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(共23张PPT)
物理选择性必修 第三册
第 3 章 热力学定律
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任
1.通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。 2．能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中能量转化、转移的方向性问题。 3．了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，提高探索科学的能力。 注重运用热力学定律分析和解决实际问题的能力、实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。
1.(1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使____________完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则_______过程称为可逆过程。(2)不可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果用任何方法都不能使_____和______完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
2．热传递的方向性(1)热量可以自发地 由_____物体传给_____物体，或者由物体的_____部分传给____部分。(2)热量不能自发地由______物体传给_____物体，或由物体的低温部分传给高温部分。(3)热传递是________过程，具有_______。
[对应学生用书P53]
知识点一 可逆过程和不可逆过程
必备知识/自主学习
系统和外界
原来的
外界
不可逆
高温
系统
低温
高温
低温
低温
高温
方向性
1.热力学第二定律(1)克劳修斯表述：不可能使热量从_____物体传向_____物体而不引起其他变化。(2)开尔文表述：不可能从_________ 吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化 。
2．第二类永动机(1)定义：从_________吸取热量并使之_____转化为功而不引起其他变化的机器。(2)第二类永动机不可能制成 。(3)热力学第二定律的又一表述：第二类永动机是_______实现的。
3．功热转化的方向性功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
4．结论：凡是与_______有关的宏观过程都具有_______。
热现象
高温
不可能
低温
单一热源
知识点二 热力学第二定律及第二类永动机
完全
方向性
单一热源
1.有序与无序(1)生活中符合某种规则的现象称为_____ ，反之称为______ 。(2)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度_____的方向进行。
2．熵和熵增加原理 ?(1)熵的定义：用来量度系统_________的物理量叫作熵。(2)熵增加原理：孤立系统中的宏观过程必然朝着________的方向进行。
3．熵与能量退降在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，________退化了，这种现象称为能量退降。
有序
能量品质
无序
知识点三 熵——系统无序程度的量度
增大
无序程度
熵增加
1．第一类永动机违背了能量守恒定律。 ( )
2．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体。( )
3．熵是系统内分子运动无序性的量度。( )
思考判断
√
批注 ：“自发地”是指热量从高温物体传给低温物体的方向性，且在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量。
批注 ：“单一热源”是指温度恒定而均匀的热源。
批注 ：“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转为功，而外界及系统都不发生任何变化。
批注 ：第二类永动机并不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；第一类永动机违背了热力学第一定律。
√
√
批注 ：规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序。
批注 ：规则越少，一个宏观状态对应的微观状态就越多，出现的概率也越大，我们称之为越无序。
批注 ：成语“覆水难收”指一盆水泼出后是不可能再回到盆中的，从熵的变化角度解释，其原因是：由于盆的形状确定，水在盆中时，空间位置和所占据的空间的体积一定，显得“有序”“整齐”和“集中”，系统的熵低。当把水泼出后，它的形状不再受盆的限制，各种可能的形状都有，占据的空间面积和所处的位置都有多种可能，显得“混乱”“分散”，较为“无序”，系统的熵高。水泼出的过程属于从有序向无序的转化过程，导致熵的增加，符合熵增加原理。反之，水聚到盆中的过程，属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此水不能自发地聚到盆中。
关键能力/互动探究
[对应学生用书P55]
探究点一　热力学第二定律　(科学思维之提升)
情境探究
中华文化博大精深，很多经典语句都包含着物理知识。如图所示，下列事件是否可以自发地逆向进行呢，这说明了什么？
答案：
不能自发地逆向进行，说明一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性。
探究归纳
1．自然过程的方向性
(1)热传导具有方向性
两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地由高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
(2)气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体不会自发地分开，成为两种不同的气体。
(3)机械能和内能的转化过程具有方向性
物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但物体绝不可能吸收原来传递出去的热量而在地面上重新运动起来。
(4)气体向真空膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器内膨胀，但气体绝不可能自发地从容器中流出，使容器内变为真空。
2．热力学第二定律
(1)热力学第二定律的两种表述是等价的。
(2)实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
(3)意义：有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。
3．热力学第一定律与热力学第二定律的比较
(1)热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
热力学第一定律 热力学第二定律
区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机
联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础 (2)两类永动机的比较
第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)
不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
对点例练
【例1】(2022·湖北武汉高二期末)下列关于热力学第二定律的说法中正确的是(　　)
A．随着科技的进步，所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
C
解析：
即使科技越来越进步，所有符合能量守恒定律但不符合热力学第二定律的宏观过程也无法发生，A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B错误；机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响，C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。
【例2】(2022·河北承德高二期末)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(　　)
A．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律
C．做功不一定改变物体的内能，热传递也不一定改变物体的内能，但同时做功和热传递一定会改变物体的内能
D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
解析：
根据热力学第二定律，从单一热源吸收热量，全部用来对外做功而不引起其他变化是不可能的，A错误；第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第二定律，B错误；做功不一定改变物体的内能，热传递可以改变物体的内能，但同时做功和热传递不一定会改变物体的内能，比如物体吸收热量的同时对外做功，内能不一定改变，C错误；根据热力学第二定律可知，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的，D正确。
D
[练1] (多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
B．“第二类永动机”不可能制成因为它违反了能量守恒定律
C．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
解析：
空调制热和制冷都会消耗电能，不是自发进行的，A错误；“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，不违反能量守恒定律，B错误；根据熵增加原理，自然发生热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，C正确；根据热力学第二定律，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，D正确。
CD
[练2] (多选)(2022·河南商丘高二期末)关于热力学第一、第二定律，下列说法中正确的是(　　)
A．热量不能自发地从低温物体传到高温物体，气体向真空的自由膨胀是不可逆的
B．热力学第二定律可表述为第一类永动机是不可能制成的
C．理想气体等压膨胀过程一定吸热
D．不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功
解析：
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。气体膨胀后，我们必须对气体做功，使之恢复原来的状态，所做的功转化为气体向外界传出的热量，根据热力学第二定律，我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功，所以这个过程是不可逆的，A正确；热力学第二定律可表述为第二类永动机(效率100%)是不可能制成的，B错误；根据理想气体的状态方程可知，理想气体等压膨胀过程中压强不变，体积增大，则气体的温度一定升高，所以气体的内能增大，气体的体积增大对外做功而内能增大，所以气体一定吸热，C正确；不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，如果在产生其他影响的情况下，是可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，D错误。
AC
探究点二　熵与熵增加原理　(科学思维之提升)
情景探究
　一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了(如图)，这是一个可逆过程还是不可逆过程？在这个过程中熵是增加还是减少？请说说生活中的其他例子。
答案：
一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了，它不可能再自发地恢复成一只完好的杯子，故此过程是一个不可逆过程；在这个过程中，无序程度增加，熵增加了。比如一本书掉到地板上是不可逆过程，这个过程能量是守恒的，熵增加了。
1．对熵的理解
(1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。
(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。
2．对熵增加原理的理解
(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小，这就是熵增加原理。
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
探究归纳
【例3】对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法错误的是(　　)
A．系统的总熵只能增大，不可能减小
B．系统逐渐从比较有序的状态向无序的状态发展
C．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
D.在自然的可逆过程中，孤立系统的总熵不变
对点例练
C
根据熵增加原理，一个孤立系统发生的实际过程，总熵只能增大，A正确；对于可逆的自然过程，总熵不变，D正确；再根据熵的物理意义，它量度系统的无序程度，熵越大，无序程度越大，故B正确，C错误。
解析：
方法技巧
熵的四点警示
一是熵的微观意义；二是熵不是守恒的量，熵总是增加的；三是熵的本质，即熵是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大；四是一个孤立系统在自然可逆过程中，总熵不变。
[练3] (多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(　　)
A．系统的总熵越大，代表着越无序
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C.对于孤立的热力学系统，总是朝着熵增加的方向进行
D．熵是守恒的
AC
[练4] (生活情境)(多选)如图所示的是空气能热水器的工作原理示意图，它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程如下：①液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器中迅速汽化，并从低温的空气中吸收热量；②制冷剂汽化生成的蒸汽被压缩机压缩后变成高温高压的蒸汽进入冷凝器；③在冷凝器中，高温高压的蒸汽将热量传递给水并发生液化。制冷剂以此不断循环流动，使水的温度不断上升。下列说法正确
的是(　　)A．空气能热水器实现了“热量由低温物体(空气)传向高温物体(水)”B．空气能热水器中的水是由电直接加热的C.空气能热水器的工作原理不违反热力学第一定律D．空气能热水器的制热系统能够不断地把空气的内能传给水，是因为其消耗了电能
探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实)
ACD
解析：
空气能热水器与空调的工作原理类似，它们在工作时都遵守热力学第一定律，C正确；空气能热水器工作时将外界低温空气中的热收集起来然后通过压缩机再传给里面温度较高的水，使水的温度升高，其中制冷剂的循环等过程需要消耗电能，A、D正确，B错误。
解析：
[练5] (生活情境)(多选)如图所示的是电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内、外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　)
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律
D．电冰箱的工作原理违背热力学第二定律
BC
根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，要想使热量从低温物体传到高温物体必须借助于其他系统做功，A错误，B正确；电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律，C正确，D错误。
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第3章　热力学定律
第1节　热力学第一定律
[学习目标]
1.理解热力学第一定律,并掌握其表达式。
2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,理解做功和热传递对改变系统内能是等效的,明确两种方式的区别。
3.知道第一类永动机是不可能实现的。
4.能应用热力学第一定律和气体实验定律解决有关问题。
基础探究
知识点一　功、热量与内能
1.改变内能的两种方式
(1)做功。
如果一个物体既不吸热也不放热,那么,当外界对它做功时,物体内能 ,且 量等于外界做的功;当物体对外界做功时,物体内能 ,且 量等于物体做的功。
知识梳理
形成概念，掌握新知
增加
增加
减少
减少
(2)热传递。
如果一个物体既不对外界做功,外界也不对它做功,那么当物体从外界吸热时,物体内能 ,其 量等于吸收的热量;当物体向外放热时,物体内能 ,其 量等于放出的热量。
2.热力学第一定律
(1)内容:如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程,那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体 与物体 之和。
(2)表达式:ΔU= 。
(3)对公式ΔU=Q+W的理解。
当物体内能增加时,ΔU为 值,物体内能减少时,ΔU为 值;当物体从外界吸热时,
Q为 值,物体向外界放热时,Q为 值;当外界对物体做功时,W为 值,物体对外界做功时,W为 值。
增加
增加
减少
减少
所做的功W
从外界吸收的热量Q
Q+W
正
负
正
负
正
负
知识点二　第一类永动机
1.第一类永动机:不消耗任何能量而能永远 的机器。
2.第一类永动机不可能制成的原因:违背了 定律。
3.热力学第一定律也被表述为: 是不可能实现的。
对外做功
热力学第一
第一类永动机
思考与自测
1.思考判断
(1)外界对系统做功,系统的内能一定增加。(　 　)
(2)系统内能增加,一定是系统从外界吸收热量。(　 　)
(3)系统从外界吸收热量5 J,内能可能增加5 J。(　 　)
(4)系统内能减少,一定是系统对外界做功。(　 　)
(5)热力学系统对外界做功时,W取负值,吸收热量时Q取正值。(　 　)
(6)第一类永动机不可能制成,是因为找不到合适的材料。(　 　)
×
×
√
×
√
×
2.思维探究
(1)若物体的内能增加,一定是吸收了热量吗
答案:不一定,因为做功和热传递都能改变物体的内能。
(2)物体的内能不变,能否说明外界既没有对物体做功,也没有发生热传递
答案:不能。可能是外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。
(3)有一种“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。这是不是一种永动机 如果不是,你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗
答案:不是永动机,手表戴在手上,手运动的能量一部分转化为手表的能量。
合作探究
要点一　对热力学第一定律的理解
问题情境
突破要点，提升关键
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 请你通过这个例子总结ΔU、Q、W几个量取正、负值的意义。
答案:膨胀过程是气体对外界做功;气体内能变化量为220 J;内能减少了;系统内能增加为正,即ΔU>0,反之为负,即ΔU<0;外界对系统做功为正,即W>0,反之为负,即 W<0;系统从外界吸热为正,即Q>0,反之为负,即Q<0。
归纳拓展
1.对ΔU=Q+W的理解:热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递
过程中内能改变的定量表述推广到一般情况,既有做功又有热传递的过程,
其中ΔU表示内能改变的数量,W表示做功的数量,Q表示外界与物体间传递的热量。
2.若Q>0,说明系统从外界吸收热量;Q<0,说明系统向外界释放热量;W>0,
说明外界对系统做功;W<0,说明系统对外界做功。
3.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的,而且给出了内能的变化量与做功和热传递之间的定量关系,此定律是标量式,应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。
[例1] (2020·全国Ⅲ卷,33)(多选)如图,一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中(　 　)
A.气体体积逐渐减小,内能增加
B.气体压强逐渐增大,内能不变
C.气体压强逐渐增大,放出热量
D.外界对气体做功,气体内能不变
E.外界对气体做功,气体吸收热量
BCD
解析:外力使活塞缓慢下降的过程中,由于温度保持不变,则气体的内能
保持不变,气体的体积逐渐减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知,气体向外界放出热量,又由玻意耳定律可知,气体体积减小,气体的压强
增大,由以上分析可知B、C、D正确,A、E错误。
[针对训练1] (2021·山东卷,2)如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮,上浮过程中,小瓶内气体(　　)
A.内能减少
B.对外界做正功
C.增加的内能大于吸收的热量
D.增加的内能等于吸收的热量
B
要点二　热力学第一定律的应用
问题情境
如图所示,快速推动活塞对气缸内气体做功10 J,气体内能改变了多少 若保持气体体积不变,外界对气缸传递10 J的热量,气体内能改变了多少 若外界对其做功10 J的同时从外界吸收10 J的热量,内能改变了多少
答案:增加10 J;增加10 J;增加20 J。
归纳拓展
1.判断是否做功的方法
一般情况下外界对气体做功与否,需看气体的体积是否变化。
(1)若气体体积增大,表明气体对外界做功,W<0。
(2)若气体体积减小,表明外界对气体做功,W>0。
2.几种常见的气体变化过程
(1)绝热过程:过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对气体做的功等于气体内能的增加。
(2)等容过程:过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,气体吸收的热量等于气体内能的增加。
(3)等温过程:过程的始末状态气体的内能不变,即ΔU=0,则Q+W=0或W=-Q。
[例2] 如图所示p-V图像中,一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时,从外界吸收热量420 J,同时膨胀对外做功300 J,当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时,外界压缩气体做功200 J,求过程Ⅱ中气体吸收或放出的热量是多少
解析:一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时,由热力学第一定律可知,内能的增加量为ΔU=W1+Q1=(-300 J)+420 J=120 J。当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时,气体内能将减少120 J,同时外界对气体做功W2=200 J,因此气体向外界放热,Q2=ΔU′-W2=-120 J-200 J=-320 J。
答案:放热　320 J
名师点拨
应用热力学第一定律解题的注意事项
(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
(2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量;外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外界所做的功。
(3)根据热力学第一定律ΔU=Q+W列出方程进行求解。
(4)特别注意物理量的正、负号及其物理意义。
[针对训练2] (多选)水库的底部产生了一气泡,在气泡从库底上升到库面的过程中温度保持不变,对外界做了0.4 J的功,将气泡内气体视为理想气体。则此过程中下列说法正确的是(　　)
A.气泡内气体的内能减少
B.气泡内气体的内能保持不变
C.气泡内气体向外界放出了0.4 J的热量
D.气泡内气体从外界吸收了0.4 J的热量
BD
解析:气泡从库底上升到库面的过程中温度保持不变,所以气泡内气体内能不变,故A错误,B正确;根据热力学第一定律有ΔU=W+Q,解得Q=ΔU-W=0-(-0.4) J=0.4 J,
即气泡内气体从外界吸收了0.4 J的热量,故C错误,D正确。
要点三　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
问题情境
如图所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。若用打气筒通过气针慢慢向容器内打气,使容器内的压强增大到一定程度,这时读出温度计示数,然后打开卡子,让胶塞冲出容器口,此时的温度计示数如何变化 请分析实验原理。
答案:温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少,所以温度降低。
归纳拓展
1.热力学第一定律与气体实验定律的结合量是气体的体积和温度,当温度变化时,气体的内能变化;当体积变化时,气体将伴随着做功,常见的分析思路如下:
(1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大,气体对外界做功;气体体积减小,外界对气体做功。
(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关,温度升高,内能增加;温度降低,内能减小。
(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。
由热力学第一定律ΔU=W+Q,则Q=ΔU-W,若已知气体的做功情况和内能的变化情况,即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。
2.气体实验定律与热力学定律综合应用的分析思路。
[例3] 如图所示,一容积为V0的导热容器连接横截面积为S的两端开口的长直管,用一小段水银封闭了一定质量的气体,当温度为T0时,水银柱停在长直管下端。已知大气压强为p0,该小段水银柱产生的压强为0.1p0,大气压强不变,不计水银与管壁间的摩擦。若封闭气体在某过程中从外界吸收热量Q,水银柱上升h,则气体内能的变化量为　　　　;若环境温度缓慢升高,则该小段水银柱在直管内相对下端移动的距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系式为　　　　　　　　。
名师点拨
气体实验定律与热力学定律综合问题的解题关键
(1)分清气体的变化过程是求解问题的关键。
(2)理想气体体积变化对应着做功,等容过程W=0;温度变化,内能一定变化,等温过程ΔU=0;绝热过程 Q=0。
(1)环境温度升高了多少
(2)此过程气体的内能增量为多少
要点四　热力学第一定律与气体图像的综合问题
问题情境
一定质量的理想气体从状态a变化到状态b的p-V 图像如图所示。
(1)该变化过程中气体的内能如何变化
答案:(1)由图像可知气体温度先变大后变小,所以内能先增加后减少。
(2)该变化过程气体对外做功还是外界对气体做功 做了多少功
(3)该变化过程气体是吸热还是放热 吸收或放出了多少热量
归纳拓展
处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路
(1)根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况,从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。
(2)在p-V图像中,图像与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体
做的功。
(3)结合热力学第一定律判断有关问题。
[例4] (2021·全国乙卷,33)(多选) 如图,一定量的理想气体从状态a(p0,V0,T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a。对于ab、bc、ca三个过程,下列说法正确的是(　 　)
A.ab过程中,气体始终吸热
B.ca过程中,气体始终放热
C.ca过程中,气体对外界做功
D.bc过程中,气体的温度先降低后升高
E.bc过程中,气体的温度先升高后降低
ABE
A.由a变到b,温度升高,放热
B.由a变到b,温度降低,放热
C.由b变到c,温度不变,放热
D.由b变到c,温度不变,吸热
C
实践应用
拓展延伸，凝练素养
模型·方法·结论·拓展
热力学第一定律
(1)与热力学第一定律相匹配的符号法则。
项目 做功W 热量Q 内能的改变ΔU
取正值 “+” 外界对系统做功 系统从外界吸收热量 系统的内能增加
取负值 “-” 系统对外界做功 系统向外界放出热量 系统的内能减少
(2)应用热力学第一定律解题的一般步骤。
①根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负。
②根据方程ΔU=W+Q求出未知量。
③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
[示例] 一定质量的气体膨胀对外做功100 J,同时对外放热40 J,气体内能的变化是(　　)
A.增加60 J B.减少60 J
C.减少140 J D.增加140 J
C
解析:研究对象为气体,依符号规则,对外做功W=-100 J,放出热量Q=-40 J,
由热力学第一定律得ΔU=W+Q=-100 J-40 J=-140 J<0,说明气体的内能减少,C项正确。
科学·技术·社会·环境
高压锅
水的沸点受气压影响,气压越高,沸点越高。在高山、高原上,气压低于1个大气压,不到100 ℃水就能沸腾,鸡蛋用普通锅具是煮不熟的;在气压高于1个大气压时,水就要在高于100 ℃时才会沸腾,人们常用的高压锅就是利用这个原理设计的。高压锅把水相当紧密地封闭起来,水受热蒸发产生的水蒸气不能扩散到空气中,只能保留在高压锅内,就使高压锅内部的气压高于1个大气压,也使水要在高于100 ℃时才沸腾,这样高压锅内部就形成高温高压的环境,饭就容易很快做熟了。
[示例] 某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起。假设在压力阀被顶起时,停止加热。
(1)假设在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功1 J,并向外界释放了2 J的热量。锅内原有气体的内能如何变化 变化了多少
解析:(1)根据热力学第一定律ΔU=W+Q,
气体对外做功,功为负,W=-1 J;
向外放热,热量为负,Q=-2 J。
则ΔU=W+Q=-3 J,负号表示内能减少。
锅内气体内能减少,减少了3 J。
答案:(1)减少　3 J
[示例] 某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起。假设在压力阀被顶起时,停止加热。
(2)已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p=p0(1-αH),其中常数α>0。结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅,当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同。
答案:(2)温度随着海拔高度的增加而降低(共23张PPT)
第2节　能量的转化与守恒
[学习目标]
1.了解人类探索能量守恒的足迹。
2.掌握能量守恒定律,理解这个定律的重要意义,会用能量守恒的观点分析物理现象。
3.能综合运用学过的知识,用能量守恒定律进行有关计算,分析、解决有关问题。
基础探究
知识点一　能量守恒定律的发现
1.德国医生迈尔认识到内能、化学能、机械能都是 的,是可以相互转化的。如果动物的能量输入与支出是 的,那么所有的这些形式的能在量上必定是 的。
2.焦耳通过实验给出了电能向内能转化的定量关系,为发现普遍的能量守恒定律打下了基础。
3.德国物理学家、生理学家亥姆霍兹系统地阐述了能量守恒原理,从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程,揭示了它们之间的统一性。
知识梳理
形成概念，掌握新知
等价
平衡
守恒
知识点二　能量守恒定律及其应用
1.内容:能量既不会消失,也不会 ,它只能从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体,而能量的总值 。
2.意义。
能量守恒定律是19世纪自然科学的重大发现,它揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系,是自然界内在统一性的第一个有力证据。
3. 定律就是能量守恒定律在热现象领域内的具体表现。
创生
转化
转移
保持不变
热力学第一
思考与自测
1.思考判断
(1)各种能量之间可以转移或转化,但总量保持不变。(　 　)
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。(　 　)
(3)第一类永动机不能制成,是因为它违背了能量守恒定律。(　 　)
(4)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。(　 　)
(5)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。(　 　)
√
×
√
√
√
2.思维探究
(1)焦耳对物质运动之间的关系的研究方法与迈尔有什么不同
答案:焦耳是采用严格的定量实验分析方法,迈尔研究的范围比较广泛,但他采用的是定性研究的方法。
(2)不耗油的汽车能否制造成功 为什么
答案:能。可以利用太阳能、电能等能源,制造太阳能汽车、电动汽车等,
但是不消耗任何能量的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
合作探究
要点一　对能量守恒定律的理解
问题情境
突破要点，提升关键
飞船返回舱进入地球大气层以后,由于它高速下落,与空气发生剧烈摩擦,返回舱的表面温度达到1 000摄氏度。
(1)进入大气层很长一段时间,返回舱加速下落,返回舱表面温度逐渐升高。该过程动能和势能怎么变化 机械能守恒吗
答案:(1)势能减少,动能增加,机械能不守恒。
(2)返回舱表面温度越高,内能越大。该过程中什么能向什么能转化 机械能和内能的总量如何变化
答案:(2)机械能转化为内能,不变。
归纳拓展
1.能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能:机械运动有机械能,分子的热运动有内能,还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能,通过某种力做功可以相互转化。例如,利用电炉取暖或烧水,电能转化为内能;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度升高,机械能转化为内能。
2.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的
例如,物体的机械能守恒,必须是只有重力或系统内的弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。
3.关于太阳能的转化
太阳能辐射到地球表面,产生热量和化学能,热量给地球以温暖,推动地表水的循环和空气的流动。其辐射的直接利用基本上有以下四种方式:
(1)太阳能——内能转化。
基本原理是将太阳辐射能收集起来,来加热物体而获得内能,如地膜、大棚、温室等。
(2)太阳能——电能转化。
有两种方式:一种是利用太阳辐射能发电。另一种是太阳能与电能的转换,是利用光电效应,将太阳辐射能直接转化成电能。
(3)太阳能——化学能转化。
利用太阳辐射能可以转化为化学能,进而生成新物质,或利用其分解化学物质生成新物质。例如直接分解水制氢。
(4)太阳能——生物质能的转化。
主要是通过地球上众多的植物的光合作用,将太阳辐射能转化为生物质能。生物质能又叫绿色能源,是植物体燃烧放出的热能。
[例1] 关于能量守恒定律,下列说法正确的是(　　)
A.焦耳第一个完整提出能量转化与守恒原理
B.能量在转移或转化过程中会不断减少
C.能量守恒定律是自然界内存在统一的有力证据
D.放在太阳下的一盆水温度升高违反了能量守恒定律
C
解析:迈尔是第一个完整提出能量转化与守恒原理的人,而不是焦耳,故A项错误;能量在转移或转化过程中是不变的,B项错误;能量守恒定律是自然界内存在统一的第一个有力证据,C项正确;放在太阳下的一盆水温度升高不违反能量守恒定律,D项错误。
[针对训练1] (多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　 　)
A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加
B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了
ABC
解析:A选项是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的;B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的,这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移。第一类永动机是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。所以A、B、C正确;D选项中石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用,机械能可能减少,但机械能并没有消失,能量守恒定律表明能量既不能创生,也不能消失,故D错误。
要点二　能量守恒定律的应用
问题情境
有一种“自发电电动车”,基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗 为什么
答案:不能。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
归纳拓展
1.某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等。
2.某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。
3.各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件,而某种或几种形式的能的守恒是有条件的。例如:物体的机械能守恒,必须是只有重力或弹力做功。
4.意义:能量守恒定律的发现,使人们进一步认识到,任何一部机器,只要对外做功,都要消耗能量,都只能使能量从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而不能无中生有地创造能量。不消耗能量,却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的。
[例2] 为测算太阳射到地面的辐射能,某校科技实验小组的同学把一个横截面积是300 cm2的矮圆筒的内壁涂黑,外壁用保温材料包裹,内装水0.6 kg。让阳光垂直圆筒口照射2 min后,水的温度升高了1 ℃。请由此估算在阳光直射时地面上每平方米每分钟接收的太阳能量。[已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
答案:4.2×104 J
名师点拨
应用能量守恒定律解题的方法步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。
(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程:ΔE减=ΔE增
①某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量与增加量一定相等。
②某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量与增加量一定
相等。
(4)代入数据,计算结果。
[针对训练2] 一木箱静止于水平面上,现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m,木箱受到的摩擦力为60 N,则转化为木箱与地面系统的内能U
为　　　　 J;转化为木箱的动能Ek为　　　　 J。
解析:由于木箱在推动中受到滑动摩擦力,其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能,即U=60×10 J=600 J。
由能量守恒定律可得Ek=W推-U=80×10 J-600 J=200 J。
答案:600　200
实践应用
拓展延伸，凝练素养
模型·方法·结论·拓展
热力学第一定律和能量守恒定律的关系
能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保持不变。
它包括各个领域,其范围广泛,热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律的具体体现。
[示例] 如图所示,直立容器的内部有被隔板隔开的A、B两部分气体,A的密度小,B的密度大。抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合。设在此过程中气体吸热Q,气体内能的增量为ΔU,则(　　)
A.ΔU=Q B.ΔUC.ΔU>Q D.ΔU=0
B
解析:抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀分布,其重心升高,重力势能增加。由能量守恒定律知,增加的重力势能由内能转化而来,所以内能的增量小于吸收的热量,故选项B正确。
科学·技术·社会·环境
第一类永动机的神话
永动机的想法起源于印度,公元1 200年前后,这种思想从印度传到了西亚,并从那里传到了欧洲。在欧洲,早期最著名的一个永动机设计方案是13世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示:轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来,但从未实现永不停息地转动。
从哥特时代起,这类设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期,人们又提出过各种永动机设计方案,有采用“螺旋汲水器”的,有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的,也有利用同性磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能制成的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们,但是,所有这些方案都无一例外以失败告终。通过不断地实践和尝试,人们逐渐认识到:任何机器对外界做功,都要消耗能量。不消耗能量,机器是无法做功的。
[示例] (多选)文艺复兴时期意大利的达·芬奇设计了如图所示的装置。他设计时认为,在轮子转动过程中,右边的小球总比左边的小球离轮心更远些,在两边不均衡的力矩作用下会使轮子沿箭头方向转动不息,而且可以不断地向外输出能量。但实验结果却是否定的。下列有关的说法中正确的是(　 　)
A.如果没有摩擦力和空气阻力,该装置就能永不停息地转动,并在不消耗能量的同时不断地对外做功
B.如果没有摩擦力和空气阻力,忽略碰撞中能量的损耗,并给它一个初速度就能永不停息地转动,但在不消耗能量的同时,并不能对外做功
C.右边所有小球施加于轮子的动力矩并不大于左边所有小球施于轮子的阻力矩,所以不可能在不消耗能量的同时,不断地对外做功
D.在现代科学技术比较发达的今天,这种装置可以实现它永不停息地转动,在不消耗其他能量的基础上,而且还能源源不断地对外做功
BC
解析:机器对外做功,就必须消耗能量,永动机违背了能量守恒定律,是不可能实现的。选项A、D错误,B、C正确。(共31张PPT)
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
[学习目标]
1.知道可逆过程与不可逆过程。
2.理解热力学第二定律的两种表述,知道第二类永动机是不可能实现的。
3.知道熵的概念及熵增加原理,了解热力学第二定律的微观解释。
基础探究
知识点一　热力学第二定律及第二类永动机
1.可逆过程与不可逆过程
(1)可逆过程:一个系统由某一状态出发,经过某一过程到达另一状态;如果存在另一过程,它能使系统和外界 ,即系统回到 的状态,同时 原来过程对外界的一切影响,则原来的过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程:如果用任何方法都不能使系统和外界 ,则原来的过程称为不可逆过程。
知识梳理
形成概念，掌握新知
完全复原
原来
消除
完全复原
(3)热现象宏观过程的方向性。
①热量可自发地由 物体传给 物体,或者由物体的 部分传给 部分。但是,从未发现过热量 地由低温物体传给高温物体,或由物体的低温部分传给高温部分,尽管这样的过程并不违背热力学第一定律。可见,热传递是 过程,具有 性。
②转动着的飞轮在撤除动力后,会因摩擦而逐渐停下来,在这一过程中, 能转化为 能,轴和飞轮的温度升高。而相反的过程(即轴和飞轮自动地冷却,内能重新转变为机械能而使飞轮转起来)却 发生,尽管它并不违背热力学第一定律;在焦耳的叶轮搅水实验中,重物可自动下落,使叶轮在水中转动,与水相互摩擦使水温上升,这是 能转化为 能的过程,与此相反的过程,即水温 降低,产生水流,推动叶轮转动,带动重物上升的过程是不可能发生的,尽管这样的过程不违背热力学第一定律。可见,功热转化这一热现象是 的,具有 性。
高温
低温
高温
低温
自发
不可逆
方向
机械
内
不会
机械
内
自动
不可逆
方向
③热传递是内能的 过程,功热转化是内能的 过程,它们都是 的。因此,凡是与热现象有关的宏观过程都具有 性。
2.热力学第二定律
(1)克劳修斯表述:不可能使热量从低温物体传向高温物体而 。
(2)开尔文表述:不可能从 热源吸取热量,使之完全用来做功而 其他变化。
3.第二类永动机
(1)定义:从 热源吸取热量并使之 转化为功而不引起其他变化的机器称为第二类永动机。
(2)第二类永动机虽不违背热力学 定律,但违背了热力学 定律,也是不可能实现的。
(3)热力学第二定律也可以表述为: 永动机是不可能实现的。
转移
转化
不可逆
方向
不引起其他变化
单一
不引起
单一
完全
第一
第二
第二类
知识点二　熵与熵增加原理
1.有序和无序
人们将生活中符合某种 的现象称为有序,反之称为无序。规则越多,一个宏观状态对应的微观状态越 ,出现的概率越 ,我们称之为越有序,反之称之为越无序。
2.热力学第二定律的微观本质:与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度 的方向进行。
3.熵:用来量度系统的 程度。
4.熵增加原理:在孤立系统中的宏观过程必然朝着 的方向进行。
5.能量退降:在熵增加的同时,一切不可逆过程总是使得能量从 状态转化为 状态,能量 退化了,这种现象称为能量退降。
规则
少
小
增大
无序
熵增加
可利用
不可利用
品质
思考与自测
1.思考判断
(1)温度不同的两个物体接触时,温度会自发地从高温物体传给低温物体。
(　 　)
(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。(　 　)
(3)机械能可以全部转化为内能,而内能无法全部用来做功以转化为机械能。
(　 　)
(4)只要对内燃机不断改进,就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能。(　 　)
(5)能量耗散会导致总能量的减少,也会导致能量品质的降低。(　 　)
(6)既然能量是守恒的,那么人类就没必要节约能源。(　 　)
×
√
×
×
×
×
2.思维探究
(1)热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”
答案:不能。两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,使高温物体温度降低,低温物体温度升高,这个过程是自发进行的,不需要任何外界的影响或者帮助,有时我们也能实现把热量从低温物体传给高温物体,如电冰箱,但这不是自发进行的,需要消耗电能。
(2)既然能量是守恒的,我们为什么还要节约能源
答案:能量是守恒的,但能量耗散却导致能量品质的降低,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能量。虽然能量总量不会减
少,但能源会逐渐减少,因此能源是有限的资源。
合作探究
要点一　热力学第二定律及其理解
问题情境
突破要点，提升关键
(1)一杯热水放在教室里,热水中的热量会自发地传递给空气。其中“自发地”的含义是什么
答案:“自发地”是指没有受到任何外界影响或者干扰。
(2)空调和电冰箱工作时,热量从低温物体传递给高温物体。电冰箱和空调违反热力学第二定律吗 为什么
答案:不违反;因为这不是自发的过程,这个过程必须消耗其他能量,即必须开动空调、电冰箱的压缩机消耗电能。
归纳拓展
1.在热力学第二定律的表述中,“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的涵义
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。
(2)“不产生其他影响”的涵义是产生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放热、做功等。
(3)“单一热库”:指温度均匀并且恒定不变的系统,若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定,则工作物质可以在不同温度的两部分之间工作,从而可以对外做功。
(4)“不可能”:系统从单一热库吸收热量对外做功,以及热量从低温热库传到高温热库的过程所产生的其他一切影响,不论用任何办法都不可能加以消除。
2.热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
AD
[例1] (多选)根据热力学第二定律可知,下列说法中正确的是(　 　)
A.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
B.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是可以实现的
C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气过程中,不引起其他变化
D.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
解析:热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性,机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化为内能,而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助,即会引起其他变化,A选项正确,B选项错误;热传递过程具有方向性,热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),故C选项错误,D选项正确。
名师点拨
热力学第二定律理解的两个误区
(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体,不能由低温物体传到高温物体。
热量可以由高温物体传到低温物体,也可以由低温物体传到高温物体;但是,前者可以自发完成,而后者则必须有外界参与。
(2)误认为机械能可以完全转化为内能,而内能不能完全转化为机械能。
机械能可以完全转化为内能,内能也可以完全转化为机械能;但是,前者可以不产生其他影响,而后者一定会产生其他影响。
[针对训练1] 以下现象违背热力学第二定律的是(　 　)
A.一杯热茶在打开盖后,茶会自动变凉
B.没有漏气、没有摩擦的理想热机,其效率可能是100%
C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清,泥、水自动分离
D.在地面上运动的物体逐渐停下来,机械能全部变为内能
B
解析:热茶自动变凉是热量从高温物体传递到低温物体,故A未违背热力学第二定律;任何热机效率都不可能达到100%,故B违背了热力学第二定律;泥、水分离是机械能向内能的转化,故C未违背热力学第二定律;物体因摩擦力而停下来,是机械能向内能的转化,是自发过程,故D未违背热力学第二定律。
要点二　热力学第一、第二定律的比较　热机与
第二类永动机的理解
问题情境
1.热力学第一定律和热力学第二定律有哪些区别和联系
答案:热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系,是能量守恒定律在热学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性,二者表述的角度不同,本质不同,相互补充,并不矛盾。
2.如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图,请在图片基础上思考以下问题。
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗
答案:(1)不是,热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。
(2)热机工作时是否将从高温热库吸收的热量全部用来做功
答案:(2)否,热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做功,剩余的释放到低温热库。
(3)如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气、没有摩擦,是否能使热机的效率达到100%
答案:(3)不能。
归纳拓展
1.热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式,说明功及热量与内能改变的定量关系,而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向,指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆,除非靠外界影响。所以二者相互独立,又相互补充。例如:
(1)关于滑动摩擦力做功:热力学第一定律中,滑动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完全变成功。
(2)关于热量的传递:热量可以从高温物体自发传向低温物体,而热力学第二定律却说明热量不能自发从低温物体传向高温物体。
(3)关于能量: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,能量转化有方向性。
2.热机。
(1)概念。
热机是把内能转化成机械能的一种装置。如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能;内燃机把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。
(2)工作原理。
工作物质从热源吸收热量Q1,推动活塞做功W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。
(3)效率。
热机的效率不可能达到100%,即使是理想热机,没有摩擦,也没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能,总要有一部分热量散发到冷凝器或大气中。
3.两类永动机的不同。
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计 要求 不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化)
不可能 的原因 违背了能量的转化与守恒定律 违背了热力学第二定律
[例2] (多选)下列说法中正确的是(　 　)
A.第一类永动机不可能制成,因为它违背了能量守恒定律
B.第二类永动机不可能制成,因为它违背了能量守恒定律
C.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
D.随着科技的不断进步,热机的效率最终一定能达到100%
AC
解析:第一类永动机违背了能量守恒定律,第二类永动机违背了热力学第二定律,故选项A正确,B错误;热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成,相互独立,选项C正确;热机的效率总是小于100%,选项D错误。
[针对训练2] (多选)关于永动机和热力学定律的讨论,下列叙述正确的是(　 　)
A.第二类永动机违反能量守恒定律
B.一切自发的过程总是沿着分子热运动的无序性减小的方向进行
C.利用浅层海水和深层海水之间温度差制造一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
D.热力学第二定律的开尔文表述为不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响
CD
解析:第二类永动机不违反能量守恒定律,但是违反热力学第二定律,选项A错误;根据熵增加原理,一切自发的过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,选项B错误;利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能是可能的,选项C正确;热力学第二定律的开尔文表述为不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响,选项D正确。
要点三　热力学第二定律的微观解释
问题情境
将一滴红墨水滴入一杯清水中,红墨水会逐渐扩散到整杯水中,呈均匀分布状态,这个过程中熵的变化情况怎样
答案:在这个过程中系统的熵增加。扩散前,红墨水和清水区分分明,较有序;后来,整杯水的颜色变得均匀后,打破了原来的有序分布,无序程度增大,因此,扩散后系统的熵增加。
归纳拓展
1.熵是反映系统无序程度的物理量,正如温度反映物体内分子平均动能大小一样,系统越混乱,无序程度越大,这个系统的熵就越大。
2.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律,一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为无序,所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
3.对于绝热或孤立的热力学系统而言,所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程,因此,总是朝着熵增加的方向进行。或者说,一个孤立系统的熵永远不会减少,这就是熵增加原理。
AD
[例3] (多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　 　)
A.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律
B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D.在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小
解析:从热力学第二定律的微观本质看,一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行,我们知道热力学第二定律是一个统计规律,故A正确,B、C错误,在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,故D正确。
名师点拨
对熵的四点理解
(1)熵的微观意义:熵是系统内分子热运动无序性的量度。
(2)熵是表示一个体系自由度的物理量。熵越大,表示在这个系统下的自由度越大,可能达到的状态越多。
(3)熵不是守恒的量,在孤立体系中经过一个不可逆过程,熵总是增加的。
(4)熵的本质:熵是体现微观混乱度的量度,混乱度越大,熵值也越大。
ABD
解析:自然过程的方向性可以表述为在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,因此热力学第二定律又称为熵增加原理。因此,A、B、D说法正确,C说法错误。
[针对训练3] (多选)下列关于熵的说法中正确的是(　 　)
A.熵是系统内分子运动无序性的量度
B.在自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小
C.热力学第二定律也叫作熵减小原理
D.熵值越大代表着越无序
实践应用
拓展延伸，凝练素养
模型·方法·结论·拓展
第二类永动机
1.概念:只有单一热源,从单一热源吸收热量,可以全部用来做功的热机叫第二类永动机。
2.第二类永动机不可能制成的原因
违反了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。
3.第二类永动机不能制成的意义
(1)机械能可能全部转化成内能,但内能不能全部转化成机械能,而不产生其他影响。
(2)机械能和内能的转化具有方向性。
[示例] (多选)关于第二类永动机,下列说法中正确的是(　 　)
A.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机
B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成
C.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能
D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化
AD
解析:没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机,选项A正确;第二类永动机违反了热力学第二定律,选项B错误;机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化,选项D正确,C错误。
科学·技术·社会·环境
　开尔文
开尔文,原名W·汤姆孙,是热力学的主要奠基人之一,在热力学的发展中作出了一系列的重大贡献。他根据盖—吕萨克、卡诺和克拉伯龙的理论于1848年创立了热力学温度。他是热力学第二定律的两个主要奠基人之一(另一个是克劳修斯),1851年他提出热力学第二定律:“不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。”并且指出,如果此定律不成立,就必须承认可以有一种永动机,它借助于使海水或土壤冷却而无限制地得到机械功,即所谓的第二类永动机。他从热力学第二定律断言,能量耗散是普遍的趋势。1852年他与焦耳合作进一步研究气体的内能,对焦耳气体自由膨胀实验做了改进,进行气体膨胀的多孔塞实验,发现了焦耳—汤姆孙效应,即气体经多孔塞绝热膨胀后所引起的温度的变化现象。这一发现成为获得低温的主要方法之一,广泛地应用到低温技术中。1856年他从理论研究上预言了一种新的温差电效应,即当电流在温度不均匀的导体中流过时,导体除产生不可逆的焦耳热之外,还要吸收或放出一定的热量,这一现象也叫汤姆孙效应。
[示例] 设一台蒸汽机中,1 kg煤完全燃烧后,产生2.9×107 J的热量,其分配情况如下:锅炉损失5.9×106 J,传送蒸汽损失1.2×106 J,蒸汽冷凝损失4.0×106 J,废气带走损失1.4×107 J,机械磨损损失 0.7×106 J。
(1)试画出其能流图;
解析:(1)能流图,如图所示。
答案:(1)图见解析　
[示例] 设一台蒸汽机中,1 kg煤完全燃烧后,产生2.9×107 J的热量,其分配情况如下:锅炉损失5.9×106 J,传送蒸汽损失1.2×106 J,蒸汽冷凝损失4.0×106 J,废气带走损失1.4×107 J,机械磨损损失 0.7×106 J。
(2)这台蒸汽机输出的机械能是多少
解析:(2)这台蒸汽机输出的机械能
E=(2.9×107-5.9×106-1.2×106-4.0×106-1.4×107-0.7×106) J=3.2×106 J。
答案:(2)3.2×106J
(3)热机的效率是多少
答案:(3)11.0%(共26张PPT)
物理选择性必修 第三册
第 3 章 热力学定律
第1节　热力学第一定律
第2节　能量的转化与守恒
核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任
1.理解热力学第一定律。 2．会用ΔU＝W＋Q解决相关问题。 理解能量的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象。 知道第一类永动机不可能制成。
了解能量守恒定律的发现过程。
1.改变物体内能的两种方式：_____和________。
2．功、热量和内能改变的关系(1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能_____，且增加量____外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能____，且减少量______物体做的功。(2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能____，其增加量____吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能____，其减少量_____放出的热量。
3．热力学第一定律 ?(1)内容：如果物体与外界之间同时存在做功 和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体____________与物体从外界_____________之和。
[对应学生用书P47]
知识点一 热力学第一定律
必备知识/自主学习
做功
增加
减少
等于
减少
热传递
等于
等于
所做的功W
吸收的热量Q
增加
等于
1.能量守恒定律的发现(1)迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的_______，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以_________的，如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是_____的。(2)焦耳的研究①1840年，焦耳通过实验得出了焦耳定律，从而给出了电能向内能转化的_____关系，为发现普遍的能量守恒定律打下了基础。②焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研_________问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。
(2)表达式：ΔU＝________。
4．第一类永动机 ?(1)概念：不消耗任何能量而能永远___________的机器。(2)结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但无一例外，这类设计方案都以_____而告终。(3)原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了________________。
对外做功
失败
热功转换
化学能
相互转化
知识点二 能量的转化 与守恒
守恒
Q＋W
热力学第一定律
定量
1．热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同。( )
2．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定。( )
3．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。( )
4．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了。( )
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的______。
2．能量守恒定律(1)内容：能量既不会_____，也不会_____，它只能从一种形式_____为其他形式，或者从一个物体_____到其他物体，而能量的总值_________。(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的_________，是自然界内在_______的第一个有力证据。
统一性
消失
思考判断
×
√
×
创生
转化
转移
保持不变
普遍联系
统一性
√
批注 ：此定律给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。是标量式，应用时单位应统一为国际单位制中的焦耳(J)。
批注 ：判断气体是否做功的方法
判断气体是否做功的方法
(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0；
(2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。
批注 ：(1)永动机：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。
(2)历史上设计的几种永动机
螺旋永动机　滚球永动机　 软臂永动机　磁力永动机
批注 ：能量转化的实例
　风能→电能　　 电能→内能 太阳能→电能　　 化学能→电能
关键能力/互动探究
[对应学生用书P48]
探究点一　功、热量与内能改变的关系　(物质观念之形成)
情境探究
1．用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？
2．如图所示的是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。
答案：
(1)三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。
(2)热传递是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。
(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点？(2)热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？
探究归纳
1．做功与内能的变化的关系
(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。
(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。
2．热传递与内能变化的关系
(1)在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即ΔU＝U2－U1＝Q。(2)传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能转移的过程。
3．改变内能的两种方式的比较
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 对点例练
【例1】如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前(　　)
A．外界对管内气体做功，气体内能增大
B．管内气体对外界做功，气体内能减小
C．管内气体内能不变，压强变大
D．管内气体内能增大，压强变大
D
解析：
绳与金属管间的摩擦，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大，D正确。
方法技巧
做功与内能的变化
做功改变物体内能的一种方法是改变物体内部的分子的平均动能，即改变温度；另一种方法是通过做功改变物体的体积从而改变内能的大小。不过要注意的是气体的体积减小时分子势能不一定增加。
[练1] (多选)对于热量、功和内能三个量，下列说法正确的是(　　)
A．热量、功和内能三个量的物理意义是等同的
B.热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C.热量、功和内能的国际单位都相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
解析：
热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功和内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量，热量和功二者可作为物体内能变化的量度而不是内能大小的量度，A、B错误，C、D正确。
CD
探究点二　热力学第一定律及应用　(科学思维之提升)
情景探究
“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。“全自动”机械手表是不是一种永动机？
1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
答案：
不是，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表发条做机械运动。
探究归纳
符号 W Q ΔU
＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加
－ 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少
2．气体状态变化的几种特殊情况(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或系统对外界)做的功。(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量。(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。
3．根据热力学第一定律，Q＝0表明气体被绝热压缩时，外界所做的功全部用来增加气体内能，体积变小、温度升高、压强增大；气体绝热膨胀时，气体对外做功是以减小内能为代价的，体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。
对点例练
D
【例2】(2022·山东烟台高二期末)如图所示的是一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C又变回状态A的变化过程的V-T图像，各状态参量标注如图。已知理想气体的内能与热力学温度成正比，关于气体的以上变化过程，下列说法正确的是(　　)
A．图中TA为150 KB．AB过程与BC过程吸热一样多C．由图中坐标可求出C状态的压强D．在经历ABCA回到A的全过程中气体放热
解析：
方法技巧
应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况
[练2](2022·上海位育中学高二期中)下列说法中正确的是(　　)
A．对物体做功，同时物体放热，物体的内能一定减小
B．对物体做功，同时物体吸热，物体的内能一定减小
C．物体对外做功，同时放热，物体的内能一定减小
D．物体对外做功，同时吸热，物体的内能一定减小
C
对物体做功，同时物体放热，根据热力学第一定律可知，当对物体做的功大于物体放出的热量时，物体的内能将增大，A错误；对物体做功，同时物体吸热，根据热力学第一定律可知，物体的内能一定增大，B错误；物体对外做功，同时放热，根据热力学第一定律可知，物体的内能一定减小，C正确；物体对外做功，同时吸热，根据热力学第一定律可知，当物体吸收的热量大于对外做的功时，物体的内能将增大，D错误。
解析：
[练3]一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′。如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则(　　)
A．W1>W2，Q1＜Q2，ΔU1>ΔU2B．W1>W2，Q1>Q2，ΔU1>ΔU2C．W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1>ΔU2D．W1＝W2，Q1>Q2，ΔU1>ΔU2
B
解析：
探究点三　能量守恒定律　(科学思维之提升)
要点归纳
1．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2．守恒是否需要条件
(1)与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功。
(2)能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。
3．由能量守恒分析第一类永动机失败的原因
系统对外做功要以系统本身的能量减少为代价。若想源源不断地做功，系统就必须不断从外界获取能量使自己回到初始状态，在无外界能量供给的情况下这是不可能的。
解析：
【例3】水能不产生污染物，是一种清洁能源。某瀑布的流量可达每秒6 000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50 m。若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率。(g取10 m/s2)
水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能每秒钟流下的水的质量为m＝ρV＝1×103×6 000 kg＝6×106 kg每秒钟水减少的机械能为E＝mgh＝6×106×10×50 J＝3×109 J设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得Eη＝Pt，解得P＝3×109×50% W＝1.5×109 W。
答案：
1.5×109 W
方法技巧
应用能量守恒定律的思路方法
(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式。
(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：
①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加。②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加。
解析：
[练4] 风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%。则单位时间内最多可提升的水的质
量为__________。
探究点四　解决实际问题　(科学态度与责任之落实)
[练5](生活情境)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　)
A．压强变大　　　　B．对外界做功
C．对外界放热 D．分子平均动能变大
B
解析：
[练6] (生活情境)(多选)现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐。山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在汽缸内封闭气体的作用下，起到延缓震动的目的，如果路面不平，下列关于该减震装置的说法正确的是(　　)
A．活塞迅速下压时汽缸内的气体温度不变
B．活塞迅速下压时汽缸内的气体压强增大
C．活塞下压后迅速反弹时汽缸内有些气体分子的速率增大
D．活塞下压后迅速反弹时汽缸内气体的内能增加
BC
如果活塞迅速下压，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，压强增大，A错误，B正确；活塞下压后迅速反弹时，气体对外做功，来不及吸热，气体内能减少，温度降低，气体分子的平均速率减小，但不是每个气体分子的速率都减小，有些分子的速率可能增大，C正确，D错误。
解析：
[练7] (探究情境)17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是(　　)
A．满足能量守恒定律，所以可能实现
B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
D
维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使铁球的机械能增加；但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。
解析：
谢谢观看！

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