热力学定律及能量守恒

热力学定律及能量守恒

一、要点分析

命题趋势  热力学第一定律，能量守衡为（Ⅱ）级要求，要引起高度重视。热力学第二定律的微观解释属于新增内容，可能会出现简答题，要注意这一变化。  

 题型归纳  题型主要以选择题,简答题,计算题为主. 

 易错点分析  对热力学第一定律公式各个量符号的选取容易出错， 对热力学第二定律的内容理解不透彻，容易出错。

二、             典型例题

    例1  一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×10⁴J的功，气体的内能减少了1.2×10⁵J，则下列各式中正确的是  （   ）

A.W=8×10⁴J，ΔU =1.2×10⁵J ，Q=4×10⁴J

B.W=8×10⁴J，ΔU =－1.2×10⁵J ，Q=－2×10⁵J

C.W=－8×10⁴J，ΔU =1.2×10⁵J ，Q=2×10⁴J

D.W=－8×10⁴J，ΔU =－1.2×10⁵J ，Q=－4×10⁴J

　  例2  下列说法中正确的是：(   )

　　A、物体吸收热量，其内能必增加

　　B、外界对物体做功，物体内能必增加

　　C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少

　　D、物体温度不变，其内能也一定不变　　

例3  下列各种说法正确的是（     ）

A、物体从10℃变为8℃，其热量减少了

B、物体从10℃变为8℃，放出了一定的内能

C、物体从10℃变为8℃，其内能减少了

D、物体从10℃变为8℃，物体可能释放了一定的热量

   例4  下列说法正确的是                      （   ）

　  A． 热量不可能由低温物体传递到高温物体

B． 外界对物体做功，物体内能必定增加

C． 第二类永动机不可能制成，是因为违反了能的转化和守衡定律

D． 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化

例5  一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？

解析：由题意可知，W=300J，ΔU=－300J，根据热力学第一定律可得

Q=ΔU－W=－300J－300J=－600J

Q为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量。

例6  一定质量的气体从外界吸收了4.2×10⁵J的热量，同时气体对外做了6×10⁵J的功，问：

（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？

（2）分子势能是增加还是减少？

（3）分子的平均动能是增加还是减少？

解析：（1）气体从外界吸热为：Q=4.2×10⁵J

气体对外做功：W=－6×10⁵J

由热力学第一定律：ΔU=W+Q=（－6×10⁵）+（4.2×10⁵J）=－1.8×10⁵J

ΔU为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了1.8×10⁵J。

（2）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。

（3）因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。

本题以热力学第一定律关系式为起点，结合分子动理论中内能的定义，分析得出：①气体对外做功，体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了②气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。

三、针对训练

1．在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是  （  ）

A.外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正

B.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负

C.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正

D.外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负

2．关于物体内能的变化，以下说法正确的是  （   ）

A.物体吸热，内能一定增大

B.物体对外做功，内能可能增大

C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变

D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变

3．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是          (  )

A.秋千的机械能守恒                 B.秋千的能量正在消失

C.只有动能和重力势能的相互转化     D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

4．下列各物体在所经历的过程中，内能增加的有  (    )

A.在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体

B.水平飞行并射穿木块的子弹

C.在绝热的条件下被压缩的气体

D.在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的速度运动

5.  根据热力学第二定律，下列判断正确的是（        ）

A、电流的能不可能全部变为内能

  B、在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能

C、热机中，燃气内能不可能全部变为机械能

D、在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体。

6.  第二类永动机不可以制成，是因为（    ） 

A、 违背了能量的守恒定律

B、热量总是从高温物体传递到低温物体

C、机械能不能全部转变为内能

D、内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化

7．对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是（   ）

A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热

B.水的内能不变，对外界做功，从外界吸热

C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热

D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热

8．为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化，以下方法可行的是（　　　）

A.以较大的功率对物体做功　　　　B. .以较小的功率对物体做功　

C.该物体以较大的功率对外做功　　D. 该物体以较小的功率对外做功

9．下列有关熵的说法正确的是（   ）

A．熵是系统内分子运动无序性的量度

B．熵值越大，代表越为无序

C．在自然过程中熵总是增加的

D．热力学第二定律也叫熵减小原理

10．下列说法正确的是   (   )

 A．物体吸收热量，其温度一定升高

 B．热量只能从高温物体向低温物体传递

 C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现

 D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式

11.关于热量的下列说法中正确的是

　　A、温度高的物体含有的热量多

　　B、内能多的物体含有的热量多

　　C、热量、功和内能的单位相同

　  D、热量和功都是过程量，而内能是一个状态量

12.下列说法中正确的是：

　　A、物体吸收热量，其内能必增加

　　B、外界对物体做功，物体内能必增加

　　C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少

　　D、物体温度不变，其内能也一定不变

　  13.空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 ×10⁵J，同时空气的内能增加了1.5 ×10⁵J. 这时空气对外做了多少功？　　

14.有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃).

15.         试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析

典型例题答案: 例1解析：本题主要考查热力学第一定律的应用。因为外界对气体做功，W取正值，即W=8×10⁴J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU=－1.2×10⁵J；根据ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－1.2×10⁵－8×10⁴=－2×10⁵J，即B选项正确。

例2答案：C  评析：在分析问题时，要求考虑比较周全，既要考虑到内能包括分子动能和分子势能，又要考虑到改变内能也有两种方式：做功和热传递．

例3解答：C、D 点评：功、热量是能量转化的量度，食是与内能的变化相联系的，是过程量，内能是状态量。物体的内能除与温度有关外，还与物体的物质的量、体积、物态等因素有关。

例4答案：D   解析：热量在一定条件下可由低温物体传递到高温物体（如冰箱）。外界对物体做功同时并放热的情况下，物体内能不一定增加。第二类永动机不违反能量守衡定律，但违反了热力学第二定律，所以不可能制成。故ABC错，D对

针对训练

答案 1.  C  2.  BC  3.  D  4.  BCD  5.  BCD   6.  D  7.  A   8.  AC 9.  ABC  10. D  11.CD 12.C

13.所以此过程中空气对外做了0.5 ×10⁵J的功．

14. 　 = 2.4×10 ^–3 ℃

15. 热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。