搜索
一、改变内能的两种方式1．做功外界对物体做了多少功，物体的内能就多少；物体对外界做了多少功，物体的内能就多少．2．热传递(1)热传递方式：、和．(2)物体从外界吸收(向外界放出)了多少热量，物体的内能就增加(减少)多少，物体内能的增加(减少)量等于物体吸收(放出)的热量．增加减少传导对流辐射二、热力学第一定律：能量守恒定律1．热力学第一定律(1)内容：外界对物体做的功W和物体与外界交换热量Q之和等于物体内能的变化量ΔU.(2)公式：.(3)理解：①外界对物体做功W＞0，反之W＜0；②物体从外界吸热Q＞0，反之Q＜0；③ΔU＞0，内能增加；ΔU＜0，内能减少．(4)意义：第一类永动机无法制成．ΔU＝W＋Q2．能量守恒定律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，或从一个物体到另一个物体，总的能量保持不变．转化转移三、热力学第二定律1．热传导的方向性热传导的过程具有方向性(从物体到物体)，只能向一个方向自发地进行，要实现相反方向的过程，必须通过做功来实现．2．第二类永动机从单一热源吸收热量，全部用来做功，而不引起其他变化的热机．能量流程图(如图1－3－1所示)：低温高温图1－3－1(1)热机是一种将内能转化为机械能的装置．热机效率η＝WQ1，其中W为热机对外做的功，Q1为热机从热源吸收的热量．热机工作时，必向冷凝器散热Q2，故总有Q1＞W.故热机效率不可能达到100%.(2)第二类永动机不违反能量守恒定律，但不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管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，而不引起其他变化．3．热力学第二定律的两种表述表述一：不可能使热量由物体传递到物体而不引起其他变化．(克劳修斯表述)表述二：不可能从吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．(开尔文表述)低温高温单一热源考点一热力学第一定律、能量守恒定律1．气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化是()A．减小20JB．增大20JC．减小220JD．增大220J解析：ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J．ΔU＞0，说明气体的内能增加，故选项B正确．答案：B2．(2011·广东卷)如图1－3－2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()图1－3－2A．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，气体内能减小解析：本题考查热力学第一定律，考查考生对绝热压缩过程中功能关系的分析．由于筒内气体不与外界发生热交换，因此只有做功改变气体的内能，在M向下滑动的过程中，外界压缩气体对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能增加．答案：A3．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量解析：本题中各物体在运动过程中都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力．因而物体都克服阻力做功，A项对；四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对．答案：AD考点二热力学第二定律4．下列说法正确的是()A．机械能全部变成内能是不可能的B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部用来做功是可能的解析：机械能可以完全转化为内能，摩擦生热就是个例子，A选项错误；所谓的第二类永动机是违反热力学第二定律的机器，而不违反能量守恒定律，B选项错误；采取其他措施可以把热量从低温物体传到高温物体，如空调机，通过做功而将热量从低温物体传到高温物体，C选项错误；热力学第二定律的表述是：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响．例如，理想气体的等温膨胀，理想气体可以把吸收的热量全部用来做功，但是却产生了其他影响，即理想气体的体积膨胀了，D选项正确．答案：D思维深化典例探究知识方法加技能·高考路上任我行对应学生书P246疑难辨析疑难点一热力学第一定律与能量守恒定律的意义有何不同？请简述．名师在线：热力学第一定律与能量守恒定律的不同意义：(1)热力学第一定律是反映功、热量和内能之间的定量关系；能量守恒则是自然界普遍遵守的规律，包括任何形式的能量转化或转移，总能量都保持不变．可以说热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的应用．(2)能量是量度物体运动的物理量，不同形式的能与不同的运动形式相对应．如：内能与分子热运动相对应，电能与电荷运动相对应等．能的转化一定要通过做功才能实现，而能的转移要通过某种形式的传递来完成．不同形式能的转化，意味着物体的运动由一种形式转化成了另一种形式，因此，能量守恒是沟通不同运动的重要纽带．①各种形式的能在转化和转移中总能量守恒是无条件的，而某种或某几种形式的能的守恒是有条件的，如：在只有重力和弹簧弹力做功时，机械能才守恒，对此应予以注意．②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，如：相互摩擦的系统中，一对滑动摩擦力所做的总功是负值，因此使系统的机械能减少，内能增加，摩擦力所做总功的绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即等于系统损失的机械能．同理，若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，这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路．疑难点二请简述热力学第一定律和热力学第二定律的区别和联系名师在线：(1)热力学第一定律，是跟热现象有关的物理过程中能量守恒定律的特殊表达形式，它说明功、热量与内能改变之间的定量关系．(2)热力学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，它说明一切与热现象有关的实际宏观过程是不可逆的．热力学第二定律的两种表述方式，都说明了与热现象有关的物理过程进行的方向．(3)热力学第一定律和热力学第二定律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．典例探究题型一热力学第一定律【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4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，则：(1)气体的内能__________(填“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？思路分析：1做功和热传递同时发生时，内能的变化要用热力学第一定律综合分析.2气体体积增大，对外做功；体积减小，外界对气体做功；绝热过程中，将不发生热传递，Q＝0.3对于一定质量理想气体，无分子势能，因此内能只与温度有关.解析：(1)因气体从外界吸收热量，所以Q＝4.2×105J，气体对外做功6×105J，则外界对气体做功W＝－6×105J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－6×105J＋4.2×105J＝－1.8×105J，所以物体内能减少了1.8×105J.(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1.8×105(2)增加(3)减少题型二能量守恒定律【例2】重1000kg的气锤从2.5m高处落下，打在质量为200kg的铁块上，要使铁块的温度升高40℃以上，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击铁块时做的功有60%用来使铁块温度升高，且铁的比热容c＝0.462×103J/(kg·℃)．思路分析：通过做功把其他形式的能量特别是机械能转化为内能的问题在高考中占有重要地位.解这类综合题的关键在于弄清内能的来源.如：在机械能与内能相互转化的过程中，转化为内能的往往不是研究对象的全部机械能，而是系统损失的机械能.解析：气锤下落过程中只有重力做功，机械能守恒，因而气锤撞击铁块时动能为：Ek＝mgh＝103×10×2.5J＝2.5×104J，由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为：W＝Ek－0＝2.5×104J，使铁块温度升高的热量(升高40℃)Q＝cmΔt＝0.462×103×200×40J＝3.696×106J.设气锤下落n次才能使铁块温度升高40℃，由能量守恒定律有：n·W·η＝Q，n＝QW·η＝3.696×1062.5×104×60%＝246.4.故气锤至少要下落247次．答案：247次易错点一不注意题中条件导致出错例1如图1－3－3所示，在绝热汽缸内封闭着质量、体积和种类都相同的两部分气体A和B(不计气体分子之间的作用力)，中间用导热的固定隔板P隔开．若不导热的活塞Q在外力F作用下向外移动时，下列论述：图1－3－3①气体B压强减小，内能减小②气体B压强减小，内能不变③气体A压强减小，内能减小④气体A压强减小，内能不变其中正确的是()A．只有②④正确B．只有①③正确C．只有②③正确D．只有①④正确解析：选取两部分气体组成的整体进行研究．外力F拉动活塞做功，气体膨胀对外做功，又封闭气体和外界没有热量交换，中间是导热的隔板，由热力学第一定律可知两部分气体的内能都减小，由于不计分子间的作用力(即气体没有分子势能)，所以两部分气体的温度都降低．A部分气体体积不变，而温度降低，根据理想气体状态方程可知A部分气体压强减小．在外力的拉动下，活塞Q向右运动，B部分气体的的体积增大，根据对气体压强的微观解释可知B部分的气体压强减小．答案：B易错点二对热力学第二定律不理解导致出错例2下列说法中，正确的是()A．可以将地球上所有海水的温度降低0.1℃，放出大量的内能供人类使用B．制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来加以使用C．只要对内燃机不断进行改进，就可以把气体的内能全部转化为机械能D．即使没有漏气和能量损失，内燃机也不可能把全部内能转化为机械能解析：由热力学第二定律可知，热不能自发地且不能不产生其他影响而完全转化为功，故A、B错；内燃机属于热机的一种，热机的效率不能达到100%，即不可能把内能全部转化为机械能，故C错，D正确．答案：D