【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 。 ? 7. 熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的區(qū)別與聯(lián)系 ? 熱力學(xué)第一定律 ， 是跟熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒定律的特殊表達(dá)形式 ， 它說明功 、 熱量與內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系 。 ? 熱力學(xué)第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向 ， 它說明一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程是不可逆的 。 熱力學(xué)第二定律的兩種表述方式 ， 都說明了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程進(jìn)行的方向 ， 兩種表述是一致的 ， 可以證明若違反了其中一種表述 ， 必然違反另一種表述 . ? 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律 ， 二者相互獨(dú)立 ， 又相互補(bǔ)充 ， 都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ) 。 ? [例 15] 關(guān)于空調(diào)機(jī) 、 下列說法正確的是 ? （ A） 致冷空調(diào)機(jī)工作時(shí) ， 熱量從低溫物體傳到高溫物體 ? （ B） 致暖空調(diào)機(jī)工作時(shí) ， 熱量從高溫物體傳到低溫物體 ? （ C） 冷暖空調(diào)機(jī)工作時(shí) ， 熱量既可以從低溫物體傳到高溫物體 ，也可以從高溫物體傳到低溫物體 ? （ D） 冷暖空調(diào)機(jī)工作時(shí) ， 熱量只能從低溫物體傳到高溫物體 ? 答案： A、 D ? [例 16] 關(guān)于 “ 永動(dòng)機(jī) ” ， 下列說法正確的是 （ ） ? （ A） 不消耗任何能量和燃料 ， 卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器是絕對(duì)不可能制造成功的 ， 因?yàn)樗`背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 ? （ B） 只要不違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的機(jī)器是一定能夠制造成功的 ? （ C） 只從單一熱源取熱 ， 使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響的機(jī)器是可以制造成功的 ? （ D） 熱效率百分之百的熱機(jī)是絕對(duì)不可能制造成功的 ? 答案： A、 D ? [例 17] 下列說法中正確的有 ? （ A） 熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體 ， 但不能從低溫物體傳到高溫物體 ? （ B） 熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體 ， 也可能從低溫物體傳到高溫物體 ? （ C） 機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量 ， 但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功 ? （ D） 機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量 ， 熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功 ? 答案： B、 D ? [解后反思 ] 熱力學(xué)第二定律指出能量轉(zhuǎn)化與守恒在與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中 ， 能否實(shí)現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向 ， 正確理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述方式是解答該題的關(guān)鍵 ， 熱力學(xué)第二定律是教材新增加的內(nèi)容 ， 應(yīng)重視該定律在實(shí)際中的應(yīng)用 。 ? [例 18] 用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路 ， 接觸點(diǎn) 1插在熱水中 ， 接觸 2點(diǎn)插在冷水中 ， 如圖 （ 7） 所示 ，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) ， 這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象 。 這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律 ？ 熱水和冷水的溫度是否會(huì)發(fā)生變化 ？ 簡(jiǎn)述這個(gè)過程中能的轉(zhuǎn)化情況 。 ? 答案：不違反 。 熱水降溫 、 冷水升溫 。 熱水部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能 ， 部分電能又轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能 。 ? 8. 能量耗散 ? （ 1） 若其他形式的能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 ， 這些內(nèi)能最終流散到周圍的環(huán)境中 ， 沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用 ， 這種現(xiàn)象叫做能量的耗散 。 ? （ 2） 能量耗散現(xiàn)象從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有的方向性 。 ? 9. 能源和環(huán)境 ? （ 1） 能夠提供可利用能量的物質(zhì)叫做能源 。 ? （ 2） 常規(guī)能源：煤 、 石油 、 天然氣等 。 ? （ 3） 新能源：風(fēng)能 、 水流能 、 太陽能 、 核能 、 地?zé)崮?、 海洋能等 。 ? （ 4） 能源的利用過程實(shí)際上是能量轉(zhuǎn)化的過程 ， 利用常規(guī)能源不可避免地帶來粉塵和廢氣污染 。 合理利用常規(guī)能源 ， 不斷開發(fā)新能源 ， 有利于保護(hù)自然環(huán)境 ，有利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施 。 ? [例 19] （ 2022年全國卷 ） “ 和平號(hào) ” 空間站已于 2022年 3月23日成功地墜落在南太平洋海域 ， 墜落過程可簡(jiǎn)化為從一個(gè)近圓軌道 （ 可近似看作圓軌道 ） 開始 ， 經(jīng)過與大氣摩擦 ， 空間站的絕大部分經(jīng)過升溫 、 熔化 、 最后汽化而銷毀 ， 剩下的殘片墜入大海 ，此過程中 ， 空間站原來的機(jī)械能除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外 ， 還有一部分能量 E＇通過其他方式散失 （ 不考慮墜落過程中化學(xué)反應(yīng)的能量 ） 。 （ 1） 試導(dǎo)出以下列各物理量的符號(hào)表示散失能量 E＇的公式 。 （ 2） 算出 E＇的數(shù)值 （ 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 ） 。 ? 墜落開始時(shí)空間站的質(zhì)量 M= 105kg； ? 軌道離地面的高度為 h=146km； ? 地球半徑 R= 106m； ? 墜落空間范圍內(nèi)重力加速度可看作 g=10m/s2； ? 入海殘片質(zhì)量 m= 104kg； ? 入海殘片的溫度升高 △ T=3000K； ? 入海殘片的入海速度為聲速 v=340m/s； ? 空間站材料每一千克升溫 1K平均所需能量 c= 103J； ? 每銷毀 1千克材料平均所需能量 μ= 107J。 ? [例 20] 如圖 （ 8） 中 ， 容器 A、 B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞 ， 活塞下面是水 ， 上面是 A空氣 ， 大氣壓恒定 ， A、 B的底部由帶有閥門 K的管道相連 ， 整個(gè)裝置與外界絕熱 。 原先 ， A中水面比 B中高 ， 打開閥門 ， 使 A中水逐漸向 B中流 ， 最后達(dá)到平衡 ， 在這個(gè)過程中 ? （ A） 大氣壓力對(duì)水做功 ， 水的內(nèi)能增加 ? （ B） 水克服大氣壓力做功 ， 水的內(nèi)能減少 ? （ C）大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變 ? （ D） 大氣壓力對(duì)水不做功 ， 水的內(nèi)能增加 ? 答案： D ? A ? （ 三 ） 氣體 ? 1. 氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) ? （ 1） 分子間的距離較大 ， 使得分子間的相互作用力十分微弱 ， 可認(rèn)為分子間除碰撞外不存在相互作用力 ， 分子在兩次碰撞之間做勻速直線運(yùn)動(dòng) 。 ? （ 2） 分子間的碰撞十分頻繁 ， 頻繁的碰撞使每個(gè)分子速度的大小和方向頻繁地發(fā)生改變 ， 造成氣體分子做雜亂無章的熱運(yùn)動(dòng) 。 ? （ 3） 氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相同 ， 沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目相等；分子速率按 “ 中間多 ，兩頭少 ” 的規(guī)律分布 ， 即分子運(yùn)動(dòng)速率很小和很大的都很少 ， 而在某一速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)目最多；在一定的溫度下 ， 某種氣體的分子速率分布是確定的 ， 所以 ， 在此溫度下這種氣體分子的平均速率是一定的 ，溫度越高 ， 分子的平均速率越大 。 ? [例 21] 在一定溫度下 ， 某種氣體的速率分布應(yīng)該是 （ ） ? （ A） 每個(gè)分子速率都相等 ， 沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目相等 ? （ B） 每個(gè)分子速率一般都不相等 ， 速率很大和速率很小的分子數(shù)目都很少 ? （ C） 每個(gè)分子速率一般都不相等 ， 但在不同速率范圍內(nèi) ， 分子數(shù)的分布是均勻的 ? （ D） 每個(gè)分子速率一般都不相等 ， 速度很大和速率很少的分子數(shù)目很多 ? 答案： B ? 2. 氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生及微觀解釋 ? （ 1） 氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因： ? 氣體的壓強(qiáng)是大量分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生的 ， 單個(gè)分子碰撞器壁的沖力是短暫的 ， 但大量分子頻繁地碰撞器壁 ， 對(duì)器壁就產(chǎn)生了持續(xù) 、 均勻的壓力 ， 氣體的壓強(qiáng)數(shù)值上等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力 。 ? （ 2） 決定氣體壓強(qiáng)大小的因素： ? 單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)越多 ， 分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)單位面積器壁碰撞的次數(shù)就越多 ， 壓強(qiáng)就越大；溫度越高 ， 氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大 ， 每個(gè)分子對(duì)器壁碰撞的作用力就會(huì)越大 ， 氣體的 壓強(qiáng)也就越大 ， 由此可知：氣體的壓強(qiáng)由 “ 氣體分子的密度 ” 和“ 平均動(dòng)能 ” 決定 。 ? 注意： ? 必須強(qiáng)調(diào) “ 氣體分子密度 ” 和 “ 氣體密度 ” 的區(qū)別 。 “ 氣體分子密度 ” 反映了氣體中分子的密集程度 ， 數(shù)值上等于氣體分子數(shù)與氣體體積的比值 ， 即單位體積的氣體分子的個(gè)數(shù) 。 而 “ 氣體密度 ” 則是單位體積的氣體質(zhì)量 。 ? [例 22] （ 2022年全國高考試題 ） 對(duì)于一定量的氣體 ， 下列四個(gè)論述中正確的是 ? （ A） 當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)變劇烈時(shí) ， 壓強(qiáng)必變大 ? （ B） 當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)變劇烈時(shí) ， 壓強(qiáng)可以不變 ? （ C） 當(dāng)分子間的平均距離變大時(shí) ， 壓強(qiáng)必變小 ? （ D） 當(dāng)分子間的平均距離變大時(shí) ， 壓強(qiáng)必變大 ? 答案： B ? [解后反思 ] 根據(jù)決定氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)因素 ， 分析判斷氣體壓強(qiáng)的變化情況是本單元的重點(diǎn) ， 也是高考的熱點(diǎn) ， 解答此類問題一定要同時(shí)分析溫度和分子密度這兩個(gè)因素對(duì)氣體壓強(qiáng)的影響 ， 如果只根據(jù)其中的一個(gè)因素進(jìn)行分析 ， 就會(huì)得出錯(cuò)誤的判斷 。 ? [例 23] 有關(guān)氣體壓強(qiáng) ， 下列說法正確的是 （ ） ? （ A） 氣體分子的平均速率增大 ， 則氣體的壓強(qiáng)一定增大 ? （ B） 氣體分子密度增大 ， 則氣體的壓強(qiáng)一定增大 ? （ C） 氣體分子的平均動(dòng)能增大 ， 則氣體的壓強(qiáng)可能增大 ? （ D） 氣體分子的平均動(dòng)能增大 ， 氣體的壓強(qiáng)可能減小 ? 答案： C、 D ? [例 24] （ 2022年江蘇高考試題 ） . 甲 、 乙兩個(gè)相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體 ， 已知甲 、 乙容器中氣體的壓強(qiáng)分別為 P甲 、 P乙 ， 且 P甲 ＜ P乙 。 則 ? （ A） 甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度 ? （ B） 甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度 ? （ C） 甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能小于乙容器中氣體分子的平均動(dòng)能 ? （ D） 甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能大于乙容器中氣體分子的平均動(dòng)能 ? 答案： B、 C