2019物理同步新一线教科选修3-3（课件+讲义+精练）：第五章 能源与可持续发展(共6份打包)

热力学基础 专题一 做功和热传递的区别 做功和传热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。理解时应注意以下两点： (1)存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是热传递过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关。 (2)机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量，两者没有直接关系，但可以相互转化。 [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，这是因为在这个过程中(　　) A．气体对外做功，同时向外传递热量 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 [解析]　气体迅速放出时，体积增大，对外做功，同时温度降低，从外界吸热，使气嘴处温度降低。 [答案]　B 专题二 热力学第一定律及应用 1.理想气体：温度升高内能一定增加，反之减小，等温过程内能不变。 2．做功看气体体积的变化情况，若仅是气体体积增大，是气体对外做功，反之是外界对气体做功，等容过程气体和外界都不做功。 3．吸、放热情况要根据W＋Q＝ΔU来判断。 [例2]　[多选]一定质量的气体，从同一个初始状态经过一个压缩过程后体积减小为原来的一半，这个压缩过程可以是等温的或者是等压的，已知在等温压缩过程中，外界对气体做功为W1，气体向外放热为Q1，在等压压缩过程中，外界对气体做功为W2，气体向外放热为Q2，则(　　) A．W1>W2　　　　　　　　 B．W1<W2 C．Q1<W2 D．Q2>W2 [解析]　等温过程ΔU＝0，由W1－Q1＝0，得W1＝Q1。 等压过程中，体积减小，温度降低，内能减少。 由W2－Q2＝－ΔU，得Q2＝W2＋ΔU，则Q2>W2，故D对。作出两种情况下的p ­V(图)知，外界对气体做的功在数值上等于图线与V轴所围的面积，则W1>W2，B不对，因为W1＝Q1，所以Q1>W2，C不对。 [答案]　AD 专题三 能量守恒定律的应用 在应用能量守恒定律处理问题时，首先要分清系统有多少种能量(如动能、势能、内能、电能)在相互转化，哪种形式的能增加了，哪种形式的能减少了，某种形式的能增加，一定存在着其他形式的能减少，且增加量等于减少量。其实，计算时要在各自领域内遵循各自的规律，如在机械能领域内遵循动力学的规律。 [例3]　某学校兴趣小组为了估算太阳的全部辐射功率，做了如下研究：在横截面积为3 dm2的圆筒内装有0.54 kg的水，太阳光垂直照射它2 min，水温升高了1℃，经查阅资料可知，大气顶层的太阳能只有45%到达地面，太阳与地球之间的平均距离为1.5×1011 m，请你帮助他们估算出太阳的全部辐射功率是多少？ [解析]　设0.54 kg水温度升高1℃所吸收的热量为Q，则Q＝cmΔt＝4.2×103×0.54×1 J＝2.268×103 J。设地球表面单位时间、单位面积上获得的热量为Q′，则Q′＝ W/m2＝6.3×102 W/m2。 ＝ 太阳向地球表面单位面积上辐射能量的功率为：P′＝ W/m2＝1.4×103 W/m2。 ＝ 以太阳与地球间距离为半径的球体的表面积为： S′＝4πr2＝4×3.14×(1.5×1011)2 m2＝2.8×1023 m2。 太阳的全部辐射功率为： P＝P′S′＝1.4×103×2.8×1023 W＝3.9×1026 W。 [答案]　3.9×1026 W 专题四 热力学第二定律及其应用 1.分析问题的方法 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。 2．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，因而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。 [例4]　随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期