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1、2022-2023版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 第五章 能源與可持續(xù)發(fā)展章末總結學案 教科版選修3-3
一、熱力學第一定律及其應用
熱力學第一定律揭示了內能的增量(ΔU)與外界對物體做功(W)和物體從外界吸收熱量(Q)之間的關系，即ΔU＝W＋Q，正確理解公式的意義及符號含義是解決本類問題的關鍵．
(1)外界對物體做功，W>0；物體對外界做功，W<0；
(2)物體從外界吸熱，Q>0；物體放出熱量，Q<0；
(3)ΔU>0，物體的內能增加；ΔU<0，物體的內能減少．
分析題干，確定內能改變的方式(W、Q)→判斷W、Q的符號→代入公式ΔU＝W＋Q→得出結論
例1
2、 如圖1所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經等壓過程到狀態(tài)B.此過程中，氣體壓強p＝1.0×105Pa不變，吸收的熱量Q＝7.0×102J，求此過程中氣體內能的增量．
圖1
答案 5.0×102J
解析 等壓變化過程有＝，
對外做的功W＝p(VB－VA)
根據熱力學第一定律有ΔU＝Q－W，
代入數據解得ΔU＝5.0×102J.
例2 (多選)一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖2所示．下列判斷正確的是( )
圖2
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
3、氣體所放的熱
D．a、b和c三個狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動能最小
答案 AD
解析 由p－T圖像可知過程ab是等容變化，溫度升高，內能增加，由熱力學第一定律可知過程ab中氣體一定吸熱，選項A正確；過程bc溫度不變，即內能不變，由于過程bc體積增大，所以氣體對外做功，由熱力學第一定律可知，氣體一定吸收熱量，選項B錯誤；過程ca壓強不變，溫度降低，內能減少，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知，放出的熱量一定大于外界對氣體做的功，選項C錯誤；溫度是分子平均動能的標志，由p－T圖像可知，a狀態(tài)氣體溫度最低，則平均動能最小，選項D正確．
二、熱力學第二定律及其應用
1．熱力學第二定
4、律的表述
(1)克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產生其他影響．
(2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量使之全部變?yōu)橛杏玫墓Χ划a生其他影響．
(3)用熵表述：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減?。?
2．熱力學第二定律的微觀解釋
(1)一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行．
(2)掌握熱力學第二定律時，要注意理解其本質，即熱力學第二定律對宏觀自然過程進行方向的說明，凡是對這種宏觀自然過程進行方向說明的，都可以作為熱力學第二定律的表述．熱力學第二定律的表述很多，但這些不同的表述都是等價的．
例3 (多選)根據熱力學第二定律，下列判斷中
5、正確的是( )
A．熱機中燃氣的內能不可能全部變成機械能
B．電流的電能不可能全部變成內能
C．在火力發(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部變成電能
D．在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體
答案 ACD
解析 凡是與熱現象有關的宏觀自然過程都具有方向性．機械能可以自發(fā)地全部轉化為內能，而內能不能全部轉化為機械能而不引起其他變化，故A正確．由電流熱效應中的焦耳定律可知，電流的電能可以全部轉化為內能，故B錯誤．火力發(fā)電機發(fā)電時，能量轉化的過程是內能轉化為機械能，機械能轉化為電能，在此過程中會對外放出熱量，因此，內能不可能全部變?yōu)殡娔?，故C正確．D中符合克勞修斯表述，故D正確．
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