第05&06章 章末整合-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-3）

第5、6章章末整合 热力学定律 能源与可持续发展 一、做功、热传递与内能变化的关系 1．做功与热传递的区别与联系 做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不同．做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的转移． 2．热力学第一定律 正确理解ΔU＝W＋Q的意义及符号含义是解决本类问题的关键． (1)外界对物体做功，W>0；物体对外做功，W<0；[来源:Z|xx|k.Com] (2)物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0； (3) 【例1】　当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现车胎气嘴处的温度明显降低，则在这个过程中(　　) A．气体对外做功，同时向外散发热量 B．气体对外做功，车胎内气体温度降低，从外界吸热 C．外界对车胎内气体做功，车胎内气体向外传递热量 D．外界对车胎内气体做功，同时向车胎内气体传递热量 答案　B 解析　气体迅速放出时短时间内认为Q＝0，气体体积膨胀对外做功，W<Q，所以ΔU<0，温度降低；因为车胎内温度低于环境温度从外界吸热．故正确答案为B. 【例2】　一定质量的理想气体自状态A经状态C变化到状态B.这一过程的V­T图象表示如图1所示，则(　　) 图1[来源:学.科.网] A．在过程A→C中，外界对气体做功，内能不变 B．在过程C→B中，外界对气体做功，内能增加 C．在过程A→C中，气体压强不断变大 D．在过程C→B中，气体压强不断减小 答案　AC 解析　由图象可知，A→C过程是等温压缩，C→B过程是等容升温，据气态方程可判断出：A→C过程气体体积变小，外界对气体做功，气体内能不变，气体压强不断变大；C→B过程气体体积不变，内能增加，显然气体从外界吸热，气体压强不断增大，故A、C正确． 借题发挥　(1)由图象的物理意义，结合＝C气体的状态方程，明确气体的状态变化． (2)根据ΔU＝W＋Q，作出判断． 【例3】　一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问： (1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？ 答案　(1)内能减少1.8×105J (2)分子势能增加[来源:学#科#网][来源:学科网] (3)分子平均动能减少 解析　(1)气体从外界吸热为Q＝4.2×105J，气体对外做功W＝－6×105J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105J.ΔU为负，说明气体的内能减少了．所以，气体内能减少了1.8×105J.[来源:Zxxk.Com] (2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了． (3)因为气体内能减少，同时分子势能增加，所以分子平均动能减少．[来源:学。科。网][来源:学§科§网Z§X§X§K] 二、能量守恒定律及应用 1．能量守恒定律：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另一个物体，在能的转化或转移过程中其总量不变． 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化． 2．应用能量守恒定律解题的方法和步骤 (1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化． (2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式． (3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增． ①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等．[来源:学科网ZXXK] (4)解方程，代入数据，计算结果． 【例4】　在近地的高空中，雨滴几乎是匀速下落的，设在此过程中所产生的热量有30%被雨滴吸收，求雨滴在近地下落40 m前、后的温度差？(g取10 m/s2) 答案　升高0.03 ℃ 解析　设雨滴的质量为m 因为雨滴匀速下落，所以雨滴重力势能的减少等于雨滴克服阻力所做的功 雨滴重力势能的减少，W＝mgh＝400m J 转化成雨滴内能的为Q＝W·η＝400m J×30%＝120m J[来源:Z.xx.k.Com] 由Q＝cmΔt得：Δt＝＝0.03 ℃ 借题发挥　应用能量守恒定律解决问题时，首先应明确有哪几种能量参与转化或转移，哪些能量增加，哪些能量减小，然后利用守恒的观点列出方程求解． 三、热力学第二定律的应用[来源:Z#xx#k.Com] 1．热力学第二定律的两种表述 (1)按照热传递的方向性表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这是热力学第二定律的克劳修斯表述． (2)按照机械能与内能转化的方向性表述为：不可能从单一热库吸收热量，使之完