(共2张PPT)
章末知识体系构建
增加量
热传递
等效
和
ΔU=Q+W
能量守恒定律
自发
单一热库
增加
热力学第二定律
转化
转移
品质
功和内能：在绝热过程中，外界对系统做功等于系统的内能①
内能
热和内能：热量是在单纯的②
过程中系统内能变化的量度
热力
内能的改变：做功和热传递在改变系统内能上是③
的
学第
一定
内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外
律
界对它所做的功的④
热力学第
定律
表达式：⑤
第一类永动机不能制成，因为违背了⑥
克劳修斯表述：热量不能⑦
地从低温物体传到高温物体
热力学定律
热力
开尔文表述：不可能从⑧
吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响
或
熵与熵增加原理：在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系
律
统的熵值总是⑨
的
第二类永动机不能制成，因为违背了⑩
能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式
能量
①
为其他形式，或者从一个物体②
到别的物体，在转化或转移的过程
守恒
中，能量的总量保持不变
定律
能量耗散：在应用能源时，能量的总量不会改变，但能量的3
降低了(共43张PPT)
1 功、热和内能的改变
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.通过焦耳的两个实验,知道什么是绝热过程,理解做功与内能改变的数量关系。
2.知道热传递的热量与内能变化的关系。
3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,且对改变系统内能是等效的。
4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、焦耳的实验
1.绝热过程:系统不从外界 吸热 ,也不向外界 放热 ,这样的过程叫作绝热过程。
2.代表性实验。
(1)两个实验的比较。
两个实验 实验一 实验二
做功
方式 通过重物下落带动叶片搅拌水,靠叶片与水摩擦使水温升高 通过重物下落使发电机发电,电流通过电阻丝做功使水温升高
实验
条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热
共性 外界对系统做功数值上相同,系统温度上升数值相同,内能改变相同
(2)实验结论:在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态1变为状态2,所需外界做功的数量是相同的。也就是说,要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定,而与做功的 方式 无关。
微探究1 下图是古人钻木取火的假想图,在钻木取火的过程中,为什么木块能够冒烟并最终能够生火,试从物理学角度进行解释。
提示:钻木取火的过程是对木块进行做功的过程,木块内能的增加来源于外界对木块做的功。
二、功与内能的改变
1.内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于
系统自身 状态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把它称为系统的内能。
2.功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即 W=ΔU 。
微判断 (1)系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程。( )
(2)在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就能增加多少。
( )
(3)擦划火柴,火柴头着火,是通过做功改变了物体的内能。
( )
(4)电流通过导体,导体发热,是通过做功改变了物体的内能。
( )
×
√
√
√
三、 热与内能的改变
1.热量:它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
2.热和内能改变的关系:在单纯的传热的过程中,当系统从状态1达到状态2时,内能的变化量ΔU=U2-U1= Q 。
微探究2 某同学做了一个小实验:先把空的
烧瓶放入冰箱冷冻,一小时后取出烧瓶,并迅
速把一个气球紧密地套在瓶颈上,然后将烧
瓶放进盛满热水的桶里,气球逐渐膨胀起来。
(1)烧瓶内空气的内能增加了还是减少了
(2)请解释气球膨胀的原因。
提示:(1)增加了。
(2)由于热水的温度较高,将烧瓶放进盛满热水的桶里,气体吸收热量,内能增加,温度升高,体积增大,逐渐膨胀起来。
课堂·重难突破
重难归纳
1.内能:物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和分子势能之和。
(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积,因此物体的内能是一个状态量。
一 对功与内能改变的理解
(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中,状态发生的变化是由于做功造成的,伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化,系统自身的能量称为内能。
(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关,与做功的数量有关。
(4)内能是状态量,由物体的状态、温度、体积、质量决定。
2.(1)做功与内能变化的关系:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W,用公式表示为ΔU=U2-U1=W。
(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关,与做功的过程、方式无关。
(3)功和内能的区别。
①功是过程量,内能是状态量。
②在绝热过程中,做功一定能引起内能的变化。
③物体的内能大,并不意味着做功多,在绝热过程中,只有变化较大时,对应着做功较多。
打气筒是日常生活中的工具,当我们用打气筒
给自行车打气的时候,就是在克服气体压力和
摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下
打气筒的外壳,有什么感觉 如何解释
提示:外壳温度升高。打气过程中,压缩气体
做功,使系统的内能增加,温度升高。
典例剖析
如图所示,柱形容器内封有一定质量的空气,质
量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料
制成。另有质量为m0的物体从活塞上方的A点
自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中,下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系正确的是( )
A.m0gh+mgΔh=ΔU+W B.ΔU=W,W=m0gh+mgΔh
C.ΔU=W,WC
解析:物体与活塞碰撞时有机械能损失,因此物体和活塞重力势能的减少量大于气体内能的增加量;根据功与内能增加量的关系可知,外界对气体所做的功W与空气内能的变化量相等,因此ΔU=W,W规律总结 分析绝热过程的方法 1.在绝热的情况下,若外界对系统做正功,系统内能增加,ΔU为正值;若系统对外界做正功,系统内能减少,ΔU为负值。此过程做功的多少为内能转化多少的量度。 2.在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量,气体的初、末状态确定了,即在初、末状态的内能也相应地确定了,内能的变化ΔU也确定了。而功是能量转化的量度,所以ΔU=W,即W为恒量,这也是判断绝热过程的一种方法。
学以致用
(多选)下图为焦耳实验装置图,用绝热性能良好的材料将容器包好,重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高。关于这个实验,下列说法正确的是( )
A.这个装置可测定重物机械能的改变
与水的内能改变的比值
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的,无区别
AC
解析:将做功过程和吸热过程在同等条件下比较,可测出重物机械能的改变与水的内能改变的比值,故选项A正确;做功增加了水的内能,热量只是热传递过程中内能改变的量度,故选项B错误,C正确;功是能量转化的量度,而热量是热传递过程中内能转移的量度,可见功和热量含义是不同的,选项D错误。
重难归纳
1.热传递。
(1)热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,叫作热传递。
(2)热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。
2.热传递的实质。
热传递实质上传递的是能量,结果是改变了系统的内能,传递能量的多少用热量来量度。
二 对热与内能改变的理解
3.传递的热量与内能改变的关系。
(1)在单纯热传递中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增加多少,即Q吸=ΔU。
(2)在单纯热传递中,系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少,即Q放=-ΔU。
4.改变内能的两种方式的比较。
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少 物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能上的效果是相同的
“围炉夜话”是古代中国文人认为非常有生活情趣的一种活动。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖 现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点
提示:炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
典例剖析
(多选)一铜块和一铁块质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则( )
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时,两者的温度相等
ACD
解析:热平衡条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,因此选项A、C、D正确,B错误。
规律总结 热量和内能的关系 1.热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,因此不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少热量。 2.在系统与外界只发生热传递时,系统吸收多少热量,系统内能就增加多少;系统放出多少热量,系统内能就减少多少。
学以致用
关于物体的内能和热量,下列说法正确的有( )
A.热水的内能比冷水的内能多
B.温度高的物体其热量必定多,内能必定大
C.在热传递过程中,内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等
D.在热传递过程中,热量从高温物体传递到低温物体,直到两物体的温度相同为止
答案:D
解析:物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温度决定,故选项A、B错误;在热传递过程中,热量由高温物体传给低温物体,而与物体的内能大小无关,所以完全有可能是内能大的物体内能增大,内能小的物体内能减小,故选项C错误,D正确。
随堂训练
1.关于热传递,下列说法正确的是( )
A.热传递是温度的传递
B.物体的内能发生了改变,一定是吸收或放出了热量
C.热传递可以在任何情况下进行
D.物体间存在着温度差,才能发生热传递
答案:D
解析:热传递的实质是能量的传递,故选项A错误;物体的内能发生了改变,可能是由于发生了热传递,也可能是由做功导致的,故选项B错误;热传递必须在有温度差的情况下进行,故选项C错误;物体间存在着温度差,才能发生热传递,故选项D正确。
2.对内能的理解,下列说法正确的是( )
A.系统的内能是由系统的状态决定的
B.做功可以改变系统的内能,但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
C.不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D.1 g 100 ℃水的内能大于1 g 100 ℃水蒸气的内能
答案:A
解析:系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以是由系统的状态决定的,故选项A正确;做功和热传递都可以改变系统的内能,故选项B错误;质量和温度相同的氢气和氧气的分子平均动能相同,但它们的物质的量不同,内能不同,故选项C错误;在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中,分子间距离变大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大,所以1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100 ℃水蒸气的内能,故选项D错误。
3.对于热量、功和物体的内能这三个物理量,下列叙述正确的是( )
A.热量、功、内能三者的物理意义相同
B.热量和功都可以作为物体内能的量度
C.热量、功、内能的单位肯定不相同
D.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体的状态决定的
答案:D
解析:热量、功和内能是三个不同的物理量,它们的物理意义不同,故选项A错误;功与热量都是能量转化的量度,都可以作为物体内能变化的量度,但不是物体内能的量度,故选项B错误;热量、功和内能的单位相同,都是焦耳,故选项C错误;功和热量是由过程决定的,内能是由物体的状态决定的,故选项D正确。
4.(多选)关于物体内能,下列说法正确的是( )
A.将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体内能增大的
B.阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体内能的
C.物体在空中自由下落是用做功来增加物体内能的
D.拉弯的弓把箭射出去,箭在空气中飞行的过程中,内能增加
答案:BD
解析:将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体机械能增大的,与内能无关,故选项A错误。阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体内能的,故选项B正确。物体在空中自由下落,重力做功,增加动能,与内能无关,故选项C错误。拉弯的弓把箭射出去,箭在空气中飞行的过程中,克服空气阻力做功,内能增加,故选项D正确。
5.在绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,下列说法正确的是
( )
A.气体内能一定增加20 J
B.气体内能增加必定小于20 J
C.气体内能增加可能小于20 J
D.气体内能可能不变
答案:A
解析:做功的过程是能量转化的过程,在绝热过程中,外界对气体做多少功,气体内能就增加多少,选项A正确。(共44张PPT)
2 热力学第一定律
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
模型方法·素养提升
素养 目标定位
目 标 素 养
1.理解热力学第一定律及其表达式。
2.学会运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。
3.能利用热力学第一定律进行相关计算。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、热力学第一定律
1.改变内能的两种方式。
做功与热传递。两者在改变系统内能方面是 等效 的。
2.热力学第一定律。
(1)内容:一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式: ΔU=Q+W 。
微思考 物体的内能不变,能否说明外界既没有对物体做功,也没有发生热传递
提示:不能。可能是外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。
二、 热力学第一定律的应用
1.对公式ΔU=Q+W符号的规定。
2.应用热力学第一定律解题的一般步骤。
(1)首先应明确研究对象是哪个物体(或系统)。
(2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量,外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。
(3)根据热力学第一定律ΔU=Q+W列出方程进行求解。
(4)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况。
微判断 (1)系统内能增加,一定是系统从外界吸收了热量。
( )
(2)系统从外界吸收热量5 J,内能可能增加5 J。( )
(3)系统内能减少,一定是系统对外界做了功。( )
(4)气体被压缩的过程中,外界对气体做功,则气体内能一定增加。( )
(5)物体与外界不发生热交换,物体的内能也可能变化。( )
×
√
×
×
√
课堂·重难突破
重难归纳
1.热力学第一定律的理解。
热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况,因此为了区别以上两种情况,在应用ΔU=Q+W进行计算时,应注意它们的正、负号。
(1)外界对系统做功,W>0,即W为正值;系统对外界做功,也就是外界对系统做负功,W<0,即W为负值。
热力学第一定律的理解及应用
(2)外界对系统传递热量,也就是系统从外界吸收热量,Q>0,即Q为正值;外界从系统吸收热量,也就是系统向外界放出热量,Q<0,即Q为负值。
(3)系统内能增加,ΔU>0,即ΔU为正值;系统内能减少,ΔU<0,即ΔU为负值。
2.热力学第一定律的几种典型应用。
(1)若过程是绝热的,即Q=0,则W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量。
(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量。
(3)若过程中物体的始、末内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量。
如图所示,消防车停于水平地面,在缓
慢放水的过程中,若车胎不漏气且胎
内气体温度不变,不计分子间的势能,
试分析气体的吸、放热情况。
提示:由于车胎内气体温度不变,故气体分子的平均动能不变,内能不变。放水过程中气体体积增大,对外做功,由热力学第一定律可知,车胎内气体吸热。
典例剖析
1.(多选)如图所示,质量为m的活塞
将一定质量的理想气体封闭在汽缸
内,活塞与汽缸之间无摩擦,a状态是
汽缸放在冰水混合物中气体达到的
平衡状态,在活塞上加一质量为m的
砝码,经过Ⅰ过程达到b平衡状态,再
将汽缸从容器中移出后,经过过程Ⅱ在室温(27 ℃)中达到c平衡状态,已知大气压强保持不变。
下列说法正确的是( )
A.过程Ⅰ中理想气体从外界吸收热量
B.过程Ⅱ中理想气体从外界吸收热量
C.c状态与a状态相比,c状态的气体对活塞的作用力较大
D.理想气体在b状态的内能大于在a状态的内能
答案:BC
解析:过程Ⅰ中外界对气体做功,即W>0,温度不变,内能不变,即ΔU=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得Q<0,所以理想气体放出热量,故A错误;过程Ⅱ中理想气体对外做功,即W<0,从0 ℃的环境中移到室温(27 ℃)中,温度升高,内能增大,即ΔU>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得Q>0,所以理想气体从外界吸收热量,故B正确;根据平衡条件得p0S+mg=pS,可知c状态气体的压强大于a状态气体的压强,所以c状态的气体对活塞的作用力较大,故C正确;理想气体在b状态的温度等于在a状态的温度,根据理想气体的内能只与温度和分子个数有关,所以理想气体在b状态的内能等于在a状态的内能,故D错误。
2.一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量,同时气体对外做了6×105 J的功。
(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
答案:(1)减少 1.8×105 J (2)增加 (3)减少
解析:(1)气体从外界吸收的热量为Q=4.2×105 J
气体对外做功W=-6×105 J
由热力学第一定律得ΔU=W+Q=(-6×105 J)+4.2×105 J
=-1.8×105 J
ΔU为负,说明气体的内能减少了,气体内能减少了1.8×105 J。
(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,
所以气体分子的平均动能一定减少了。
特别提醒 1.当做功和热传递同时发生时,物体的内能可能增加,也可能减小,还可能保持不变。 2.物体内能发生变化可能是由做功引起的,也可能是由热传递引起的,还可能是两者共同作用的结果。
学以致用
(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图像如图所示。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
AD
解析:由p-T图像可知过程ab是等容变化,温度升高,内能增加,体积不变,由热力学第一定律可知过程ab一定吸热,选项A正确;过程bc温度不变,即内能不变,由于过程bc体积增大,所以气体对外做功,由热力学第一定律可知,气体一定吸收热量,选项B错误;过程ca压强不变,温度降低,内能减少,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知,放出的热量一定大于外界对气体做的功,选项C错误;温度是分子平均动能的标志,由p-T图像可知,a状态气体温度最低,则平均动能最小,选项D正确。
模型方法 素养提升
热力学第一定律在理想气体状态变化中的应用——科学思维培养
方法归纳
1.理想气体状态变化的几种特殊情况。
(1)绝热过程:Q=0,则ΔU=W,系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或系统对外界)做的功。
(2)等容过程:W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加(或减少)量等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量。
(3)等温过程:一定质量理想气体的内能不变,即ΔU=0,则W=
-Q(或Q=-W),外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。
2.判断气体是否做功的方法。
一般情况下看气体的体积是否变化。
(1)若气体体积增大,表明气体对外界做功,W<0。
(2)若气体体积减小,表明外界对气体做功,W>0。
3.热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路。
(1)利用体积的变化分析做功情况。气体体积增大,气体对外界做功;气体体积减小,外界对气体做功。
(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关,温度升高,内能增加;温度降低,内能减少。
(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。
由热力学第一定律ΔU=W+Q,则Q=ΔU-W,若已知气体的做功情况和内能的变化情况,即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。
如图所示,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。说明该部分气体在自由扩散和被压缩过程中,气体对外做功和内能变化的情况。
提示:气体向真空膨胀时不受阻碍,气体不对外做功,气体被压缩的过程中,气体对外界做负功。
气体向真空膨胀时不受阻碍,气体不对外做功,由于汽缸是绝热的,没有热交换,所以气体扩散后内能不变,气体被压缩的过程中,气体对外做负功,且没有热交换,根据热力学第一定律,气体的内能增大。
典例剖析
一定质量的理想气体,状态在A→B→C→D→A过程中的变化可用如图所示的p-V图线描述,其中DA为等温线,气体在状态A时温度为TA=300 K。
(1)求气体在状态C时的温度TC。
(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J,
则在A→B过程中气体内能如何变化
变化了多少
答案:(1)375 K (2)气体内能增加了400 J
解析:(1)DA为等温线,则TD=TA=300 K
(2)气体由A到B为等压变化,
则W=-pΔV=-2×105×3×10-3 J=-600 J
由热力学第一定律得ΔU=Q+W=1 000 J-600 J=400 J
气体内能增加了400 J。
规律总结 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题要做好两类分析。
学以致用
(多选)如图所示,由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦,活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体,由于虹吸现象,活塞上方液体逐渐流出。在此过程中,大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程,下列说法正确的是( )
A.汽缸内气体的内能保持不变
B.汽缸内气体的内能不断减小
C.气体对外界做的功大于气体从外界吸收的热量
D.气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量
AD
解析:被封闭气体温度不变,故汽缸内气体的内能保持不变,选项A正确,B错误;温度不变,内能不变,体积增大,对外做功,根据ΔU=W+Q,可知气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量,选项D正确,C错误。
随堂训练
1.关于热力学定律,下列说法正确的是( )
A.气体吸热后温度一定升高
B.对气体做功,气体内能一定发生改变
C.理想气体等压膨胀过程一定放热
D.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
答案:D
解析:气体吸收热量,同时对外做功,如二者相等,则内能可能不变,所以气体吸热后温度不一定升高,选项A错误;做功和热传递都能改变内能,若对气体做功,气体同时释放热量,则内能可能不变,选项B错误;根据理想气体的状态方程可知,理想气体等压膨胀过程中压强不变,体积增大,则气体的温度一定升高,所以气体的内能增大,吸收热量,选项C错误;根据热平衡定律可知,如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡,选项D正确。
2.若某种理想气体初态时具有200 J内能,膨胀过程中对外做功50 J,同时吸收了30 J的热量。则气体末状态的内能为
( )
A.280 J B.230 J
C.220 J D.180 J
答案:D
解析:根据热力学第一定律可知U2=U1+W+Q=200 J-50 J+30 J =180 J,故选项D正确,A、B、C错误。
3.一定质量的理想气体(不计分子势能),可能发生的过程是
( )
A.气体等温压缩,气体内能增大
B.气体等容放热,气体压强减小
C.气体等容吸热,气体温度不变
D.气体等温膨胀,气体内能减少
答案:B
解析:气体等温压缩,温度不变,则气体内能不变,选项A错误;气体等容放热,则W=0,Q<0,根据ΔU=W+Q,则ΔU<0,温度降低,根据 =C可知,气体压强减小,选项B正确;气体等容吸热,则W=0,Q>0,根据ΔU=W+Q,则ΔU>0,温度升高,选项C错误;气体等温膨胀,温度不变,则气体内能不变,选项D错误。
4.(多选)一封闭容器中装有一定质量的理想气体,当气体被压缩时(容器壁与外界没有热量交换)( )
A.气体对外界做功 B.气体内能不变
C.气体温度升高 D.气体压强增大
答案:CD
解析:当气体被压缩时,外界对气体做功,即W>0;因容器壁与外界没有热量交换,则Q=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,ΔU>0,即气体内能增加,温度升高;根据 =C可知,V减小,T变大,则压强p变大,故选项C、D正确,A、B错误。
5.一定质量的理想气体,状态由a变到b,再由b变到c,其压强和体积的关系如图所示,根据p- 图像,下列说法正确的是
( )
A.由a变到b,温度升高,放热
B.由a变到b,温度降低,放热
C.由b变到c,温度不变,放热
D.由b变到c,温度不变,吸热
答案:C
解析:由a变到b,气体发生等容变化,压强增大,根据查理定律可知,气体温度升高,则内能增大,再根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,因气体不做功,内能增大,则气体吸热,故选项A、B错误;由b变到c,由题图可知,气体发生等温变化,温度不变,内能不变,体积减小,则外界对气体做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体放热,故选项C正确,D错误。(共33张PPT)
3 能量守恒定律
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.历经能量守恒探索足迹,体验能量守恒观念的形成。
2.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
3.理解第一类永动机是不可能制成的。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、探索能量守恒的足迹
1.人类对能量的认识。
(1)各种运动形式都有对应的能,机械运动有 机械能 ,分子的热运动有 内能 ,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能,通过做功可以 相互转化 。利用电炉取暖或烧水,电能转化为 内能 ;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度升高,机械能转化为内能。
2.能量守恒观念的形成。
很多科学家对能量守恒观念的形成,做出了重要贡献。
(1)俄国化学家盖斯发现在化学反应中放出的热量与反应步骤无关。
(2)英国物理学家焦耳精确地测量了做功与传热之间的等价关系。
(3)德国医生迈尔表述了能量守恒定律。
(4)德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。
微训练1 判断下图分别是哪几种能量之间的相互转化。
答案:(1)风能转化为电能
(2)电能转化为内能
(3)光能转化为电能
(4)电能转化为光能
二、 能量守恒定律
1.内容: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其他形式,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。
2.意义。
(1)各种形式的能可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
微判断 (1)各种能量之间可以转移或转化,但能量总量保持不变。( )
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。( )
√
×
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地对外
做功 的机器。
2.第一类永动机不可能制成的原因:违背了 能量守恒 定律。
3.意义:正是前人在探索永动机过程中的失败才使后人的思考走上了正确的道路。
微训练2 第一类永动机不能制成的原因是( )
A.违反了热力学第一定律
B.违反了机械能守恒定律
C.违反了能量守恒定律
D.以上说法都不对
答案:C
课堂·重难突破
重难归纳
1.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的,例如,物体的机械能守恒,必须是只有重力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。
对能量守恒定律的理解
2.能量守恒定律的重要意义。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物,大到宇宙天体,小到原子核内部,只要有能量转化,就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术,这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量,如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用,都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
3.能量守恒的两种表达。
(1)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。
(2)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。
4.永动机不可能制成。
(1)第一类永动机违背了能量守恒定律,所以不可能制成。
(2)第一类永动机不可能制成的原因分析。
如果没有外界热源供给热量,则有U2-U1=W,就是说,如果系统内能减少,即U2有一种所谓“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。这是不是一种永动机 如果不是,维持表针走动的能量是从哪来的
提示:这不是永动机。手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动,手表指针就会停止走动。
典例剖析
在焦耳实验中,质量为6 kg的钩码下落2 m的距离,重复实验25次,使一轮桨叶旋转起来以搅动0.6 kg的水,若水的初始温度为15 ℃,问实验后水的温度升高到多少
答案:16.2 ℃
解析:钩码下落25次,提供的能量为E=25mgh
由Q=cmΔt=E可得,水升高的温度为
故水的温度为t=t0+Δt=16.2 ℃。
规律总结 利用能量守恒定律解题的方法 在应用能量守恒定律处理问题时,首先要弄清系统有多少种能量相互转化,分析哪种形式的能量增加了,哪种形式的能量减少了;或者弄清哪个物体的能量增加,哪个物体的能量减少,增加量等于减少量。
学以致用
某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率,制作了一直径为0.2 m的0 ℃的冰球,在环境温度为0 ℃时,用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧测力计下放在太阳光中。经过40 min后弹簧测力计示数减少了3.49 N。请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一单位面积上的辐射功率。冰的熔化热为3.35×105 J/kg,g取9.8 N/kg。
答案:1.58×103 W/m2
解析:冰球熔化掉重力为3.49 N的过程中需要吸收的能量
此热量就是太阳在40 min内照射在直径为0.2 m的冰球上的热量,设太阳垂直照在单位面积上的辐射功率为P,
随堂训练
1.有关能量守恒定律,下列说法正确的是( )
A.只适用于机械能与内能的相互转化
B.只适用能量转化过程
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律
D.根据能量守恒定律,宇宙中的能量总和不变
答案:D
解析:能量守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律,适用于一切能量和一切物理过程,故选项D正确,A、B、C错误。
2.(多选)下列关于能量转化现象的说法正确的是( )
A.用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B.电灯发光是电能转化为光能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能
答案:AB
解析:用太阳灶烧水是太阳能转化为内能,选项A正确;电灯发光是电能转化为光能,选项B正确;核电站发电是核能转化为电能,选项C错误;生石灰放入凉水中,水温升高是化学能转化为内能,选项D错误。
3.下面几幅图中,有关功与内能的说法正确的是( )
A.图甲中迅速下压活塞,棉花会燃烧起来,说明热传递可以使物体的温度升高
B.图乙中重物下落带动叶片
转动,由于叶片向水传递热
量而使水的温度升高
C.图丙中降落的重物使发
电机发电,电流对水做功使水的温度升高
D.做功和热传递都可以使物体的内能增加
D
解析:题图甲中迅速下压活塞,棉花会燃烧起来,说明做功可以改变物体的内能,使物体的温度升高,选项A错误;题图乙中重物下落带动叶片转动,由于叶片对水做功而使水的温度升高,选项B错误;题图丙中降落的重物使发电机发电,电流通过导体产生热量,向水传递热量使水的温度升高,选项C错误;做功和热传递都可以使物体的内能增加,选项D正确。
4.(多选)如图所示,长木板A放在光滑的水平地面上,物体B以水平速度v0冲上A后,由于摩擦力作用,最后停止在木板A上,则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中,下列说法正确的是( )
A.物体B动能的减少量等于系统损失的机械能
B.物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量
C.物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和
D.摩擦力对物体B做的功和对木板A
做的功的总和等于系统内能的增加量
CD
解析:物体B以水平速度冲上木板A后,由于摩擦力作用,B减速运动,木板A加速运动,根据能量守恒定律,物体B动能的减少量等于木板A增加的动能和产生的热量之和,故选项A错误;根据动能定理,物体B克服摩擦力做的功等于物体B损失的动能,故选项B错误;由能量守恒定律可知,物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和,故选项C正确;摩擦力对物体B做的功等于物体B动能的减少量,摩擦力对木板A做的功等于木板A动能的增加量,由能量守恒定律,摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量,故选项D正确。
5.如图所示,一太阳能集热箱里面封闭着一定质量的气体,集热板作为箱的活塞且正对着太阳,其面积为S。在时间t内集热箱里气体膨胀对外做的功数值为W,其内能增加了ΔU,已知照射到集热板上太阳光的能量有50%被箱内气体吸收。
(1)这段时间内集热箱中气体共吸收的热量为
。
(2)此位置太阳光在垂直集热板单位面积上的
辐射功率为 。
解析:(1)设这段时间内集热箱里气体共吸收的热量为E,
根据热力学第一定律得
E-W=ΔU,得到E=W+ΔU。(共47张PPT)
4 热力学第二定律
课前·基础认知
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随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。具有方向性的过程是不可逆的。
2.理解热力学第二定律的两种表述,并能用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因。
3.学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、热力学第二定律
1.热力学第二定律的克劳修斯表述。
(1)热传导的方向性。
①热量可以自发地由高温物体传给低温物体。
②热传导过程是有 方向性 的。热量不能自发地由低温物体传给高温物体。
(2)热力学第二定律的克劳修斯表述。
热量不能 自发地 从低温物体传到高温物体。
2.热力学第二定律的开尔文表述。
(1)热机。
①热机工作的两个阶段。
第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的化学能变成工作物质的
内能 。
第二个阶段是工作物质对外 做功 ,把自己的内能变成机械能。
②热机的效率:热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值。用公式表示:η= 。
(2)热力学第二定律的开尔文表达。
不可能从 单一热库 吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。
微探究 河水只能从高处流向低处,不会自动地从低处流向高处。成语“覆水难收”指的是一盆水泼出去后是不可能再倒回盆中的。下落的石头也不会把内能自动转化为动能,使自己重新飞上去。
(1)这些现象说明什么道理 (2)能否使这些现象逆向进行 (3)传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”
提示:(1)这些现象说明自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。(2)可以使这些现象逆向进行,但不是自发地,必须有第三者的介入。(3)传热的方向性是指“热量不能自发地从低温物体传到高温物体”,在有第三者介入时,热量会从低温物体传给高温物体。传热的方向性不能简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”。
二、能源是有限的
1.能量耗散:能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有
方向性 。我们使用的能源最后都转化成了内能,能源消耗使得周围环境升温,根据热力学第二定律,这些能量再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。
2.能源:指具有高品质的容易利用的储能物质,例如石油、天然气、煤等。
3.能源的使用:能源的使用过程中虽然总量保持守恒,但能量的 品质 下降了。虽然能量总量不会减少,但能源会逐步减少,因此能源是有限的资源。
微思考 能量耗散的说法与能量守恒定律是互相矛盾的吗
提示:不矛盾。能量耗散的过程中能量向品质低的内能转变,但是总的能量是守恒的,能量不能凭空产生,也不能凭空消失,但有方向性,所以能量耗散与能量守恒不矛盾。
课堂·重难突破
重难归纳
1.在热力学第二定律的表述中,“自发地”“不可能”“不产生其他影响”的含义如下。
(1)“自发地”:指热量从高温物体传给低温物体的方向性。在传递过程中不需要借助其他物体提供能量。
一 对热力学第二定律的理解
(2)“不可能”:热机或制冷机系统工作时,除了从单一热库吸收热量对外做功,以及热量从低温热库传到高温热库以外,过程所产生的其他一切影响,不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。
(3)“不产生其他影响”: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.热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述的对比。
项目 克劳修斯表述 开尔文表述
作用 阐述了传热的方向性。传热的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行,但相反方向却不能自发地进行,这是一个不可逆过程 阐述了机械能与内能转化的方向性。机械能可以全部转化为内能,而内能无法全部用来做功以转化成机械能
项目 克劳修斯表述 开尔文表述
等价
性和
实质 如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。不管如何表述,热力学第二定律的实质都是相同的,即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
举例 ①传热过程的方向性;②扩散现象的方向性;③机械能和内能转化的方向性;④气体向真空中自由膨胀的方向性;⑤电能和内能转化的方向性
3.热力学第二定律与热力学第一定律的比较。
定律 热力学第一定律 热力学第二定律
区别 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现,否定了创造能量和消灭能量的可能性,从而否定了第一类永动机 热力学第二定律是关于在有限空间和时间内,一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性的经验总结,从而否定了第二类永动机
联系 两者都是热力学基本定律,分别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,二者相互独立,又相互补充,都是热力学的理论基础
1821年,德国物理学家塞贝克发现了一
种怪现象:把两根铜丝和一根铁丝与灵
敏电流计串联成闭合电路,然后把铜丝
与铁丝的一个连接点放在盛有冰水混
合物的容器里保持低温,另一个连接点
放在火焰上加热,升到很高的温度时,发现灵敏电流计的指针发生了偏转,表明闭合电路中产生了电流,这就是温差发电现象。这一实验是否违反热力学第二定律 简述这一过程中能的转化情况。
提示:不违反,内能不可能全部转化为电能,而不产生其他影响;产生的电能是由被火焰加热的金属丝的内能转化而来,其内能一部分转化为电能,一部分传递给冰水混合物。
典例剖析
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.电流流过导体,电能转化为内能,反过来,可将内能收集起来,再转化成同样多的电能而不产生其他影响
C.可以做成一种热机,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
答案:C
解析: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,但并没有否定以特殊方式利用能量的可能性,故选项A错误;功和内能的转化具有方向性,其逆过程是不可能自发实现的,故选项B错误;只要不要求吸收的热量全部用来做功而不产生其他影响,可以做成一种热机,由热源吸取一定热量而对外做功,故选项C正确;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,故选项D错误。
规律方法 利用热力学第二定律解题三要点 1.明确热力学第二定律的两种表述是等效的。其实质是自然界中进行的所有涉及热现象的宏观物理过程都具有方向性。 2.特别注意“不产生其他影响”和“产生其他影响”。热量可以从低温物体传到高温物体,但要产生其他影响。 3.热机的效率总是小于1,因为它总要向低温热库散热。
学以致用
(多选)根据热力学第二定律,下列说法正确的是( )
A.热机中燃料燃烧产生的热量不可能全部变成机械能
B.电能不可能全部转化成内能
C.在火力发电机中,燃料燃烧产生的热量不可能全部转化成电能
D.在热传递中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
答案:ACD
解析:凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。无论采用任何设备和手段进行能量转化,热机的效率不可能达到100%,故热机中燃料燃烧产生的热量不能全部转化为机械能,故选项A正确;火力发电机发电时,能量转化的过程为内能→机械能→电能,因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃料燃烧产生的热量必然不能全部转化为电能,故选项C正确;热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行,必须借助外界的帮助,结果会带来其他影响,这正是热力学第二定律的克劳修斯表述的主要思想,故选项D正确。
重难归纳
1.热机。
(1)热机:热机是把内能转化成机械能的一种装置。如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能;内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。
二 热机与第二类永动机的分析
(2)热机的工作原理。
工作物质从热库吸收热量Q1,推动活塞做功W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。
(3)热机的效率。
热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的
2.第二类永动机。
(1)第二类永动机:只从单一热库吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
(2)第二类永动机不可能制成。
这类机器虽然不违背能量守恒定律,但因为机械能和内能的转化过程是有方向性的,热机工作时从高温热库吸收的热量Q,只有一部分用来做功W,转变为机械能,另一部分热量要排放给低温热库。也就是说,热机在工作过程中必然排出部分热量,热机用于做功的热量仅是它从高温热库吸收热量的一部分,绝不会是全部,所以第二类永动机是不可能制成的。
从上面的分析可知,即使没有任何漏气、摩擦、不必要机体热量损失,也总有W(3)热力学第二定律还可表述为第二类永动机不可能制成。
3.两类永动机的比较。
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计
要求 不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化)
不可能
的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
下图为国内某柴油机厂所产的单缸柴油
机,图中上方部分为水箱。热机工作时,内
能可以全部转化为机械能吗 为什么 水
箱所起的作用是什么
提示:柴油机工作时水箱所起的作用是作
为低温热库给热机快速降温,在内能向机械能转化的过程中,内能有一部分转移到低温热库,不可能全部转化为机械能。
典例剖析
(多选)关于第二类永动机,下列说法正确的是( )
A.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是第二类永动机
B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成
C.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能
D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化
AD
解析:根据所学的热机知识可知选项A正确;第二类永动机不违反能量守恒定律,但是违反热力学第二定律,所以选项B错误;机械能可以全部转化为内能,内能在引起其他变化时可以全部转化为机械能,选项C错误,D正确。
学以致用
下列说法正确的是( )
A.功可以完全转化为内能,而内能不可以完全转化为功
B.热机必须是具有两个热库,才能实现热功转化
C.热机的效率不可能大于1,但可能等于1
D.热机的效率必定小于1
答案:D
解析:热力学第二定律的开尔文表述没有排除内能可以完全转化为功,但必然要产生其他变化,选项A错误;热机不可能只有单一热库,但未必就是两个热库,可以具有两个以上热库,选项B错误;由η= 可知,只要Q2≠0,就有η≠1,如果Q2=0,则低温热库不存在,违背了热力学第一定律,选项C错误,D正确。
随堂训练
1.关于物体的内能和能量转化,下列说法正确的是( )
A.物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和
B.能量转化一定是从内能大的物体向内能小的物体转化
C.自由扩散是不可逆的
D.满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
答案:C
解析:物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能和分子势能的总和,选项A错误;能量通过做功由一个物体转移到另一物体,不一定是从内能大的物体转移到内能小的物体,选项B错误;与热现象有关的宏观现象都具有方向性,故选项C正确,D错误。
2.下列关于热力学定律的说法,正确的是( )
A.第二类永动机并没有违反能量守恒定律
B.热量只能从高温物体传到低温物体
C.晶体熔化的过程要吸收热量,因此分子的平均动能增大
D.一定质量的理想气体经历等容变化,气体吸收热量,其内能有可能减小
答案:A
解析:第二类永动机违反热力学第二定律,并没有违反能量守恒定律,故选项A正确;热量能自发地从高温物体传到低温物体,在外力做功的情况下,能从低温物体传到高温物体,故选项B错误;晶体熔化的过程要吸收热量,但温度不变,所以分子的平均动能不变,故选项C错误;一定质量的理想气体经历等容变化,则气体对外界不做功,有W=0,气体吸收热量,有Q>0,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q>0,所以其内能增大,故选项D错误。
3.下列说法正确的是( )
A.热量不能从低温物体传到高温物体
B.第二类永动机不能制成,因为违背能量守恒定律
C.气体向真空的自由膨胀是不可逆的,故无法把膨胀后的气体恢复到原来的体积
D.即使没有任何漏气、摩擦、不必要的散热等损失,热机的效率也不会是100%
答案:D
解析:热量可以自发地从高温物体传到低温物体,在外力做功的情况下,热量可以从低温物体传到高温物体上,故选项A错误;第二类永动机不能制成,因为违背热力学第二定律,但没有违背能量守恒定律,故选项B错误;气体向真空的自由膨胀是不可逆的,但通过外力作用,可以把膨胀后的气体恢复到原来的体积,故选项C错误;由热力学第二定律可知,即使没有摩擦、漏气和不必要的散热等损失,热机的效率也不能达到100%,故选项D正确。
4.(多选)根据热力学定律,下列说法正确的是( )
A.科技的进步可以使内燃机成为单一热库的热机
B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递
D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机
答案:BC
解析:不可能从单一热库吸热全部用来对外做功而不引起其他变化,选项A错误;空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量,因为电能也部分转化为热能,选项B正确;热量可以从低温物体向高温物体传递,但要引起其他变化,选项C正确;对能源的过度消耗将形成能源危机,但自然界的总能量守恒,选项D错误。
5.关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是
( )
A.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
B.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和传热一定会改变内能
D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热库吸收热量,完全变成功也是可能的
答案:D
解析:第一类永动机违反能量守恒定律,选项A错误;第二类永动机违反热力学第二定律,选项B错误;由热力学第一定律可知当W≠0,Q≠0时,ΔU=W+Q可以等于0,选项C错误;由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的,但一定会产生其他影响,选项D正确。
