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慶云第一中學課堂導學案
熱力學定律
高三物理 編號：11-5 日期： 姓名：
考點一　熱力學第一定律與能量守恒定律
1.熱力學第一定律
(1)內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的 與外界對它 的和.
(2)表達式：ΔU＝ .
(3)ΔU＝Q＋W中正、負號法則.
2.能量守恒定律：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變.
ΔU＝Q＋W的三種特殊情況
過程名稱 公式 內能變化 物理意義
絕熱 Q＝0 ΔU＝W 外界對物體做的功等于物體內能的增加
等容 W＝0 Q＝ΔU 物體吸收的熱量等于物體內能的增加
等溫 ΔU＝0 W＝－Q 外界對物體做的功等于物體放出的熱量
例1.下列說法正確的是(　　)
A.物體放出熱量，其內能一定減小
B.物體對外做功，其內能一定減小
C.物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加
D.物體放出熱量，同時對外做功，其內能可能不變
例2.某駕駛員發現中午時車胎內的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大.若這段時間胎內氣體質量不變且可視為理想氣體，那么(　　)
A.外界對胎內氣體做功，氣體內能減小 B.外界對胎內氣體做功，氣體內能增大
C.胎內氣體對外界做功，內能減小 D.胎內氣體對外界做功，內能增大
例3.木箱靜止于水平地面上，現在用一個80N的水平推力推動木箱前進10m，木箱受到的摩擦力為60N，則轉化為木箱與地面系統的內能U和轉化為木箱的動能Ek分別是(　　)
A.U＝200J，Ek＝600J B.U＝600J，Ek＝200J C.U＝600J，Ek＝800J D.U＝800J，Ek＝200J
例4.一定質量的氣體，在從狀態1變化到狀態2的過程中，吸收熱量280J，并對外做功120J，試問：
(1)這些氣體的內能發生了怎樣的變化？
(2)如果這些氣體又返回原來的狀態，并放出了240J的熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做功多少？
考點二　熱力學定律與氣體實驗定律的綜合
二、判斷物體內能變化的方法
1.當做功和熱傳遞兩種過程同時發生時，內能的變化就要用熱力學第一定律進行綜合分析；
2.做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外界做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正；理想氣體向真空自由膨脹，與外界互不做功；
3.與外界絕熱，則不發生熱傳遞，此時Q＝0；
4.如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，主要體現在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發生了變化.
例3.如圖1，一定質量的理想氣體，由狀態a經過ab過程到達狀態b或者經過ac過程到達狀態c.設氣體在狀態b和狀態c的溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac.則________.(填選項前的字母)
A.Tb＞Tc，Qab＞Qac B.Tb＞Tc，Qab＜Qac
C.Tb＝Tc，Qab＞Qac D.Tb＝Tc，Qab＜Qac
例4.我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過七千米，再創載人深潛新紀錄.在某次深潛實驗中，“蛟龍”號探測到990m深處的海水溫度為280K.某同學利用該數據來研究氣體狀態隨海水深度的變化.如圖2所示，導熱良好的汽缸內封閉一定質量的氣體，不計活塞的質量和摩擦，汽缸所處海平面的溫度T0＝300K，壓強p0＝1atm，封閉氣體的體積V0＝3m3.如果將該汽缸下潛至990m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體.
①求990m深處封閉氣體的體積(1atm相當于10m深的海水產生的壓強).
②下潛過程中封閉氣體________(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量________(填“大于”或“小于”)外界對氣體所做的功.
例5.一定質量的理想氣體經歷了如圖3所示的abca循環過程，其中a→b過程氣體體積________(填“增大”“減小”或“不變”)，若c→a過程氣體放出熱量10J，則氣體經歷a→b→c過程內能的變化是______J.
考點三 對熱力學第二定律的理解及應用
1．在熱力學第二定律的表述中，“自發地”、“不產生其他影響”的涵義．
(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．
(2)“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．
2．熱力學第二定律的實質
熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．
3．熱力學過程方向性實例：
熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．
例6.熱機是一種把內能轉化為機械能的裝置，以內燃機為例，汽缸中的氣體得到燃料燃燒時產生的熱量Q1，推動活塞做功W，然后排出廢氣．同時把熱量Q2散發到大氣中，則下列說法正確的是(　　)
A．由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2 B．該熱機的效率為η＝
C．理想熱機效率可達到100% D．內能可以全部轉化為機械能而不引起其他變化
限時訓練（40分鐘）
1.(多選)下列說法中正確的是(　　)
A.布朗運動是指液體或氣體中懸浮微粒的無規則運動
B.氣體的溫度升高，每個氣體分子運動的速率都增大
C.一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加
D.只要能減弱氣體分子熱運動的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低
2．(多選)如圖9為某實驗器材的結構示意圖，金屬內筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣，內筒中有水，在水加熱升溫的過程中，被封閉的空氣(　　)
A.內能增大 B.壓強增大
C.分子間引力和斥力都減小 D.所有分子運動速率都增大
3.重慶出租車常以天然氣作為燃料，加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲氣罐內氣體體積及質量均不變，則罐內氣體(可視為理想氣體)(　　)
A.壓強增大，內能減小 B.吸收熱量，內能增大
C.壓強減小，分子平均動能增大 D.對外做功，分子平均動能減小
4.圖1為某種椅子與其升降部分的結構示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發生熱交換，在M向下滑動的過程中(　　)
A.外界對氣體做功，氣體內能增大 B.外界對氣體做功，氣體內能減小
C.氣體對外界做功，氣體內能增大 D.氣體對外界做功，氣體內能減小
5.如圖2所示，固定在水平面上的汽缸內封閉著一定質量的理想氣體，汽缸壁和活塞絕熱性能良好，汽缸內氣體分子間相互作用的勢能忽略不計，則以下說法正確的是(　　)
A.使活塞向左移動，汽缸內氣體對外界做功，內能減少
B.使活塞向左移動，汽缸內氣體內能增大，溫度升高
C.使活塞向左移動，汽缸內氣體壓強減小
D.使活塞向左移動，汽缸內氣體分子無規則運動的平均動能減小
6.(多選)一定量的理想氣體從狀態a開始，經歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態，其p－T圖象如圖5所示，下列判斷正確的是(　　)
A.過程ab中氣體一定吸熱
B.過程bc中氣體既不吸熱也不放熱
C.過程ca中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱
D.a、b和c三個狀態中，狀態a分子的平均動能最小
7.(多選)一定質量的理想氣體分別在T1、T2溫度下發生等溫變化，相應的兩條等溫線如圖7所示，T2對應的圖線上A、B兩點表示氣體的兩個狀態，則(　　)
A.溫度為T1時氣體分子的平均動能比T2時大
B.A到B的過程中，氣體內能增加
C.A到B的過程中，氣體從外界吸收熱量
D.A到B的過程中，氣體分子單位時間內對器壁單位面積上的碰撞次數減少
8.帶有活塞的汽缸內封閉一定量的理想氣體．氣體開始處于狀態a，然后經過過程ab到達狀態b或經過過程ac到達狀態c，b、c狀態溫度相同，如圖7所示．設氣體在狀態b和狀態c的壓強分別為pb和pc ，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則(　　)
A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，QabQac D．pb 9.(1)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，則在此過程中關于氣泡中的氣體，下列說法正確的是__________．(填寫選項前的字母)
A．氣體分子間的作用力增大 B．氣體分子的平均速率增大
C．氣體分子的平均動能減小 D．氣體組成的系統的熵增加
(2)若將氣泡內的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對外界做了0.6 J的功，則此過程中的氣泡________(填“吸收”或“放出”)的熱量是________ J．氣泡到達湖面后，溫度上升的過程中，又對外界做了0.1 J的功，同時吸收了0.3 J的熱量，則此過程中，氣泡內氣體內能增加了______ J.
10.如圖8所示，某種全自動洗衣機進水時，洗衣機缸內水位升高，與洗衣缸相連的細管中會封閉一定質量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力，從而控制進水量.將細管中密閉的空氣視為理想氣體，當洗衣缸內水位緩慢升高時，外界對空氣做了0.5J的功，則空氣________(填“吸收”或“放出”)了________的熱量.
11.]如圖8所示，厚度和質量不計、橫截面積為S＝10cm2的絕熱汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸內有一絕熱的“T”形活塞固定在桌面上，活塞與汽缸封閉一定質量的理想氣體，開始時，氣體的溫度為T0＝300K，壓強為p＝0.5×105Pa，活塞與汽缸底的距離為h＝10cm，活塞可在汽缸內無摩擦滑動且不漏氣，大氣壓強為p0＝1.0×105Pa.求：
(1)此時桌面對汽缸的作用力FN；
(2)現通過電熱絲給氣體緩慢加熱到T，此過程中氣體吸收熱量為Q＝7J，內能增加了ΔU＝5J，整過程活塞都在汽缸內，求T的值.
12．如圖所示，一太陽能空氣集熱器，底面及側面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積為V0，開始時內部封閉氣體的壓強為p0，經過太陽曝曬，氣體溫度由T0＝300 K升至T1＝350 K.
(1)求此時氣體的壓強．(2)保持T1＝350 K不變，緩慢抽出部分氣體，使氣體壓強再變回到p0.求集熱器內剩余氣體的質量與原來總質量的比值．判斷在抽氣過程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并簡述原因．
13．一U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時，管內汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內兩邊汞柱高度相等時為止。求此時右側管內氣體的壓強和活塞向下移動的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動的過程中，沒有發生氣體泄漏；大氣壓強p0＝75.0 cmHg。環境溫度不變。

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