第二定律已在物理、化学、生物等自然学科中有着重要的应用，对我们认识自然、利用自然有重要的指导意义,2热力学第二定律与热力学第一定律的关系 热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转化为热热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下由热完全转化为功热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动从低温物体传向高温物体热力学第一定律说明在任何过程中能量必守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是具有方向性的，某些方向的过程可以
5、实现，而另一些方向的过程则不能实现在热力学中，它和第一定律相辅相成，缺一不可,基础自测 下列说法正确的是( ) A热量不能由低温物体传递到高温物体 B外界对物体做功，物体的内能必定增加 C第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律 D不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化,解析：根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以A错；外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增
6、加，所以B错；第二类永动机的效率为100%，并不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以C错；而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，所以D正确,答案：D,知识点三 热力学定律的微观解释 知识回顾 1如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较 的 2自发的过程总是倾向于出现与 对应的宏观态，因此自发的过程总是从 向着 发展的 3一切自然过程总是沿着分子热运动的 的方向进行这就是热力学第二定律的微观意义,无序,较多微观态,有序,无序,无序性增大,要点深化 热力学第二定律微观意义的理解 系统的热力学过程就是大量分子
7、无序运动状态的变化从微观看，在功转化为热的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自动地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自动转变为有序运动 从微观看，热传递的过程中，自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，其逆过程不能自动进行,大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义,基础自测 关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( ) A大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动 B热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向
8、无序运动状态转化的过程 C热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程 D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,解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，C、D项正确 答案：CD,知识点四 能量耗散 知识回顾 1各种形式的能最终都转化成 ，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球大气稍稍变
9、暖一点，却再也不能驱动机器做功了这样的转化过程叫做“ ” 2各种形式的能向内能转化是微观领域内无序程度较 向无序程度较 的转变，是能 发生的、 发生的,内能,能量,耗散,小,大,自动,全额,3从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种 的能量由此可知，能量耗散虽然不会导致能的总量 ，却会导致能量品质的 ，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式,低品质,减少,降低,要点深化 1煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能 2能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源,基础自测 下列对能量耗散的理解正确的有(
10、) A能量耗散说明能量在不断减少 B能量耗散遵守能量守恒定律 C能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失 D能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性,解析：在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错 答案：BD,题型一 热力学第一定律的应用 例1 一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2105 J的热量，同时气体对外做了6105 J的功，则： (1)气体的内能_(填“
11、增加”或“减少”)，其变化量的大小为_J. (2)气体的分子势能_(填“增加”或“减少”) (3)分子平均动能如何变化？,解析 (1)因气体从外界吸收热量，所以Q4.2105 J 气体对外做功6105 J，则外界对气体做功 W6105 J 由热力学第一定律UWQ，得 U6 105 J4.2105 J1.8105 J， 所以物体内能减少了1.8105 J. (2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了,(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量 答案 (1)减少 1.8105 (
12、2)增加 (3)减少,题后反思 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，要切记符号法则，系统对外界做功W0，外界对系统做功W0，系统吸热Q0，放热Q0，U0系统内能增加，U0系统内能减少,变式11 一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是135 J，同时向外放热85 J，气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？,解析：对气体来说，体积膨胀，气体对外界做功，在热力学第一定律中W表示外界对气体做的功，故此时W为负，气体膨胀做的功为135 J，向外界放热85 J，此时W135 J，Q85 J，由热力学第一定律知： U
13、WQ135 J85 J220 J. 即内能减少了220 J. 答案：见解析,题型二 对热力学第二定律的理解 例2 根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有( ) A热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体 C机械能可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械能 D机械能可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械能,解析 根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(例如冰箱和空调)就是这样的装置但是热量不能自发地从低温物体传到
14、高温物体选项A错误B正确一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止，在这个过程中机械能全部转化为热量外界条件发生变化时，热量也可以全部转化为机械能例如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功 答案 BD,题后反思 热力学第二定律反映了一个自然规律：与热现象有关的宏观物理过程具有方向性由于人们发现这样的规律是从研究热机的问题开始的，所以较多地集中在机械能向内能的转化的方向性和热传导的方向性定律的表述方式比较抽象大家要通过一些实例来认识有哪些现象能表明能量转化过程中的方向性,变式21 用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图1所示，电流计指针会发生
15、偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况 图1,解析：热水温度降低，冷水温度升高，转化效率低于100%. 答案：不违反；见解析,题型三 能量守恒定律的应用 例3 现代典型的燃煤发电厂，总效率一般为40%，有一座大型燃煤发电厂，如果发出1.0109 J的电力，可供一个大城市使用图2表示这座发电厂的能量流向请回答： 图2,(1)燃煤提供的能量应等于哪几项能量之和？ (2)图中烟囱废气所带走的能量及涡轮机损耗没有标出，请你算出来，在图中补上 (3)算出这座发电厂的总效率 (4)根据图所示的电厂能量流向，你认为在哪些地方进行改进可以提高发电厂的总效率？,分析 仔细分析发电过程的能量流向图，搞清各项能量或功间的关系，根据能量转化与守恒定律可求解 解析 (1)燃煤提供的能量等于进入涡轮机的能量和通过烟囱排出的能量 (2)根据(1)中的解析可得通过烟囱废气所带走的能
