资源简介

庆云第一中学课堂导学案
热力学定律
高三物理 编号：11-5 日期： 姓名：
考点一　热力学第一定律与能量守恒定律
1.热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的 与外界对它 的和.
(2)表达式：ΔU＝ .
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则.
2.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变.
ΔU＝Q＋W的三种特殊情况
过程名称 公式 内能变化 物理意义
绝热 Q＝0 ΔU＝W 外界对物体做的功等于物体内能的增加
等容 W＝0 Q＝ΔU 物体吸收的热量等于物体内能的增加
等温 ΔU＝0 W＝－Q 外界对物体做的功等于物体放出的热量
例1.下列说法正确的是(　　)
A.物体放出热量，其内能一定减小
B.物体对外做功，其内能一定减小
C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
例2.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　)
A.外界对胎内气体做功，气体内能减小 B.外界对胎内气体做功，气体内能增大
C.胎内气体对外界做功，内能减小 D.胎内气体对外界做功，内能增大
例3.木箱静止于水平地面上，现在用一个80N的水平推力推动木箱前进10m，木箱受到的摩擦力为60N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(　　)
A.U＝200J，Ek＝600J B.U＝600J，Ek＝200J C.U＝600J，Ek＝800J D.U＝800J，Ek＝200J
例4.一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J的热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
考点二　热力学定律与气体实验定律的综合
二、判断物体内能变化的方法
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，气体对外界做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正；理想气体向真空自由膨胀，与外界互不做功；
3.与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0；
4.如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.
例3.如图1，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac.则________.(填选项前的字母)
A.Tb＞Tc，Qab＞Qac B.Tb＞Tc，Qab＜Qac
C.Tb＝Tc，Qab＞Qac D.Tb＝Tc，Qab＜Qac
例4.我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录.在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K.某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化.如图2所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0＝300K，压强p0＝1atm，封闭气体的体积V0＝3m3.如果将该汽缸下潜至990m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体.
①求990m深处封闭气体的体积(1atm相当于10m深的海水产生的压强).
②下潜过程中封闭气体________(填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功.
例5.一定质量的理想气体经历了如图3所示的abca循环过程，其中a→b过程气体体积________(填“增大”“减小”或“不变”)，若c→a过程气体放出热量10J，则气体经历a→b→c过程内能的变化是______J.
考点三 对热力学第二定律的理解及应用
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义．
(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．
(2)“不产生其他影响”的涵义是发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．
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，进而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．热力学过程方向性实例：
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
例6.热机是一种把内能转化为机械能的装置，以内燃机为例，汽缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气．同时把热量Q2散发到大气中，则下列说法正确的是(　　)
A．由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2 B．该热机的效率为η＝
C．理想热机效率可达到100% D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
限时训练（40分钟）
1.(多选)下列说法中正确的是(　　)
A.布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动
B.气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大
C.一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
D.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低
2．(多选)如图9为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气(　　)
A.内能增大 B.压强增大
C.分子间引力和斥力都减小 D.所有分子运动速率都增大
3.重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(　　)
A.压强增大，内能减小 B.吸收热量，内能增大
C.压强减小，分子平均动能增大 D.对外做功，分子平均动能减小
4.图1为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)
A.外界对气体做功，气体内能增大 B.外界对气体做功，气体内能减小
C.气体对外界做功，气体内能增大 D.气体对外界做功，气体内能减小
5.如图2所示，固定在水平面上的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，汽缸壁和活塞绝热性能良好，汽缸内气体分子间相互作用的势能忽略不计，则以下说法正确的是(　　)
A.使活塞向左移动，汽缸内气体对外界做功，内能减少
B.使活塞向左移动，汽缸内气体内能增大，温度升高
C.使活塞向左移动，汽缸内气体压强减小
D.使活塞向左移动，汽缸内气体分子无规则运动的平均动能减小
6.(多选)一定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图象如图5所示，下列判断正确的是(　　)
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
7.(多选)一定质量的理想气体分别在T1、T2温度下发生等温变化，相应的两条等温线如图7所示，T2对应的图线上A、B两点表示气体的两个状态，则(　　)
A.温度为T1时气体分子的平均动能比T2时大
B.A到B的过程中，气体内能增加
C.A到B的过程中，气体从外界吸收热量
D.A到B的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少
8.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图7所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc ，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)
A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，QabQac D．pb 9.(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是__________．(填写选项前的字母)
A．气体分子间的作用力增大 B．气体分子的平均速率增大
C．气体分子的平均动能减小 D．气体组成的系统的熵增加
(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中的气泡________(填“吸收”或“放出”)的热量是________ J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了______ J.
10.如图8所示，某种全自动洗衣机进水时，洗衣机缸内水位升高，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量.将细管中密闭的空气视为理想气体，当洗衣缸内水位缓慢升高时，外界对空气做了0.5J的功，则空气________(填“吸收”或“放出”)了________的热量.
11.]如图8所示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300K，压强为p＝0.5×105Pa，活塞与汽缸底的距离为h＝10cm，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105Pa.求：
(1)此时桌面对汽缸的作用力FN；
(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7J，内能增加了ΔU＝5J，整过程活塞都在汽缸内，求T的值.
12．如图所示，一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0，经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300 K升至T1＝350 K.
(1)求此时气体的压强．(2)保持T1＝350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．
13．一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞。初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p0＝75.0 cmHg。环境温度不变。

展开更多......

收起↑