高中物理 第十章 熱力學(xué)定律學(xué)案(新人教版)選修3-3

1、第十章 熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律一、做功、熱傳遞與內(nèi)能變化的關(guān)系1做功與熱傳遞的區(qū)別與聯(lián)系做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式，它們在改變物體的內(nèi)能上是等效的，但它們的本質(zhì)不同做功是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，熱傳遞則是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移2熱力學(xué)第一定律UWQ.正確理解公式的意義及符號含義是解決本類問題的關(guān)鍵(1)外界對物體做功，W0；物體對外做功，W0；物體放出熱量，Q0，物體的內(nèi)能增加；U0，物體的內(nèi)能減少分析題干，確定內(nèi)能改變的方式(W、Q)判斷W、Q的符號代入公式UWQ得出結(jié)論例1當(dāng)把打足氣的車胎內(nèi)的氣體迅速放出時，會發(fā)現(xiàn)車胎氣嘴處的溫度明顯降低，則在這個過程中()A氣體對外做功，同時向外

2、散發(fā)熱量B氣體對外做功，車胎內(nèi)氣體溫度降低，從外界吸熱C外界對車胎內(nèi)氣體做功，車胎內(nèi)氣體向外傳遞熱量D外界對車胎內(nèi)氣體做功，同時向車胎內(nèi)氣體傳遞熱量答案B解析氣體迅速放出時，氣體體積膨脹對外做功，同時溫度降低，使氣嘴處溫度明顯低于外界溫度，從外界吸熱故正確答案為B.例2一定質(zhì)量的理想氣體自狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)C變化到狀態(tài)B.這一過程的VT圖象如圖1所示，則()圖1A在過程AC中，外界對氣體做功，內(nèi)能不變B在過程CB中，外界對氣體做功，內(nèi)能增加C在過程AC中，氣體壓強(qiáng)不斷變大D在過程CB中，氣體壓強(qiáng)不斷減小答案AC解析由圖象可知，AC過程是等溫壓縮，CB過程是等容升溫，據(jù)氣態(tài)方程可判斷出：AC過程氣體體

3、積變小，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變，氣體壓強(qiáng)不斷變大；CB過程氣體體積不變，內(nèi)能增加，顯然氣體從外界吸熱，氣體壓強(qiáng)不斷增大，故A、C正確借題發(fā)揮(1)由圖象的物理意義，結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程C，明確氣體的狀態(tài)變化(2)根據(jù)UWQ，作出判斷例3一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2105J的熱量，同時氣體對外做了6105J的功，問：(1)物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)分子勢能是增加還是減少？(3)分子的平均動能是增加還是減少？答案(1)內(nèi)能減少1.8105J(2)分子勢能增加(3)分子的平均動能減少解析(1)氣體從外界吸熱為Q4.2105J，氣體對外做功W6105J，由熱力學(xué)第一定律U

4、WQ(6105J)4.2105J1.8105J.U為負(fù)，說明氣體的內(nèi)能減少了所以，氣體內(nèi)能減少了1.8105J.(2)因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體分子勢能增加了(3)因為氣體內(nèi)能減少，同時分子勢能增加，所以分子的平均動能減少二、能量守恒定律及應(yīng)用1能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變能量守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律，不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化2應(yīng)用能量守恒定律解題的方法和步驟(1)認(rèn)清有多少種形式的能(例如動能、勢能、內(nèi)能、電

5、能、化學(xué)能、光能等)在相互轉(zhuǎn)化(2)分別寫出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式(3)根據(jù)下列兩種思路列出能量守恒方程：E減E增某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量與增加量一定相等(4)解方程，代入數(shù)據(jù)，計算結(jié)果例4在近地的高空中，雨滴幾乎是勻速下落的，設(shè)在此過程中所產(chǎn)生的熱量有30%被雨滴吸收，求雨滴在近地下落40 m前、后的溫度差？g取10 m/s2，水的比熱容c4.2103 J/(kg)答案升高0.03 解析設(shè)雨滴的質(zhì)量為m因為雨滴勻速下落，所以雨滴重力勢能的減少等于雨滴克服阻力所做的功雨滴重力勢能

6、的減少，Wmgh400m J轉(zhuǎn)化成雨滴的內(nèi)能為QW400m J30%120m J由Qcmt得：t0.03 借題發(fā)揮應(yīng)用能量守恒定律解決問題時，首先應(yīng)明確有哪幾種能量參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，哪些能量增加，哪些能量減小，然后利用守恒的觀點列出方程求解三、熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用1熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)按照熱傳遞的方向性表述為：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述(2)按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述為：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響這是熱力學(xué)第二定律的開爾文表述2熱力學(xué)第二定律的微觀意義(1)一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行(2)用熵來表示熱力學(xué)第二定律：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小3在整個自然界中，無論有無生命，所有宏觀的自發(fā)過程都具有單向性，都是不可逆過程如河水向下游流，重物向下落，房屋由新到舊直至倒塌，人要從嬰兒到老年直至死亡等例5炎炎夏日，兩位同學(xué)在充滿涼意的空調(diào)室內(nèi)，就空調(diào)機(jī)的工作過程是否遵循熱力學(xué)第二定律的問題發(fā)生了爭論甲同學(xué)說：空調(diào)機(jī)工作時，不斷地把熱量從室內(nèi)傳到室外，即從低溫物體傳到高溫物體，可見它并不遵循熱力學(xué)第二定律乙同學(xué)說：熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)系統(tǒng)的普遍規(guī)律，空調(diào)