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热力学定律学案

热力学定律学案
热力学定律学案

能量守恒定律、热力学第二定律学案

教学目标

1、进一步掌握能的转化和守恒定律,并了解能的转化和守恒定律的意义。

2、知道第一类永动机不可能成功的原因。

3、了解热传导的方向性。

4、了解热力学第二定律的两种表述方法,以及这两种表述的物理实质。

5、了解什么是第二类永动机,为什么第二类永动机不可以制成。

6、了解什么是能量耗散和品质降低。

新知探究

一、能量守恒定律

1、能量的相互转化

热机中的气体推动活塞做功把气体______能转化为_______能;电流通过灯丝时,把_____能转化为______能,炽热的灯丝发光,又把____能转化成_____能。

2、能量守恒定律的内容:___________________________________________________________ __________________________________________。

二、第一类永动机

1、什么是第一类永动机?______________________________________________________。

2、永动机为什么不能制成?_____________________________________________________。

三、热力学第二定律

1、定义:_____________________________________________________________。

2、热力学第二定律的一种表述:___________________________________________________,这反映了__________的方向性。

思考:热量能否从低温物体传到高温物体?

热机的效率能否达到100%?

3、热力学第二定律的另一种表述:_________________________________________________,这反映了______________________的方向性。

注:热力学第二定律两种表述形式实质是一样的,只是侧重角度不同

四、第二类永动机

1、什么是第二类永动机?___________________________________________________

2、第二类永动机失败的原因?___________________________________

思考:第二类永动机违反了能量守恒定律吗?

说明:热力学第二定律提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性,使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。不仅仅在物理上存在这种"方向性",在其他领域也都存在。比如:化学中的不可逆反应;生物中的进化过程的不可逆都说明了这一点

五、热力学第二定律的微观意义:______________________________________________________

六、熵

1、熵的概念:__________________________________________

2、熵增加原理:

七、能量耗散:______________________________________________________________________ 思考:能量耗散和能量守恒矛盾吗?

品质降低:_______________________________________________________________________ 巩固提高

1、汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动,在这过程中( )

A.汽车的机械能守恒

B.汽车的动能和势能相互转化

C.机械能逐渐转变成内能,总能量逐渐减小

D.机械能逐渐转化为内能,总能量不变

2、下列关于第一类永动机的说法正确的是()

A、第一类永动机是不消耗任何能量却源源不断地对外做功的机器

B、第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律

C、第一类永动机不能制成的原因是技术的问题

D、第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律

3、学第二定律,下列理解正确的是()

A.自然界进行的一切宏观过程都是可逆的

B.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,是不可逆的

C.热量不可能从低温物体传递给高温物体

D.第二类永动机违背了能量转化和守恒定律,因此不可能制成

4下列说法正确的是()

A.热量能够从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体

B.功可以全部转化为热,但热不能全部转化为功

C.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化

D.凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现

5、弹以200m/s的速度射入固定的木板,穿出时速度为100m/s,若子弹损失的机械能完全转换成内能,并有50%被子弹吸收,求子弹温度可升高多少℃?(已知子弹的比热130J/kg·℃)

热力学第一定律教案

热力学第一定律教案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

热力学第一定律 信丰县第六中学朱永辉教学目标 1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、△U的物理意义。 2、会确定W、Q、△U的正负号。 3、理解、掌握热力学第一定律,从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。 4、会用△U = W + Q分析和计算问题。 5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。 6、要有能量意识,会用能量守恒的观点分析、解决有关问题,明确它的优越性。 7、知道第一类永动机不可能成功的原因。 8、人类对自然规律的认识是不断深入的。 重点、难点分析 重点:能量守恒定律 难点:热力学第一定律△U = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定,这对学生是很困难的,要用收入、支出和结存的观点去分析,要抓住研究对象。 另一难点是用能量守恒的观点去分析和解决问题,它的优越性是不管中间过程细节问题,要逐渐培养学生用能量观点解题。 课时安排:一课时 课前准备: 教师:柴油机模型、电动机、电炉子、灯泡、电池、打气筒、投影仪、胶片、多媒体 学生:电动玩具、利用机械能守恒定律制成的小玩具、植物标本(如玉米粒)教学设计(教学过程) 引入新课 我们在前面学习了改变内能的两种方式:做功和热传递,即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能,那么它们之间有什么数量关系呢以前我们还学

习过电能、化学能等各中形式的能,它们在相互转化的过程中遵守什么样的规律呢今天我们就来研究这些问题。 板书:第六节热力学第一定律能量守恒定律 同学们带着下列问题看课本,看到△U = W + Q 板书:(投影片) 1、一个物体,如果它跟外界不发生热交换,那么外界对它做功与物体对外做功,会引起物体内能怎样的变化? 2、一个物体,如果外界与物体之间没有做功,那么物体吸热与放热会引起物体内能的怎样的变化? 3、如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程,W、Q、△U的正负号如何确定? 4、W、Q、△U三者都有正负,它们的关系怎样? 让同学们前后座四人为一小组,互相交流一下,得出正确结论。 让同学举手发言,代表自己小组发言,其他小组补充,老师给以适当点拨。 答案:(胶片给出) 1、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。 2、物体吸热,物体的内能增加;物体放热,物体的内能减少。 3、外界对物体做功W为正,物体对外做功W为负;物体吸热Q为正,物体放热Q 为负;物体内能增加△U为正,物体内能减少△U为负。 4、△U = W + Q 这就是热力学第一定律,它表示了功、热量跟内能改变之间的定量关系。 例:一定量的气体从外界吸收了×105J的热量,内能增加了×105J。是气体对外界做了功,还是外界对气体做了功做了多少焦耳的功如果气体吸收的热量仍为×105J 不变,但是内能只增加了×105J,这一过程做功情况怎样? 解:根据题意得出:

选修热力学第二定律的微观解释教案

第5节热力学第二定律的微观解释 目标导航 1.了解有序和无序,宏观态和微观态的概念。 2.了解热力学第二定律的微观意义。 3.了解熵的概念,知道熵是反映系统无序程度的物理量。 4.知道随着条件的变化,熵是变化的。 诱思导学 1.有序和无序 有序:只要确定了某种规则,符合这个规则的就叫做有序。 无序:不符合某种确定规则的称为无序。 无序意味着各处都一样,平均、没有差别,有序则相反。 有序和无序是相对的。 2.宏观态和微观态 宏观态:符合某种规定、规则的状态,叫做热力学系统的宏观态。 微观态:在宏观状态下,符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。

系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多,就说这个“宏观态”是比较无序的,同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。 3.热力学第二定律的微观意义 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 4.熵和系统内能一样都是一个状态函数,仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看,熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。 一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。在自然过程中,系统的熵是增加的。 在绝热过程或孤立系统中,熵是增加的,叫做熵增加原理。对于其它情况,系统的熵可能增加,也可能减小。 从微观的角度看,热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,而熵值较大代表着较为无序,所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。 典例探究 例1 一个物体在粗糙的平面上滑动,最后停止。系统的熵如何变化? 解析:因为物体由于受到摩擦力而停止运动,其动能变为系统的内能,增加了系统分子无规则运动的程度,使得无规则运动加强,也就是系统的无序程度增加了,

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中,接上电源,通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统,试问 A U , Q,W为正为负还是为零? (1) 以电炉丝为系统; (2 )以电炉丝和水为系统; (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去以后,以空气为系统时,AJ, Q, W为正为负还是为零?(2) 如右方小室亦有空气,不过压力较左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,A U, Q , W为正为负还是为零? 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功,内能增加了200J,试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中,对环境做了10 540J的功,同时吸收了27 110J的热,试问系统的内能变化为若干? [答案:⑴吸收40J; (2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会,每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量,如果以礼堂中的 空气和椅子等为系统,则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统,则其AU = ? [答案:1.3 M08J;0] 3 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时,这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热? [答案:放热401000J] 4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀,其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大 功为若干? [答案:9441J] 5在25C下,将50gN2作定温可逆压缩,从105Pa压级到2X106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态,问此膨胀过程的功又为若干? [答案:-.33 X04J; 4.20 X03J] 6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3; 始态及终态温度均为100 Co (1) 向真空膨胀; (2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; (3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100C) 以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀; (4) 定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题? [答案:0; 2326J; 310l J; 4299J] 习

高中物理 热力学第一定律 能量守恒定律导学案 教科版选修

高中物理热力学第一定律能量守恒定律导学 案教科版选修 能量守恒定律课标: 1、通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程。体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 2、认识热力学第一定律。理解能量守恒定律。用能量守恒观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 学习目标: 1、了解热力学第一定律,并会用其数学表达式进行简单的计算 2、理解热力学第一定律中各量的正负号的含义 3、理解能量守恒定律,能用其解释一些常见的现象 4、知道是什么是第一类永动机,不能制成的原因是违背了能量守恒定律重点和难点: 1、利用热力学第一定律和能量守恒定律分析计算一些常见的物理习题 2、热力学第一定律中各量的正负的取值课程导学: 1、内能的决定因素改变物体内能的两种方式和 2、区分内能、热量、功预习:

一、热力学第一定律 1、内容: 2、表达式: 3、公式中各量的符号: ① ΔU:内能增加,取值;内能减少取值② W:外界对系统做功,即系统对外界做负功,取值;系统对外界做功,即外界对系做负功,取值③ Q:系统从外界吸收热量,即外界向系统传递热量,取值系统向外界放出热量,即外界从系统吸收热量,取值 【练习1】 一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8104J的功,气体的内能减少了 1、2105J,则下列各式中正确的是() A、W=8104J,ΔU = 1、2105J ,Q=4104J B、W=8104J,ΔU =- 1、2105J ,Q=-2105J C、W=-8104J,ΔU = 1、2105J ,Q=2104J D、W=-8104J,ΔU =- 1、2105J ,Q=-4104J 【练习2】

选修33热力学第一定律教案

第3节热力学第一定律 目标导航 1?知道热力学第一定律的内容及其表达式 2?理解能量守恒定律的内容 3?了解第一类永动机不可能制成的原因 诱思导学 1.热力学第一定律 (1).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界对它所做的功的和。这个关系叫做 热力学第一定律。 其数学表达式为:AUnW+Q (2).与热力学第一定律相匹配的符号法则 能量的转化或转移,同时也进一步揭示了能量守恒定律。 (4)应用热力学第一定律解题的一般步骤: ①根据符号法则写出各已知量( W、Q、AU)的正、负; ②根据方程AJ=W+Q求出未知量; ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在着多种不同形式的运动,每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能; 分子热运动对应内能;电磁运动对应电磁能。 ⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能;炽热电灯发光可以将电能转化为光能。 ⑶.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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 (6).能量守恒定律的重要意义 第一,能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律,学习这个定律,不能满足一 般理解其内容,更重要的是,从能量形式的多样化及其相互联系,互相转化的事实岀发去认识物质世界的多样性及其普遍联系,并切实树立能量既不会凭空产生,也不会凭空消失的观点,作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二,宣告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式,而不可能无中生有地创造能量,即第一类永动机是不可能制造出来的。 典例探究 例1.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8X104J的功,气体的内能减少了 1.2和5J,则下列 各式中正确的是() 4 5 4 A.W=8X 104J,AJ =1.2 XO5J,Q=4X104J 4 5 5

热力学定律导学案

热力学第一定律 能量守恒定律 一、学习目标: 1、理解物体跟外界做功和热传递的过程中W 、Q 、△U 的物理意义。 2、会确定W 、Q 、△U 的正负号。 3、理解、掌握热力学第一定律,从能量转化和转移的观点理解热力学第一定律。 4、会用△U = W + Q 分析和计算问题。 5、理解、掌握能量守恒定律及其重要性。 二、基础知识: 回顾:热力学第零定律:如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡,那么它们也必定处于热平衡。 (一)热力学第一定律 1.改变内能的两种方式: 2.功和内能:如果一个物体既不吸收热量也不放出热量,那么,当外界对它做功W 时,它的内能增量是ΔU ,则 。 3. 热和内能:如果一个物体既不对外做功,外界也不对物体做功,那么,当物体从外界吸收热量Q 时,它的内能增量量是ΔU ,则 。热传递的三种方式: 、 、 。 (1)做功和热传递在改变物体的内能上是等效的. (2)做功和热传递在本质上是不同的. 做功使物体的内能改变,是其他形式的能量和内能之间的转化(不同形式能量间的转化) 热传递使物体的内能改变,是物体间内能的转移(同种形式能量的转移) 4. 热力学第一定律:一个热力学系统的内能增量等于 与 的和。 (1)表达式为: (2)与热力学第一定律相匹配的符号法则 做功W 热量Q 内能的改变ΔU 取正值“+” 取负值“-” 5.几种特殊情况: (1)物体与外界没有热交换时(绝热过程) Q = 0 外界对物体做多少功,它的内能就增加多少,反之物体对外界做功多少,它的内能就减少多少,W = ?U (2)物体与外界间没有做功时,物体从外界吸收多少热量,它的内能就增加多少;物体向外界放出多少热量,它的内能就减少多少, Q = ?U (3)若过程中始、末物体内能不变, ?U =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 针对练习: 1.物体的内能增加了20J,则 A .一定是外界对物体做了20J的功 B .一定是物体吸收了20J 的热量 C .可能是外界对物体做了20J 的功,也可能是物体吸收了20J 的热量 D .可能是物体吸收热量的同时外界对物体做了功,且热量和功共20J 2.气体膨胀对外做功100J ,同时从外界吸收了120J 的热量,它的内能变化可能是 A .减少20J B .增大20J C .减少220J D .增大220J 3.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物,有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是( ) A .迅速向里推活塞 B .迅速向外拉活塞 C .缓慢向里推活塞 D .缓慢向外技活塞 4.如图所示,把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部,当很快向下压活塞时,由于被压缩的气体骤然变热,温度升高达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验的目的是要说明对物体( ) A 、做功可以增加物体的热量 B 、做功可以改变物体的内能 C 、做功一定会升高物体的温度 D 、做功一定可以使物态发生变化 5.关于物体内能,下列说法中正确.. 的是( ) A .手感到冷时,搓搓手就会感到暖和些,这是利用做功改变物体的内能 B .将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体的内能增大

高中物理选修3-3热力学第一定律 能量守恒定律教案

10.3、热力学第一定律能量守恒定律 教学目的 1.认识物质的运动形式有多种,对应不同运动形式的运动有不同形式的能,各种形式 的能在一定条件下可以相互转化 2. 进一步掌握能的转化和守恒定律,并了解能的转化和守恒定律的意义 3.运用公式△U=W+Q分析有关问题并具体进行计算 教学重点热力第一定律 教学难点能量守恒 教具多媒体课件 教学过程 复习提问 问:物体做什么样的运动具有机械能?机械能转化和守恒定律的内容是什么? 新课教学 一、热力学第一定律 分析下列特殊情况: ①如果物体只与外有热交换,没有做功,外界传给物体4J热量物体的内能增加了 多少?物体若向外界传出了4J热量,物体内能如何变化? 结论:在没有做功情况下,物体与外界间传递热量Q,物体内能变化为△U,则△U=Q,为了在此表达式中能反映物体对外界是吸热不是放热,作出规定:吸热Q 取正值,放热Q取负值,由此可知:物体吸热,内能增加,放热,内能减少。 ②如果物体和外界不发生热交换,当外界对物体做了10J功,物体内能增加了多 少?当物体对外做了10J功,物体内能又如何变化? 结论:在无热交换情况下,△U=W(对外做功时,W取负值) ③如果物体内能在改变的过程中,既有热传递又有做功,例如外界对物体做了10J 的功,同时物体吸收4J热量,物体的内能如何变化? ④又如,外界对物体做10J功,物体放热4J物体内能又如何变化?又物体对外界 做了10J功,物体吸热4J,物体放热4J物体内能又如何变化? 综上所述: 在能的转化转移过程中,一个物体,如果没有吸收热量也没有放出热量,那么外界对它做多少功它的内能就增加多少;如果它既没有对外做功,外界也没有对其做功,则它从外界吸收多少热量,它的内能就增加多少。 用△U表示物体内能的增量,用Q表示吸收的热量,用W表示外界对物体所做的功,那么:△U=Q+W 上式就是热力学第一定律。 [例]一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量,内能增加了4.2×105J,外界对物体做了多少功?

2019届一轮复习教科版 热力学定律与气体实验定律的结合 学案

第20点 热力学定律与气体实验定律的结合 热力学第一定律与气体实验定律的结合量是气体的体积和温度,当温度变化时,气体的内能变化;当体积变化时,气体将伴随着做功.解题时要掌握气体变化过程的特点: (1)等温过程:内能不变ΔU =0. (2)等容过程:W =0. (3)绝热过程:Q =0. 对点例题 如图1所示,体积为V 、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为2.4T 0、压强为1.2p 0的理想气体,p 0和T 0分别为大气的压强和温度.已知:气体内能U 与温度T 的关系为U =aT ,a 为正的常量;容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求: 图1 (1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V 1; (2)在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q . 解题指导 (1)在气体由压强p =1.2p 0下降到p 0的过程中,气体体积不变,温度由T =2.4T 0 变为T 1,由查理定律得T 1T =p 0p 在气体温度由T 1变为T 0的过程中,体积由V 减小到V 1,气体压强不变,由盖吕萨克定律得 V V 1=T 1T 0 解得V 1=12 V (2)在活塞下降过程中,活塞对气体做的功为 W =p 0(V -V 1) 在这一过程中,气体内能的减少量为 ΔU =a (T 1-T 0)

由热力学第一定律得,汽缸内气体放出的热量为 Q =W +ΔU 解得Q =12 p 0V +aT 0 答案 (1)12V (2)12 p 0V +aT 0 规律总结 气体实验定律与热力学定律的综合问题的解题思路: (1)气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体. (2)分清气体的变化过程是求解问题的关键. (3)理想气体体积变化对应着做功;温度变化,内能一定变化. (4)结合热力学第一定律求解. 为适应太空环境,去太空执行任务的航天员都要穿上航天服,航天服有一套生命保障系统,为航天员提供合适的温度、氧气和气压,让航天员在太空中如同在地面上一样.假如在地面上航天服内气压为1atm ,气体体积为2L ,到达太空后由于外部气压低,航天服急剧膨胀,内部气体体积变为4L ,使航天服达到最大体积,假设航天服内气体可视为理想气体且温度不变,将航天服视为封闭系统. (1)求此时航天服内气体的压强,并从微观角度解释压强变化的原因. (2)由地面到太空过程中航天服内气体吸热还是放热,为什么? (3)若开启航天服生命保障系统向航天服内充气,使航天服内的气压缓慢恢复到0.9atm ,则需补充1atm 的等温气体多少升? 答案 见解析 解析 (1)航天服内气体可以视为理想气体,由于做等温变化,由玻意耳定律得p 1V 1=p 2V 2, 解得:p 2=p 1V 1V 2 =0.5atm. 由于气体的压强与分子数密度和分子平均动能有关,在气体体积变大的过程中,该气体的分子数密度变小,而温度不变,即分子的平均动能不变,故该气体的压强减小. (2)由于一定质量理想气体的内能只与温度有关,而该气体可视为理想气体且温度不变,故其内能不变,即ΔU =0;由于气体体积变大,故气体对外界做功,即W <0,由热力学第一定律ΔU =W +Q 可得:Q >0,即在此过程中气体吸热. (3)设需要1atm 的等温气体体积为V ,以该气体和航天服原有气体为研究对象,根据理想气体等温变化规律:p 1V 1+p 1V =p 3V 2 解得:V =1.6L .

11 热力学第二定律习题详解电子教案

11热力学第二定律 习题详解

仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢2 习题十一 一、选择题 1.你认为以下哪个循环过程是不可能实现的 [ ] (A )由绝热线、等温线、等压线组成的循环; (B )由绝热线、等温线、等容线组成的循环; (C )由等容线、等压线、绝热线组成的循环; (D )由两条绝热线和一条等温线组成的循环。 答案:D 解:由热力学第二定律可知,单一热源的热机是不可能实现的,故本题答案为D 。 2.甲说:由热力学第一定律可证明,任何热机的效率不能等于1。乙说:热力学第二定律可以表述为效率等于100%的热机不可能制成。丙说:由热力学第一定律可以证明任何可逆热机的效率都等于211T T - 。丁说:由热力学第一定律可以证明理想气体可逆卡诺热机的效率等于211T T - 。对于以上叙述,有以下几种评述,那种评述是对的 [ ] (A )甲、乙、丙、丁全对; (B )甲、乙、丙、丁全错; (C )甲、乙、丁对,丙错; (D )乙、丁对,甲、丙错。 答案:D 解:效率等于100%的热机并不违反热力学第一定律,由此可以判断A 、C 选择错误。乙的说法是对的,这样就否定了B 。丁的说法也是对的,由效率定义式211Q Q η=-,由于在可逆卡诺循环中有2211 Q T Q T =,所以理想气体可逆卡诺热机的效率等于211T T - 。故本题答案为D 。 3.一定量理想气体向真空做绝热自由膨胀,体积由1V 增至2V ,此过程中气体的 [ ]

仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢3 (A )内能不变,熵增加; (B )内能不变,熵减少; (C )内能不变,熵不变; (D )内能增加,熵增加。 答案:A 解:绝热自由膨胀过程,做功为零,根据热力学第一定律2 1V V Q U pdV =?+?,系统内能不变;但这是不可逆过程,所以熵增加,答案A 正确。 4.在功与热的转变过程中,下面的那些叙述是正确的?[ ] (A )能制成一种循环动作的热机,只从一个热源吸取热量,使之完全变为有用功; (B )其他循环的热机效率不可能达到可逆卡诺机的效率,可逆卡诺机的效率最高; (C )热量不可能从低温物体传到高温物体; (D )绝热过程对外做正功,则系统的内能必减少。 答案:D 解:(A )违反了开尔文表述;(B )卡诺定理指的是“工作在相同高温热源和相同低温热源之间的一切不可逆热机,其效率都小于可逆卡诺热机的效率”,不是说可逆卡诺热机的效率高于其它一切工作情况下的热机的效率; (C )热量不可能自动地从低温物体传到高温物体,而不是说热量不可能从低温物体传到高温物体。故答案D 正确。 5.下面的那些叙述是正确的?[ ] (A )发生热传导的两个物体温度差值越大,就对传热越有利; (B )任何系统的熵一定增加; (C )有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量; (D )以上三种说法均不正确。 答案:D 解:(A )两物体A 、B 的温度分别为A T 、B T ,且A B T T >,两物体接触后, 热量dQ 从A 传向B ,经历这个传热过程的熵变为11( )B A dS dQ T T =-,因此两

第二章热力学第一定律练习题及答案

第一章热力学第一定律练习题 一、判断题(说法对否): 1.当系统的状态一定时,所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时,所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统,该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体,当热力学能与温度确定之后,则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热,系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态,则Q和W的值一般不同,Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH,Q V = ΔU,所以Q P与Q V都是状态函数。 7.体积是广度性质的状态函数;在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中,当温度、压力一定时;系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8.封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9.在101.325kPa下,1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体,那么由于过程等温,所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程,则此过程是可逆过程。 11.1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃,其ΔH= ∑C P,m d T。12.因焓是温度、压力的函数,即H = f(T,p),所以在恒温、恒压下发生相变时,由于d T = 0,d p = 0,故可得ΔH = 0。 13.因Q p = ΔH,Q V = ΔU,所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14.卡诺循环是可逆循环,当系统经一个卡诺循环后,不仅系统复原了,环境也会复原。 15.若一个过程中每一步都无限接近平衡态,则此过程一定是可逆过程。16.(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17.一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡,则末态温度不变。 18.当系统向环境传热(Q < 0)时,系统的热力学能一定减少。

高中物理 第十章 热力学定律 第2节 热和内能导学案 新人教版选修33

2 热和内能 方式在改变系统内能上的区别。 打气筒是日常生活中的一种工具,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。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳,有什么感觉?这是怎么回事? 提示:打气筒的温度升高了,这是由于给自行车打气时,压缩空气做功使得系统的内能增加,所以温度升高。 一、焦耳的实验 1.实验条件 绝热过程:系统只通过对外界____或外界对它____而与外界交换能量,它不从外界____,也不向外界____。 2.代表性实验 (1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温____。 (2)通过电流的______给水加热。 3.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____的。即: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________决定,而与做功的方式____。 二、功和内能 1.内能的定义 任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统________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____________相联系,是系统的一种____,我们把它称为系统的内能。 2.绝热过程中做功与系统内能变化的关系 当系统从某一状态经过____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,即:ΔU=____。 思考1:如图所示,大口玻璃瓶内有一些水,水的上方有水蒸气,向瓶内打气,在瓶塞跳出的过程中,会观察到什么现象?这个过程是外界对系统做功还是系统对外界做功?该过程系统的内能如何变化?

三、热和内能 1.热传递 (1)热传递的条件:不同物体(或一个物体的不同部分)存在____差。 (2)热传递的方向:热量从____物体传向____物体。 (3)热传递的结果:最终____相同。 (4)热传递的实质:不同物体(或一个物体的不同部分)之间____的转移。 2.热量:是用来衡量热传递过程中________多少的一个物理量,是一个____量,不能说物体具有多少热量,只能说物体__________多少热量。 3.热传递与系统内能变化的关系 系统在单纯的传热过程中内能的增量ΔU等于外界向系统传递的______,即ΔU=____。 思考2:物体内能增加是否一定是从外界吸收了热量? 答案:一、1.做功做功吸热放热 2.(1)上升(2)热效应 3.相同状态1、2 无关 二、1.自身状态对系统做的功能量 2.绝热W 思考1 提示:当瓶塞跳出时,我们会发现瓶内和瓶口处有“白雾”产生。我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气,在瓶塞跳出的过程中,是系统膨胀对外界做功,在这个过程中系统的内能减少,温度降低。瓶内和瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小液滴。 三、1.(1)温度(2)高温低温(3)温度(4)内能 2.内能变化过程吸收或放出了 3.热量Q Q 思考2 提示:不一定,这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能。 一、功、内能、内能的变化之间的关系 1.内能与内能的变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。在微观上由分子数和分子热运动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。 (2)当物体温度变化时,分子热运动剧烈程度发生改变,分子平均动能变化。物体体积变化时,分子间距离变化,分子势能发生变化,因此物体的内能变化只由初、末状态决定,与中间过程及方式无关。 2.做功与内能的变化的关系 做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 例如在绝热过程中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量度。外界对物体做多少功,物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功,物体的内能就减少多少。 压缩气体时,外界对气体做了功,气体的内能增加,气体内能的增加量等于外界对气体做的功;气体膨胀,是气体对外界做功,气体内能减少,气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功。

热力学定律(教案)

热力学定律 【知识点一】热力学第一定律及其应用 1.公式:ΔU=Q+W. 2.注意各物理量符号和理想气体的特点 (1)各物理量符合的意义 ①只有绝热过程Q=0,ΔU=W,用做功可判断内能的变化. ②只有在气体体积不变时,W=0,ΔU=Q,用吸热、放热情况可判断内能的变化. ③若物体内能不变,即ΔU=0,W和Q不一定等于零,而是W+Q=0,功和热量符号相反.大小相等,因此判断内能变化问题一定要全面考虑. ④对于气体,做功W的正负一般要看气体体积变化,气体体积缩小,W>0;气体体积增大,W<0. 【知识点二】热力学第二定律及其应用 1.热力学第二定律的几种表现形式 (1)热传递具有方向性 两个温度不同的物体进行接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体.要实现低温物体向高温物体传递热量,必须借助外界的帮助,来产生其他影响或引起其他变化. (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合气体,但这种均匀的混合气体,绝不会自发地分开,成为两种不同的气体. (3)机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在水平面上运动,因摩擦而逐渐停下来,但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后,在地面上重新运动起来.

(4)气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器膨胀,但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回,使容器变为真空. 2.深刻理解热力学第二定律的内涵 掌握热力学第二定律时,要注意理解其本质,即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明.凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述.本章对热力学第二定律的表述很多,这些不同形式的表述都是等价的. 【知识点三】能源与可持续发展 (1)能量耗散:一切能量最终要转化成不可回收的能量. (2)环境污染:温室效应,酸雨,光化学烟雾. (3)开发新能源:太阳能,生物质能,风能,水能等. 【例1】(多选)对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是( ) A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变 B.若气体的温度不断升高,其压强也一定不断增大 C.若气体温度升高 1 K,其等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量 D.在完全失重状态下,气体的压强为零 E.当气体温度升高时,气体的内能一定增大 ACE[一定质量的理想气体的内能与温度有关,若气体的压强和体积都不变, 则温度不变,其内能也一定不变,A正确;由pV T =C知,气体的温度不断升高, 压强不一定增大,B错误;根据热力学第一定律有ΔU=Q+W,气体温度升高1 K,ΔU相同,等容过程W=0,等压过程,体积增大,则W<0,故等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量,C正确;气体的压强是由于分子频繁撞击器壁而产生的,与是否失重无关,D错误;温度升高,理想气体的内能一定增大,E正确.]

10.3 热力学第一定律 能量守恒定律 学案(含答案)

10.3 热力学第一定律能量守恒定律学案 (含答案) 于热水,热水温度会降低,故 A. B.C错误;由能量守恒知,叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能,一部分释放于空气中,故D正确 三.气体实验定律和热力学第一定律的综合应用如图所示,一定质量的理想气体由a状态变化到b状态,请在图象基础上思考以下问题1在变化过程中是气体对外界做功,还是外界对气体做功2在变化过程中气体吸热,还是向外放热气体内能如何变化答案1由a状态变化到b状态,气体体积变大,因此气体对外界做功,即W0.由UWQ得Q0,即气体吸热,内能增加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问题气体体积增大,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,内能减小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UWQ,则QUW,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例3多选xx 全国卷如图2,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程

如pV图中从a到b的直线所示在此过程中图2A气体温度一直降低B气体内能一直增加C气体一直对外做功D气体吸收的热量一直全部用于对外做功答案BC解析在pV图中理想气体的等温线是双曲线的一支,而且离坐标轴越远温度越高,故从a到b温度升高,A错;一定质量的理想气体的内能由温度决定,温度越高,内能越大,B对;气体体积膨胀,对外做功,C对;根据热力学第一定律UQW,得QUW,气体吸收的热量一部分用来对外做功,一部分用来增加气体的内能,D错例4如图3所示,倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体,轻质活塞可无摩擦地上下移动,活塞的横截面积为S,活塞的下面吊着一个重为G的物体,大气压强恒为p0,起初环境的热力学温度为T0时,活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高,导致活塞缓慢下降,该过程中活塞下降了0.1L,汽缸中的气体吸收的热量为Q.求图31汽缸内部气体内能的增量U;2最终的环境温度T.答案1Q0.1p0SL0.1LG 21.1T0解析1密封气体的压强pp0GS密封气体对外做功大小WpS0.1L由热力学第一定律得UQ0.1p0SL0.1LG2该过程是等压变化,由盖吕萨克定律有LST0L0.1LST解得T 1.1T0.1热力学第一定律的理解和应用关于内能的变化,以下说法正确的是A物体吸收热量,内能一定增大B物体对外做功,内能一定减少C物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变D 物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变答案C解析根据热力学第一定律UWQ,物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有

热力学第一定律 能量守恒定律 教案

10.3 热力学第一定律能量守恒定律 风陵渡中学王佩 【教学方法】讲授法讨论法 【教学目的】 知识与技能 1.认识物质的运动形式有多种,对应不同运动形式的运动有不同形式的能,各种 形式的能在一定条件下可以相互转化 2.进一步掌握能量的转化和守恒定律,并了解能量的转化和守恒定律的意义 3.运用公式△U=W+Q 分析有关问题并具体进行计算 过程与方法 通过实例分析,进行热力学第一定律的相关计算 情感态度与价值观 1.利用能量的转化和守恒的观点,分析物理现象,解决物理问题 2.感知我们周围能源的耗散,树立节能意识 【教学重点】热力学第一定律 【教学难点】能量守恒定律 【教具】多媒体课件 【教学过程】 一、新课导入 图片展示—冷—措施(搓手,运动,哈气,烤火…)—引出改变内能两种方式 师:改变内能的方式有哪些? 生:做功,热传递 师:很好。既然做功和热传递都可以改变内能,那么,功、热量跟内能的改变之间遵循怎样的关系,这节课我们一起来探究。 二、新课教学 问题探究 1.一个物体,它既没有吸收热量也没有放出热量,那么: ①如果物体对外界做的功为W,则它的内能如何变化?变化了多少? (图片展示开启易拉罐碳酸饮料瞬间,气体冒出,体验感觉—温度降低) ②如果外界对物体做的功为W,则它的内能如何变化?变化了多少? (图片展示有机玻璃筒放棉花—迅速压下活塞,棉花点燃) ①内能减少W ②内能增加W 2.一个物体,如果外界既没有对物体做功,物体也没有对外界做功,那么: ①如果物体吸收热量Q,它的内能如何变化?变化了多少? (图片展示水吸收热量) ②如果放出热量Q,它的内能如何变化?变化了多少? (图片展示电暖宝充好电放热) ①内能增加Q ②内能减少Q 3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中,内能的变化ΔU与热量Q及做的

高中物理第十章热力学定律第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展教学案人教版3

第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展 1.热力学第二定律的微观意义:一切自然过程总是沿 着分子热运动的无序性增大的方向进行。 2.热力学第二定律可叫做熵增加原理:在任何自然过 程中,一个孤立系统的总熵不会减小。 3.能量耗散虽然不会导致能量总量的减少,却会导致 能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的高品 质形式降低为不大可用的低品质形式。 一、热力学第二定律的微观解释 1.有序、无序 一个系统的个体按确定的某种规则,有顺序地排列即有序;个体分布没有确定的要求,“怎样分布都可以”即无序。 2.宏观态、微观态 系统的宏观状态即宏观态,系统内个体的不同分布状态即微观态。 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 4.熵及熵增加原理 (1)熵:表达式S=k ln Ω,k表示玻耳兹曼常量,Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。S表示系统内分子运动无序性的量度,称为熵。 (2)熵增加原理:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小。 二、能源和可持续发展 1.能量耗散和品质降低 (1)能量耗散:有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能,成为更加分散因而也是无序度更大的能量,分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 (2)各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化,是能自动发生、全额发生的。 (3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。

(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 2.能源和环境 1.自主思考——判一判 (1)熵越小,系统对应的微观态就越少。(√) (2)在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会增加。(×) (3)大量分子无规则的热运动能够自动变为有序运动。(×) (4)能量耗散会导致总能量的减少,也会导致能量品质的降低。(×) (5)热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程。(√) (6)既然能量是守恒的,那么人类就没必要节约能源。(×) 2.合作探究——议一议 (1)怎样理解一个孤立的系统熵不会减小? 提示:从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律;自发的宏观过程总是向无序性更大的方向发展。而熵较大代表着较为无序,熵小代表有序,所以一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展。 (2)既然能量守恒,为什么还要节约能源? 提示:人们在使用能源的时候,高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。虽然能量不会减少,但能源会越来越少,所以要节约能源。 (3)流动的水带动水磨做功,由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压,使磨盘和粮食的温度升高,水流的一部分机械能转变成了内能,这些内能最终流散到周围的空气中,我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。请思考:内能与机械能相比,哪种能量的品质低? 提示:内能。能量的耗散虽然不会使能量减少,却会导致能量品质的降低,它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。故内能较之机械能是一种低品质的能量。 热力学第二定律的微观意义

选修3-3热力学第一定律教案

热力学第一定律学习目标 1.知道热力学第一定律的内容及其表达式 2.理解能量守恒定律的内容 3.了解第一类永动机不可能制成的原因 自主学习 一、功和内能 1.什么样的过程叫绝热过程? 2.焦耳的实验说明了什么问题? 3.写出内能的定义。 4.内能的增加量与外界对系统所做的功有何关系? 二、热和内能 1.内能的增加量与外界向系统传递的热量有何关系? 2.做功和热传递在改变系统的内能上有何区别? 三、热力学第一定律 1.写出热力学第一定律的内容及其表达式。 2.写出能量守恒定律的内容。 3.第一类永动机不可能制成的原因是什么?

预习自检: 1、在下述各种现象中,不是由做功引起系统温度变化的是() A、在阳光照射下,水的温度升高 B、用铁锤不断捶打铅块,铅块的温度会升高 C、在炉火上烧水,水的温度升高 D、电视机工作一段时间,其内部元件温度升高 2、如图所示,活塞将汽缸分为甲、乙两室,汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的,且不漏气,以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能,则在拉杆缓缓向外拉的过程中() A、U甲不变,U乙减小 B、U甲增大,U乙不变 C、U甲增大,U乙减小 D、U甲不变,U乙不变 3、如图所示,把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部,当很快向下压活塞时,由于被压缩气体遽然变热,温度升高达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验的目的是要说明() A、对物体做功可以增加物体的热量 B、对物体做功可以改变物体的内能 C、对物体做功一定会升高物体的温度 D、做功一定会增加物体的 4、关于物体的内能和热量,下列说法中正确的有() A、热水的内能比冷水的内能大 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少,内能小的物体其内能将增加,直到两物体的内能相等 D、热量是热传递过程中内能转移量的量度 5、下列关于物体的温度、内能和热量的说法中正确的是() A、物体的温度越高,所含热量越多 B、物体的内能越大,热量越多 C、物体的温度越高,它的分子热运动的平均动能越大 D、物体的温度不变,其内能就不变化 6、假设在一个完全密封绝热的室内,放一台打开门的电冰箱,然后遥控接通电源,令电冰箱工作一段较长的时间后再遥控断开电源,等室内各处温度达到平衡时,室内气温比接通电源前是( ) A、一定升高了 B、一定降低了 C、一定不变 D、可能升高,可能降低,也可能不变 课内探究 一、热力学第一定律 一定质量的气体,膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功?如果膨胀时做的功是135J,同时向外放热85J,气体内能的变化量是多少?内能是增加了还是减少了? 请你通过这个例子总结ΔU、W、Q几个量取正、负值的意义。 例1.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了1.2×105J,则下列各式中正确的是()

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