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慶云第一中學(xué)課堂導(dǎo)學(xué)案
（設(shè)計(jì)者： 審核者： ）
高三物理 編號(hào)：11-6 日期： 姓名：
11-6熱力學(xué)定律（二）
考點(diǎn)三 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解及應(yīng)用
1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義．
(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．
(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．
2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)
熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．
3．熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例：
熱量不可能自發(fā)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(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程．
【例1】 圖2為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外．
(1)下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外
B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔?br/>C．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律
D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律
(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？
【例2】熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，以內(nèi)燃機(jī)為例，汽缸中的氣體得到燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后排出廢氣．同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到大氣中，則下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2
B．該熱機(jī)的效率為η＝
C．理想熱機(jī)效率可達(dá)到100%
D．內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化
【例3】如圖6所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片．輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)．離開(kāi)熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量
B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金自身
C．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高
D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量
【例4】帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體．氣體開(kāi)始處于狀態(tài)a，然后經(jīng)過(guò)過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b或經(jīng)過(guò)過(guò)程ac到達(dá)狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如圖7所示．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強(qiáng)分別為pb和pc ，在過(guò)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，QabC．pbQac D．pb 限時(shí)訓(xùn)練（40分鐘）
1.(1)若一氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中溫度保持不變，則在此過(guò)程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說(shuō)法正確的是__________．(填寫選項(xiàng)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(dòng)能減小
D．氣體組成的系統(tǒng)的熵增加
(2)若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中，對(duì)外界做了0.6 J的功，則此過(guò)程中的氣泡________(填“吸收”或“放出”)的熱量是________ J．氣泡到達(dá)湖面后，溫度上升的過(guò)程中，又對(duì)外界做了0.1 J的功，同時(shí)吸收了0.3 J的熱量，則此過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了______ J.
2．(1)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是(　　)．
A．教室內(nèi)看到透過(guò)窗子的“陽(yáng)光柱”里粉塵顆粒雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)
B．熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞，不可能由低溫物體傳給高溫物體
C．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0×105 J，若空氣向外界放出熱量1.5×105 J，則空氣內(nèi)能增加5×104 J
D．一定質(zhì)量的理想氣體，如果保持溫度不變，體積越小，壓強(qiáng)越大
(2)1 mL水用注射器能滴50滴，水的密度ρ＝103 kg/m3，則1滴水中有多少個(gè)水分子？(阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023 mol－1)
3．如圖所示，一太陽(yáng)能空氣集熱器，底面及側(cè)面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積為V0，開(kāi)始時(shí)內(nèi)部封閉氣體的壓強(qiáng)為p0，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)曝曬，氣體溫度由T0＝300 K升至T1＝350 K.
(1)求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)．
(2)保持T1＝350 K不變，緩慢抽出部分氣體，使氣體壓強(qiáng)再變回到p0.求集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來(lái)總質(zhì)量的比值．判斷在抽氣過(guò)程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并簡(jiǎn)述原因．
4．如圖所示，兩個(gè)可導(dǎo)熱的汽缸豎直放置，它們的底部由一細(xì)管連通(忽略細(xì)管的容積)．兩汽缸各有一活塞，質(zhì)量分別為m1和m2，活塞與汽缸壁無(wú)摩擦．活塞的下方為理想氣體，上方為真空．當(dāng)氣體處于平衡狀態(tài)時(shí)，兩活塞位于同一高度h.(已知m1＝3m，m2＝2m)
(1)在兩活塞上同時(shí)各放一質(zhì)量為m的物塊，求氣體再次達(dá)到平衡后兩活塞的高度差(假設(shè)環(huán)境的溫度始終保持為T0)．
(2)在達(dá)到上一問(wèn)的終態(tài)后，環(huán)境溫度由T0緩慢上升到T，試問(wèn)在這個(gè)過(guò)程中，氣體對(duì)活塞做了多少功？氣體是吸收還是放出熱量？(假定在氣體狀態(tài)變化過(guò)程中，兩物塊均不會(huì)碰到汽缸頂部)
5．一U形玻璃管豎直放置，左端開(kāi)口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時(shí)，管內(nèi)汞柱及空氣柱長(zhǎng)度如圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止。求此時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞向下移動(dòng)的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動(dòng)的過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強(qiáng)p0＝75.0 cmHg。環(huán)境溫度不變。
6．如圖，一粗細(xì)均勻的U形管豎直放置，A側(cè)上端封閉，B側(cè)上端與大氣相通，下端開(kāi)口處開(kāi)關(guān)K關(guān)閉；A側(cè)空氣柱的長(zhǎng)度為l＝10.0 cm，B側(cè)水銀面比A側(cè)的高h(yuǎn)＝3.0 cm。現(xiàn)將開(kāi)關(guān)K打開(kāi)，從U形管中放出部分水銀，當(dāng)兩側(cè)水銀面的高度差為h1＝10.0 cm時(shí)將開(kāi)關(guān)K關(guān)閉。已知大氣壓強(qiáng)p0＝75.0 cmHg。
(ⅰ)求放出部分水銀后A側(cè)空氣柱的長(zhǎng)度；
(ⅱ)此后再向B側(cè)注入水銀，使A、B兩側(cè)的水銀面達(dá)到同一高度，求注入的水銀在管內(nèi)的長(zhǎng)度。
7．如圖，一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個(gè)活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m1＝2.50 kg，橫截面積為S1＝80.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m2＝1.50 kg，橫截面積為S2＝40.0 cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距為l＝40.0 cm；汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p＝1.00×105 Pa，溫度為T＝303 K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T1＝495 K。現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移。忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦，重力加速度大小g取 10 m/s2。求：
(ⅰ)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，缸內(nèi)封閉氣體的溫度；
(ⅱ)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。

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