人教版高中物理讲义197高考复习知识讲解 热力学定律及能量守恒(提高)

物总习热学律能守编稿：审稿：【纲求、理解热力学第一定律、第二定律；、运用能量守恒定律解决问题。【点理考一改内的种式、传①条件：存在温度差，最终结果是使两物体温度一样。②方式：热传导、热对流、热辐射。③规律：热量从高温物体传向低温物体。④和内能变化的关系统单的传热过程中能的增量

等于外界向系统传递的热量Q即、功

。做功改变物体内能的过程是将其他形式的如机械能与能相互转化的过程做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来度量。要诠使物体改变同样的内能过做功或者热传递都可以实现不道过程，我们无法分辨出是做功还是热传递实现的这种改变。（2）做功是宏观的机械动向物体的微观分子热运动的转化。热传递则是通过分子之间的相互作用，使不同物体间分子热运动变化，是内能的转移。前者能的性质发生了变化，后者能的性质不变。（3）物体的内能增加与否，不能单纯地只看功或热传递，两个过程需要全面考虑。考二热学一律、容物体内能的增量等外界对物体的功和体吸收的热量Q的和。、式要诠：（1在应用热力学第一定律时，应特别分清、Q的负号，以便准确地判断正、负。热力学第一定律的符号法则：①功W＞0，表示外界对系统做功；＜0表示系统对外界做功。②热量Q＞，表示物体吸热Q＜0，表示物体放热。③内能＞0，表示内能增加；＜，表示内能减少。（2）容易出错的几种特殊情况

的①若是热过程，则Q=0、W=

，即外界对物体做的功等于物体内能的增加；②若过中不做功，即，则

，物体吸收的热量等于物体内能的增加；③若程的始末状态物体的内能不变，即，W或物体做的功等于物体放出的热量。考三热学二律、种述

，外界对（1）按热传递的方向性表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（2按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。要诠：这里所说自地是指没有任外界的影响或帮助冰箱工作时能将冰箱（温度较低）的热量，传给外界空气（温度较高为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。上述两种表述是等价的即一个法是正确的另一个说法也必然是正确的果一个说法是错误的，另一个说法必然也是不成立的。1

、力第定的义提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性于热力学第一定律的一个重要自然规律。、力第定的观释（1）一切自然过程总是着分子热运动的无序性增大的方向进行。这是热力学第二定律的微观意义。（2）从微观的角度看，力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展熵值较大代表着较为无序以发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。、类动的较第一类永动机

第二类永动机不消耗能量却可以源源不断地对外做功从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器违背能量守恒，不可能实现考四能守定、量恒律

机器不违背能量守恒，但违背热力学第二定律，不可能实现（1）能量既不能凭空产，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体转化或转移的过程中其总量不变就能的转化和守恒定律。（2）能量的转化和守恒定律是自然界最普遍规律。（3）永动机是永远造不出来的。、源环（1）常规能源：人们把、石油、天然气叫做常规能源。常规能源有限，常规能源带来环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾等。（2）新能源：风能、水(河流、潮汐)能、太阳能、热核能、氢能源反物质能等。风能、水流能、生物质能等是可再生能源，而石油、煤炭、天然气是不可再生能源。要诠：能量守恒定律的理解：、某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量与增加量相等。某个物体能量的减少定在其他物体能量的增加且减少量和增加量一定相等。、在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化转移，分析初、末状态确定、各多少，再由=列计算。增减增减【型题类一热学一律例1北京卷）下列说法正确的是（）物放出热量，其内能一定减小物对做功，其内能一定减小C.物体吸收热量，同时对外做功其内能可能增加物放出热量，同时对外做功其内能可能不变【答案【解析物体内能的改变方式有种功和热传递只某一种方式我们无法判断内能是否变化，故A、选项错误；物体放出热量又同时对外做功内能一定减小，故D选项错误。物体吸收热量同时对外做功，内能可能增大、减小或不变，故选项正确。【考点】热力学第一定律举反【变式】100的水完全变成℃的水蒸气，则（）2

水分子的内能增加B水的内能增加C．所增加的内能小于所吸收的热量D．水所增加的内能等于所吸收热量【答案BC【解析于温度不变水分子内能不变积膨胀分子的势能变大水的内能增加。体积膨胀时要克服外界大气压力做功热力学第一定律可知所加的内能要小于吸收的热量。【变式2广卷）用封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气()A体积减小，内能增大B体积减小，压强减小C．外界做负功，内能增大D．外做正功，压强减小【答案AC【解析】充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做功袋气体与外界无热交换，故由热力学第一定律知，气体内能增加，故选项正，选项D错误；体积减小，内能增加，由理想气体状态方程可知压强变大，故选项A正，选项B错．【清堂热学律能守例4】【变式】A、B两装置，均由一支一端封闭，一端开口且带有玻璃泡管状容器和水银槽组成除璃泡在管上的位置不外，其他条件都相同两抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的()A.A中水银的内能增量大于B中银的内能增量B.B水银的内能增量大于A中银的内能增量C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同D．和中银温度始终相同，故内能量相同【答案B【解析为A两中水银上升的体积是一样的以水银槽中水银面下降的高度相等，外界大气压对AB管银做功相等由于没有热交换热学第一定律有内能增量与外3

界做功有关。大气压做功一方面使水银上升转变为水银的重力势能，另一方面AB中水银内能增加。由于A中银重心高于B中，所以A中能大于B中能。外界大气压做功又是相等的，所以A中内能增量小于B中能量。故B类二热学二律例、于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是（）A一定量气体吸收热量，其内能一定增大不可能使热量由低温物体传递到高温物体C.若分子间距离大，分子势能一定增大若分子间距离小，分子间引力和斥力都增大【路点重温热力学第一定律二定律分力与分子间距的函数图象和分子势能与分子间距的函数图象。【答案D【解析由热力学第一定律可知功和热传递都可以改变物体的内能定量的气体吸收热量如果气体同时对外做功，且做功比吸热多，则气体的内能减少项误；依据外界做功可使热量由低温物体传递到高温物体项误若分间的距离小于平衡时的距离，分子力是斥力，在增大的过程中分子力先做正功，分子势能先减小项误；若分子间的距离在减小，分子间的引力和斥力都在增大，只不过斥力增大的快些D项确。【总结升华关键是要准确理解力学第一定律力学第二定律分子力与分子间距的函数图象和分子势能与分子间距的函数图象。（两个定律、两个图像）举反【变式】关于热力学定律，下列说法正确的是＿＿＿（填入正确选项前的字母。选对1个给3分选对给4分，选对3个给6分每选错1个扣3分最低得分为分A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B对某物体做功，必定会使该物体的内增加．可以从单一热源吸收热量，之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆程【答案ACE【解析】由热力学第一定律

，知A正，错；由热力学第二定律知C、D这过程在借助于外界帮助的情况下是可以实现的，所以正、错；由自然界中一切与热现象有关的过程都是不可逆的，所以正。【清堂热学律能守例5】例、图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在发器中制冷汽化吸收箱体内的热量过冷凝器时制冷剂液化放出热量到箱体外，下列说法正确的是()4

A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．冰箱的工作原理不违反热力学第二定律D．冰的工作原理违反热力学第一定律【路点热力学第二定律“量不能自发地从低温物体传到高温物但做功是可以的，就不是自发的了。电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律、第二定律。【答案BC【解析根据热力学第二定律电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界因为消耗了电能也就是对外界生了影响的工作原理不违背能量守恒定律就热力学第一定律，选项、C正。【总结升华是确理解热力学第二定律量不能自发地从低温物体传到高温物，电冰箱制冷是通过消耗电能对制冷系统做功来实现的，并不是自的。不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影，消耗了电能对制冷系统做了功，对外界产生了影响。举反【变式）图所示，一淙用永动机”轮由5轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展“划水，动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是A转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．动的叶片不断搅动热水，水温升高D．片热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量（2如图所示，内壁光滑的气缸水平放置。一定质量的理想气体被密封在气缸内，外界大气压强为。现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后体积由V增为V。在此过01程中，气体分子平均动能_________(选增“增、不或减小”，气体内能化了_____________。【答案）D（）增大；

(V)1【解析】形状记忆合金制成的叶片热水中吸收热量而伸长，离开热水后，叶片形状迅速恢复使杆的重心位置发生变而转动，一部分能量散发空气中，叶片不断搅动热水，对5

水做功。但叶片吸收的能量大于对水做的功，水的温度逐渐降低，当与环境温度达到平衡，叶片停止转动。故正确的选项为D。（）气体吸收热量，温度升高，气体分子平均动能增大。气体吸收热量Q为，对外做功为负，

W()2

，根据热力学第一定律，

，气体内能变化了

(V)1

。【清堂热学律能守例6】【变式】如图所示，两个相通的容器P、Q间有阀门，中满气体，Q为空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后的气体进入Q中最终达到平衡，则（）A气体体积膨胀，内能增加B气体分子势能减少，内能增加C．体分子势能增加，压强可能不变D．Q中体不可能自地全部退回到【答案D【解析】根据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，知D正确。容器内气体自由膨胀气体与外之间不做功也没有热交换气体的内能不变A项正确。气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变、项不正确。故选D。类三能守定例、现典型的燃煤发电厂，总效率一般为，有一座大型燃煤发电厂，如果发出

J的力，可供一个大市使用。下图表示这座发电厂的能量流向，请回答：（1燃煤提供的能量应等于哪几项能量之和？（2图中烟囱废气所带走的能量及涡轮机损耗没有标出，请你算出来，并在图上标出；（3算出这座发电厂的总效率；（如图所示的电厂能量流向为哪些地方进行改进可以提高发电厂的总效率【思路点拨】抓住能量守恒定律，读懂图的意思，进行基本计算。【答案】见解析。6

--J1.29【解析仔细分析发电过程的能流向图清各项能量或功之间的关系根据能量转化与守恒定律可求解。燃煤提供的能量等于进入涡轮机的能量和通过烟囱排出的能量。根据(1)中的解析可得通过烟囱废气所带走的能量为：E2.5

2.29

标图略。涡轮机从外界吸热

2.2，外做功J所以涡轮机损耗为

99

。标图略。（由能量流向图可知该发电厂产生的电能

，消耗的总能量为9

，所以其总效率为

99

100%40%从能量流向图中可以看出发电厂的损共达到1J

即到了60%最要的损耗是涡轮机的损耗由凝排出所这个地方应作为改造的重点降低通过冷凝器时能量的消耗以提高涡轮机效率进而提高整个电厂的效率。另外要尽可能降低另外两个途径的损耗一是通过囱废气带走的能量燃煤锅炉及其烟囱进行改造是减少输电过程中的电能损耗。【总结升华转一定要通过做功来实现的移是要通过某种形式的传递来完成。由热力学第一定律可知要一系统内能增加其系统必须对它传递热量做功或者既传递热量又做功，其他系统减少等量的能量，而二者的总能量保持不变。举反【变式】取一个横截面积是

3m

的不高的圆筒，筒内装水，用来测量射到地面的太阳能，某天中午在太阳光照射后水的温度升高了1。水的比热容为4.2×10（kg·（1）计算在阳光直射