课件38张PPT。 第4、5章 热力学定律与能量守恒
能源与可持续发展
（60分钟 100分）一、选择题（本大题共10小题，每小题6分，共60分.每小题至少有一个选项正确）
1.任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会（ ）
A.增加 B.不变 C.减小 D.无法判断
【解析】选C.由热力学第二定律对熵的表述可知C对，A、B、D错.2.下列过程中，不可能发生的是（ ）
A.物体吸收热量，对外做功，同时内能增加
B.外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能减少
D.外界对物体做功，同时物体放热，内能增加
【解析】选B.根据热力学第一定律，外界对物体做功，同时物体吸热，物体内能一定增加；物体吸热又对外做功或外界对气体做功而气体放热，则内能的变化不能确定.故选B.3．下列说法正确的是（ ）
A.热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性
B.电流通过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成与原来大小相同的电流
C.可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D.冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律【解析】选C.热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否认以特殊方式利用能量的可能性，故A错误；功和内能的转化具有方向性，在不引起其他变化时其逆过程是不可能实现的，故B错误；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律.D错误.4．物体在水平面上运动，当它的速度由9 m/s减小到
7 m/s的过程中，内能增量是某个定值，如果物体继续
运动，又产生相等内能增量，这时物体速度应是
（ ）
A.5.66 m/s B.4.12 m/s C.5 m/s D.3 m/s【解析】选B.设物体质量为m,v1=9 m/s,v2=7 m/s，
最终速度减为v3,由能量守恒定律有：
代入数据得： 故B正确.5.飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在-50 ℃以下.在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团.气团直径可达几千米.由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略.高空气团温度很低的原因可能是（ ）A.地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低
B.地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低
C.地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减小，气团温度降低
D.地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低【解析】选C.由热力学第一定律，物体内能的变化ΔU与做功W和热传递Q有关，满足ΔU=W+Q，气团在上升的过程中，不断膨胀，气体对外做功，又由于气团很大，其边缘与外界的热传递作用对整个气团的影响可忽略，因而内能不断减小，所以气团的温度会降低.6.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.用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数，打开卡子，胶塞冲出容器口后（ ）A.温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B.温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C.温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D.温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加【解析】选C.打开卡子，胶塞冲出容器，容器壁厚，短时间没有热交换，而气体体积增大，内部气体对外做功，内能减少，温度降低，故温度计的示数变小，C项正确.7.固定的水平汽缸内由活塞B
封闭着一定量的气体，气体分
子之间的相互作用可以忽略.
假设汽缸的导热性能良好，环
境的温度保持不变.若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，
如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的
下列结论，其中正确的是（ ）A.气体对外做功，气体内能减少
B.气体对外做功，气体内能不变
C.外界对气体做功，气体内能不变
D.气体向外界放热，气体内能不变
【解析】选B.用力缓慢拉活塞时，气体膨胀，对外做功，但由于汽缸的导热性能良好，环境温度又不变，汽缸会从外界吸收热量以保持与环境温度相同，因而内能不变.8.以下说法正确的是（ ）
A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B.汽油是一种清洁能源
C.水能是不可再生能源
D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的【解析】选A.煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错；水能是可再生能源，C错；煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错.9.（2010·锦州高二检测）下列哪些现象属于能量耗散
（ ）
A.利用水流能发电转化为电能
B.电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C.电池的化学能转化为电能
D.火炉把房子烤暖【解析】选D.能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称能量耗散.本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等.只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散.10.某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉气门芯放气与放气后静置一段时间的整个过程中内能变化情况，车胎内气体温度随时间变化的情况如图所示.从图中可获取的信息是( )A.从开始打气到打气结束的过程中由于气体对外做功，内能迅速增大
B.打气结束到拔出气门芯前由于气体对外做功，其内能缓慢减少
C.拔掉气门芯后由于气体冲出对外做功，其内能急剧减少
D.放气后静置一段时间由于再次对气体做功，气体内能增大【解析】选C.从开始打气到打气结束的过程是外界对气体做功；打气结束到拔出气门芯前由于热传递气体温度下降；拔掉气门芯后气体冲出对外界做功，故气体内能急剧减少；放气后静置一段时间由于热传递气体温度上升.二、综合题（本大题共3小题，共40分.计算题要有必要的文字说明和解题步骤）
11.（13分）开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求.太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式.太阳能热水器的构造示意图如图所示，下方是像日光灯管似的集热管，由导热性能良好的材料制成，在黑色管的下方是一块光亮的铝合金反光板，做成凹凸一定的曲面.（1）说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应，水箱为何安装在顶部而非下部？（2）图中A是集热器，B是储水容
器，在阳光直射下水将沿_____时
针方向流动，这是因为__________
______.C是辅助加热器，其作用是
__________________.请在图中适
当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理
由.【解析】（1）①像日光灯管似的集热管面积较大，便于
吸收较多的太阳能； (1分)
②外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻
璃管而不易被反射； (1分)
③在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少
两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导； (1分)
④集热管的下方是一块光亮的铝合金板，做成凹凸一
定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内.
(1分)
水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流. (2分)（2）顺； (1分)
集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，受浮力作用沿
管向右上方运动； (2分)
在阴雨天用电加热的方式使水温升高； (1分)
在封闭的环形管道的左下方安进水阀门，在贮水容器下
方竖直管道上安出水阀门，可使热水流出，冷水得以补
充. (3分)12.（13分）如图所示，p-V图
中一定质量的理想气体从状态
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，求此过程
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，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，
气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为
ΔU1=Q1+W1=420 J+（-300）J=120 J. （6分）
气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时，气体内能将减少
120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2=200 J的功，
因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2=ΔU2-W2=
(-120)J-200 J=-320 J. （7分）
答案：放出的热量为320 J13.(14分)某同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1 m2的盆盛6 kg的水，经太阳垂直照射15 min,温度升高5 ℃,若地表植物接收太阳能的能力与水相同，试计算：
（1）每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？
（2）若绿色植物在光合作用下每吸收1 kJ的太阳能可以放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气？（1公顷=104 m2)【解析】(1)6 kg水经15 min的照射增加的内能为：
ΔE=Q=cmΔt=4.2×103×6×5 J=1.26×105 J. (4分)
每秒钟获得的能量为:
1.26×105 J/15min=1.4×102 J/s. (2分）
每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为：
(2分)(2)每平方米绿色植物每秒钟吸收的太阳能可放出的氧气
为：
（4分）
每公顷绿地每秒可以放出的氧气为：
104×0.07 L=700 L (2分)
答案：（1）1.4×103 J (2)700 L本部分内容讲解结束
