第十章 热力学定律 10.1功和内能 10.2热和内能 导学案
第十章热力学定律
10.1功和内能10.2热和内能导学案
一、学习目标
1．知道什么是绝热过程。
2．理解做功与内能改变的数量关系。
3．知道热传递的三种方式。
4．理解热传递是改变系统内能的一种方式。知道传递的热量与内能变化的关系。
5．从热力学的角度认识内能的概念。知道热传递与做功对改变系统的内能是等效的。
二、自学填空
非常学案P48
三、预习问题
1、什么是绝热过程？焦耳实验的前提条件是什么？下面是焦耳的两个实验：
第一个实验结论：
第二个实验结论：
总结论：
2、在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
1)类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？
2)内能的微观定义是什么（第七章）？内能的宏观定义是什么（本节）？
3)内能的增加量△U与外界对系统所做的功W二者关系，即：
3、什么叫做热传递？热传递的条件是什么？热传递的三种方式？热传递的实质是什么？
4、传递的热量与内能改变的关系
5、改变系统内能的两种方式是什么？有什么区别？
四、典型例题
《常学案》P49例1、P50例2 、P51例3
小结：
五、提升训练
A组
课本P51页1、2、3课本P53页1、2
B组《非常学案》P50 随堂2、3、5 《非常学案》P6 随堂1、4 六、课后反思
热力学第二定律习题详解(汇编)
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2 1 1T 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2 1 1T 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2 1 1Q Q η=-，由于在可逆卡诺循环中有2211Q T Q T =，所以理想气体可逆卡诺热机的效率等于21 1T 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 [ ] （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；
物理化学热力学第一定律总结
热一定律总结 一、 通用公式 ΔU = Q + W 绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W ’=0)：W = 0，ΔU = Q V 恒压(W ’=0)：W =-p ΔV =-Δ(pV )，ΔU = Q -Δ(pV ) → ΔH = Q p 恒容+绝热(W ’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W ’=0) ：ΔH = 0 焓的定义式：H = U + pV → ΔH = ΔU + Δ(pV ) 典型例题：3.11思考题第3题，第4题。 二、 理想气体的单纯pVT 变化 恒温：ΔU = ΔH = 0 变温： 或 或 如恒容，ΔU = Q ，否则不一定相等。如恒压，ΔH = Q ，否则不一定相等。 C p , m – C V , m = R 双原子理想气体：C p , m = 7R /2, C V , m = 5R /2 单原子理想气体：C p , m = 5R /2, C V , m = 3R /2 典型例题：3.18思考题第2,3,4题 书2.18、2.19 三、 凝聚态物质的ΔU 和ΔH 只和温度有关 或 典型例题：书2.15 ΔU = n C V , m d T T 2 T 1 ∫ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU = nC V , m (T 2-T 1) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔU ≈ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU ≈ ΔH = nC p, m (T 2-T 1)
四、可逆相变（一定温度T 和对应的p 下的相变，是恒压过程） ΔU ≈ ΔH –ΔnRT (Δn ：气体摩尔数的变化量。如凝聚态物质之间相变，如熔化、凝固、转晶等，则Δn = 0，ΔU ≈ ΔH 。 101.325 kPa 及其对应温度下的相变可以查表。 其它温度下的相变要设计状态函数 不管是理想气体或凝聚态物质，ΔH 1和ΔH 3均仅为温度的函数，可以直接用C p,m 计算。 或 典型例题：3.18作业题第3题 五、化学反应焓的计算 其他温度：状态函数法 Δ H m (T ) = ΔH 1 +Δ H m (T 0) + ΔH 3 α β β α Δ H m (T ) α β ΔH 1 ΔH 3 Δ H m (T 0) α β 可逆相变 298.15 K: ΔH = Q p = n Δ H m α β Δr H m ? =Δf H ?(生) – Δf H ?(反) = y Δf H m ?(Y) + z Δf H m ?(Z) – a Δf H m ?(A) – b Δf H m ?(B) Δr H m ? =Δc H ?(反) – Δc H ?(生) = a Δc H m ?(A) + b Δc H m ?(B) –y Δc H m ?(Y) – z Δc H m ?(Z) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫
第二章 热力学第一定律-概念题答案
第二章热力学第一定律习题答案 自测题 1.判断题。下述各题中的说法是否正确？正确的在图后括号内画“√”，错误的画“×”（1）隔离系统的热力学能U是守恒的。（√） （2）理想气体的完整定义是：在一定T、P下既遵守pV=nRT又遵守(?U/?V)T =0的气体叫做理想气体。（×） （3）1mol 100℃、101325Pa下的水变成同温同压下的水蒸气，该过程的△U=0.（×） 2. 选择题。选择正确答案的编号，填在各题题后的括号内： (1) 热力学能U是系统的状态函数，若某一系统从一始态出发经一循环过程又回到始态，则系统热力学能的增量是：（ A ） （A）△U=0 ; （B）△U>0; (C) △U<0 (2) 当系统发生状态变化时，则焓的变化为：△H=△U+△（pV），式中△（pV）的意思是：（ B ） (A) △(PV)= △P△V; (B) △(PV)=P2V2- P1V1 (C) △(PV)=P△V+V△P (3) 1mol理想气体从P1、V1、T1分别经（a）绝热可逆膨胀到P2、V2、T2；（b）绝热恒外压膨胀到P’2、V’2、T’2，若P2= P’2，则（C ）。 （A）T’2=T2, V’2=V2; (B) T’2> T2 , V’2< V2; (C) T’2> T2, V’2> V2 3.填空题。在以下各小题中画有“______”处或表格中填上答案 （1）物理量Q（热量）、T(热力学温度)、V（系统体积）、W（功），其中用于状态函数的是___T, V___；与过程有关的量是___Q, W___；状态函数中用于广延量的是__V_____；属于强度量的是___T______。 (2) Q v=△U应用条件是_封闭系统____;__恒容____;__W’=0______。 （3）焦耳—汤姆逊系数μJ-T__=(?T/?p)H___，μJ-T>0表示节流膨胀后温度___低于___节流膨胀前温度。 计算题 一、273.15K、1013250Pa的0.0100m3双原子理想气体，分别经过下列过程，到达终态压力为101325Pa。试计算系统经过每种过程后的终态温度和W、Q及△U。 （1）等温可逆膨胀；（2）绝热可逆膨胀； （3）反抗恒定外压p ex=101325Pa，恒温膨胀； （4）反抗恒定外压p ex=101325Pa，绝热膨胀。 二、若将2mol、300K、1013250Pa的理想气体，先等容冷却到压力为101325Pa，再等压加热到300K。试求该过程总的W、Q、△U和△H。 三、1mol单原子理想气体经可逆过程A、B、C三步，从始态1经状态2、3，又回到始态1。已知该气体的C v,m=1.5R。试填充下表：
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】
第18章 热力学第二定律
第十八章 热力学第二定律 一、选择题 18.1、热力学第二定律表明[ ] (A) 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响 (B) 在一个可逆过程中,工作物质净吸热等于对外作的功 (C) 摩擦生热的过程是不可逆的 (D) 热量不可能从低温物体传到高温物体 18.2、功与热的转变过程中，下面的叙述不正确的是[ ] (A) 不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸收热量，使之完全变为有用功而其它物体不发生变化 (B) 可逆卡诺循环的效率最高但恒小于1 (C) 功可以全部变为热量，而热量不能完全转化为功 (D) 绝热过程对外做功，则系统的内能必减少 18.3、在327c ?的高温热源和27c ?的低温热源间工作的热机，理论上的最大效率为[ ] (A) 100% (B) 92% (C) 50% (D) 10% (E) 25% 18.4、1mol 的某种物质由初态（01,P T ）变化到末态（02,P T ），其熵变为[ ] (A) 0 (B) 21T V T C dT T ? (C) 21T P T C dT T ? (D) 21V V P dV T ? 18.5、下列结论正确的是[ ] (A) 不可逆过程就是不能反向进行的过程 (B) 自然界的一切不可逆过程都是相互依存的 (C) 自然界的一切不可逆过程都是相互独立的，没有关联 (D) 自然界所进行的不可逆过程的熵可能增大可能减小 二、填空题 18.6、热力学第二定律的两种表述分别是
(1) ；(2）。 18.7、第二类永动机不可能制成是因为 它违背了。 18.8、任意宏观态所对应的，称为该宏观态的热力学概率。 18.9、对于孤立体系，各个微观状态出现的概率。 18.10、热力学第二定律表明自然界与热现象有关的过程都是。开尔文表述表明了过程是不可逆的，克劳修斯表述表明过程是不可逆的。 三、计算和证明题 18.11、证明：等温线与绝热线不可能有两个交点。 18.12、证明：两条绝热线不可能相交。 18.13、证明开尔文表述与克劳修斯表述的等价性。 18.14、若要实现一密闭绝热的房间冷却，是否可以将电冰箱的门打开由电冰箱的运转实现？ 18.15、νmol的理想气体经绝热自由膨胀后体积由V变到2V，求此过程的熵变。 18.16、将1Kg，20c?的水放到500c?的炉子上加热，最后达到100c?，已知水的比热是3 4.1810/() J Kg K ??，分别求炉子和水的熵变。 18.17、用两种方法将1mol双原子理想气体的体积由V压缩至体积为V/2；（1）等压压缩；（2）等温压缩；试计算两种过程的熵变。 18.18、1mol理想气体由初态（ 1,T 1 V）经某一过程到达末态（ 2 , T 2 V），求熵变。
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
热力学第二定律的建立及意义
1引言 热力学第二定律是在研究如何提高热机效率的推动下, 逐步被人们发现的。19蒸汽机的发明,使提高热机效率的问题成为当时生产领域中的重要课题之一. 19 世纪20 年代, 法国工程师卡诺从理论上研究了热机的效率问题. 卡诺的理论已经深含了热力学第二定律的基本思想，但由于受到热质说的束缚，使他当时未能完全探究到问题的底蕴。这时，有人设计这样一种机械——它可以从一个热源无限地取热从而做功，这被称为第二类永动机。1850 年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。不久，1851年开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。在提出第二定律的同时，克劳修斯还提出了熵的概念，并将热力学第二定律表述为：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵增加。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。热力学第二定律的各种表述以不同的角度共同阐述了热力学第二定律的概念，完整的表达出热力学第二定律的建立条件并且引出了热力学第二定律在其他方面的于应用及意义。 2热力学第二定律的建立及意义 2.1热力学第二定律的建立 热力学第二定律是在研究如何提高热机效率的推动下, 逐步被人们发现的。但是它的科学价值并不仅仅限于解决热机效率问题。热力学第二定律对涉及热现象的过程, 特别是过程进行的方向问题具有深刻的指导意义它在本质上是一条统计规律。与热力学第一定律一起, 构成了热力学的主要理论基础。 18世纪法国人巴本发明了第一部蒸汽机,后来瓦特改进的蒸汽机在19 世纪得到广泛地应用, 因此提高热机效率的问题成为当时生产领域中的重要课题之一. 19 世纪20 年代, 法国工程师卡诺(S.Carnot, 1796～ 1832) 从理论上研究了热机的效率问题。
第一章热力学第一定律习题
第一章热力学第一定律 一选择题 1.选出下列性质参数中属于容量性质的量: ( C ) (A)温度T；(B)浓度c；(C)体积V；(D)压力p。 2.若将人作为一个体系，则该体系为: ( C ) (A)孤立体系；(B)封闭体系；(C)敞开体系；(D)无法确定。 3.下列性质属于强度性质的是: ( D ) (A)热力学能和焓；(B)压力与恒压热容； (C)温度与体积差；(D)摩尔体积与摩尔热力学能。 4.气体通用常数R 在国际单位制中为: ( B ) (A)0.082L·atm·mol-1·K-1；(B)8.314 J·mol-1·K-1； (C)1.987cal·mol-1·K-1；(D)8.314×107 erg·mol-1·K-1。 5.关于状态函数的下列说法中，错误的是 ( D ) (A)状态一定，值一定；(B)在数学上有全微分性质； (C)其循环积分等于零；(D)所有状态函数的绝对值都无法确定。 6.下列关系式中为理想气体绝热可逆过程方程式的是 ( C ) (A)p1V1=p2V2；(B)pV=k；(C)pVγ=k；(D)10V=k·T。 7.体系与环境之间的能量传递形式有多少种？ ( C ) (A) 1；(B) 3；(C) 2；(D) 4。 8.下列参数中属于过程量的是 ( C ) (A)H；(B)U；(C)W；(D)V。 9.下列关系式成立的是 ( A ) (A)理想气体(?U/?V)T=0；(B)理想气体(?U/?p)v=0； (C)实际气体(?U/?V)T=0；(D)实际气体(?U/?p)v=0。 10.下列叙述中正确的是 ( D ) (A)作为容量性质的焓具有明确的物理意义； (B)任意条件下，焓的增量都与过程的热相等； (C)作为强度性质的焓没有明确的物理意义； (D)仅在恒压与非体积功为零的条件下，焓的增量才与过程的热相等。 11.下列叙述中正确的是 ( C ) (A)热力学能是一种强度性质的量； (B)热力学能包括了体系外部的动能与位能； (C)焓是一种容量性质的量；
热力学第一定律
热力学第一定律 【学习目标】 1．知道物体的内能是物体内所有分子的动能和势能的总和． 2．知道物体内能的变化量可以由做功的数值来量度． 3．通过焦耳的实验的观察，分析和思考，培养学生实事求是，严谨的科学态度和想象能力． 4．能区别功和内能．做功与内能变化的关系． 5．知道热传递及热传递的三种方式以及热传递的实质． 6．知道热传递与内能变化的关系，理解热功当量。 7．知道做功和热传递对改变物体内能的等效结果． 8．明确温度、热量、功和内能四个物理量的区别和联系． 9．掌握热力学第一定律及其表达式，能够从能量转化的观点理解定律； 10．会用表达式ΔU=W+Q 对问题进行分析和计算； 11．掌握能量守恒定律，理解定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象； 12．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律对有关问题进行计算、分析； 13．了解第一类永动机不可能制成的原因． 【要点梳理】 要点一、功和内能 1．热功当量实验——焦耳实验 （1）方法：在水中放置叶片，叶片上缠绕两根绳子，每根绳子各跨过一滑轮，且分别悬挂一个重物，盛水的容器用绝热性能良好的材料包好．如图所示，当重物下落时便带动叶片转动，容器中的水受叶片的搅动，水由于摩擦而温度上升． （2）结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统的状态变化相同． 2．利用电流的热效应给水加热的实验 （1）方法：如图所示，利用降落的重物使发电机发电．电流通过浸在液体的电阻丝．引起液体温度上升． （2）结论：对同一个系统，在绝热过程中，只要所做的电功相等，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同． 3．内能 （1）内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和． 内能类比于重力做功与路径无关，仅由物体初、末位置决定．而热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功也仅由初、末状态决定，与具体做功的过程和方法无关，我们认识到。任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量是系统的一种能量，叫内能． （2）内能变化和做功的关系 系统由状态1在绝热过程中达到状态2时，内能的增加量21U U U ?=－，U W ?=。 绝热过程中：内能的增加量等于外界对系统所做的功．当外力做正功时，系统内能增加，外力做负功时，系统内能减少，且内能变化量等于外力所做的功． （3）功和内能的区别 功是能量转化的量度，与内能变化相联系，是过程量，而内能是状态量，只有在内能变化过程中才有功．物体内能大，并不意味着做功多，只有内能变化大，才意味着做功多． （4）热传递和内能的改变 热传递有传导、对流和辐射三种形式． 热传递和做功对改变系统的内能来说是等效的．系统在不对外做功，外界也不对系统做功时，系统吸收的热量为Q 时则内能增加量为Q ．系统对外界放出的热量为Q 时，则内能减少Q ，即U Q ?=．
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 ．
高中物理第4章能量守恒与热力学定律3宏观过程的方向性4热力学第二定律5初识熵学业分层测评教科版3
宏观过程的方向性 热力学第二定律 初识熵 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．下列关于熵的有关说法正确的是( ) A．熵是系统内分子运动无序性的量度 B．在自然过程中熵总是增加的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大表示系统越无序 E．熵值越小表示系统越无序 【解析】根据熵的定义知A正确；从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，B正确；热力学第二定律也叫熵增加原理，C错；熵越大，系统越混乱，无序程度越大，D正确，E错误． 【答案】ABD 2．下列说法正确的是( ) A．热量能自发地从高温物体传给低温物体 B．热量不能从低温物体传到高温物体 C．热传导是有方向性的 D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的 E．气体向真空中膨胀的过程是可逆的 【解析】如果是自发的过程，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项A、C对，B错；气体向真空中膨胀的过程是不可逆的，具有方向性，选项D对，E错． 【答案】ACD 3．以下说法正确的是( ) 【导学号：74320064】A．热传导过程是有方向性的，因此两个温度不同的物体接触时，热量一定是从高温物体传给低温物体的 B．热传导过程是不可逆的 C．两个不同的物体接触时热量会自发地从内能多的物体传向内能少的物体 D．电冰箱制冷是因为电冰箱自发地将内部热量传给外界
E．热量从低温物体传给高温物体必须借助外界的帮助 【解析】热量可以自发地由高温物体传递给低温物体，热量从低温物体传递给高温物体要引起其他变化，A、B、E选项正确． 【答案】ABE 4．(2016·西安高二检测)下列说法中不正确的是( ) A．电动机是把电能全部转化为机械能的装置 B．热机是将内能全部转化为机械能的装置 C．随着技术不断发展，可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 D．虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用 E．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 【解析】由于电阻的存在，电流通过电动机时一定发热，电能不能全部转化为机械能，A错误；根据热力学第二定律知，热机不可能将内能全部转化为机械能，B错误；C项说法违背热力学第二定律，因此错误；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正确；在电流做功的情况下，热量可以从低温物体向高温物体传递，故E正确． 【答案】ABC 5．下列说法中正确的是( ) A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的 C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的 【解析】热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但可以自发地从高温物体传到低温物体；并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，故A、C正确，B、D错误，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，则E正确． 【答案】ACE 6．下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( ) 【导学号：74320065】A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动
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。
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
热力学第二定律 概念及公式总结
热力学第二定律 一、 自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程） 一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。 二、 热力学第二定律 1. 热力学的两种说法： Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化 Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化 2. 文字表述： 第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功） 功 热 【功完全转化为热，热不完全转化为功】 （无条件，无痕迹，不引起环境的改变） 可逆性：系统和环境同时复原 3. 自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程） 特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功 三、 卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机） ηη≤ηη （不可逆热机的效率小于可逆热机） 所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关 四、 熵的概念 1. 在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：ηηηη+η ηηη=η 任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关 热温商具有状态函数的性质 ：周而复始 数值还原 从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数 2. 热温商：热量与温度的商 3. 熵：热力学状态函数 熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量 ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η （数值上相等） 4. 熵的性质： （1）熵是状态函数，是体系自身的性质 是系统的状态函数，是容量性质 （2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和 （3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变 （4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量 （5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性 （6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变 （7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。若系统已处于平衡状态，则其中的任何过程一定是可逆的。 五、克劳修斯不等式与熵增加原理 不可逆过程中，熵的变化量大于热温商 ηηη→η?(∑ηηηηηηη)η>0 1. 某一过程发生后，体系的热温商小于过程的熵变，过程有可能进行不可逆过程 2. 某一过程发生后，热温商等于熵变，则该过程是可逆过程
第二章热力学第一定律练习题及解答
第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。 答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 答：是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得 变。 （3）因为ΔU=Q V ，ΔH=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗？ 答：是错的。?U ，?H 本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与Q V ，Q p 的数值相等，所以Q V ，Q p 不是状态函数。 （4）根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如要对外做功，必须从 外界吸收热量。 答：是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+，它不仅说明热力学能（ΔU ）、热（Q ）和 功（W ）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热，也可转化为热力学能系。 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时ΔH=Q p =0 答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即W f ≠0，所以ΔH≠Q p 。 （6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1，焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相 同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q 2，焓变为ΔH 2，则ΔH 1=ΔH 2。 答：是对的。Q 是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q 值不同，焓（H ）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题，并说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火 车的速度加快？ 答？不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。
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