2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒与热力学定律 第五章 能源

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1 第四章 能量守恒与热力学定律

第五章 能源与可持续发展

章末总结

一、热力学第一定律及其应用

热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU )与外界对物体做功(W )和物体从外界吸收热量(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；物体放出热量，Q <0；

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2 (3)ΔU >0，物体的内能增加；ΔU <0，物体的内能减少．

分析题干，确定内能改变的方式(W 、Q )→判断W 、Q 的符号→代入公式ΔU ＝W ＋Q →得出结论

????? ΔU >0，则内能增加ΔU ；ΔU <0，则内能减少|ΔU |.

例1 如图1所示，一定质量的理想气体从状态A 经等压过程到状态B .此过程中，气体压强p ＝1.0×105Pa 不变，吸收的热量Q ＝7.0×102

J ，求此过程中气体内能的增量．

图1

答案 5.0×102J

解析 等压变化过程有V A T A ＝V B T B

，

对外做的功W ＝p (V B －V A )

根据热力学第一定律有ΔU ＝Q －W ，

代入数据解得ΔU ＝5.0×102J.

例2 (多选)一定质量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程ab 、bc 、ca 回到原状态，其p －T 图像如图2所示．下列判断正确的是(

)

图2

A ．过程ab 中气体一定吸热

B ．过程bc 中气体既不吸热也不放热

C ．过程ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热

D ．a 、b 和c 三个状态中，状态a 分子的平均动能最小

答案 AD

解析 由p －T 图像可知过程ab 是等容变化，温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知过程ab 中气体一定吸热，选项A 正确；过程bc 温度不变，即内能不变，由于过程bc 体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B 错误；过程ca 压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C 错误；温度是分子平均动能的标志，由p －T 图像可知，a 状态气体温度最低，则平均动能最小，选项D 正确．

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二、热力学第二定律及其应用

1．热力学第二定律的表述

(1)克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响．

(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而不产生其他影响．

(3)用熵表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．

2．热力学第二定律的微观解释

(1)一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．

(2)掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律对宏观自然过程进行方向的说明，凡是对这种宏观自然过程进行方向说明的，都可以作为热力学第二定律的表述．热力学第二定律的表述很多，但这些不同的表述都是等价的．

例3(多选)根据热力学第二定律，下列判断中正确的是( )

A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能

B．电流的电能不可能全部变成内能

C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能

D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体

答案ACD

解析凡是与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性．机械能可以自发地全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化，故A正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的电能可以全部转化为内能，故B错误．火力发电机发电时，能量转化的过程是内能转化为机械能，机械能转化为电能，在此过程中会对外放出热量，因此，内能不可能全部变为电能，故C正确．D中符合克劳修斯表述，故D正确．

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