2、 第二种表述:如果没有其他变化,不可能从单一热源吸收热量全部用来做功。即第二类永动机不可能制成。(开尔文表述)
实质:机械能向内能转化有方向性
1、 第一种表述:如果没有其他变化,不可能使热量由低温物体传到高温物体。(克劳修斯表述) (其他变化――是指从单一热源吸热并把它用来做功以外的任何变化。)
实质:热传递具有方向性,不可逆
2、第一类永动机--不消耗能量,持续对外做功(违反能量守恒定律,不能制成)
[例] 下列说法中正确的是
A.物体吸热后温度一定升高
B.物体温度升高一定是因为吸收了热量
C.0℃的冰化为0℃的水的过程中内能不变
D.100℃的水变为100℃的水汽的过程中内能增大
解析:吸热后物体温度不一定升高,例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热,而温度不变,这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加,所以A不正确。做功也可以使物体温度升高,例如用力多次来回弯曲铁丝,弯曲点铁丝的温度会明显升高,这是做功增加了物体的内能,使温度上升,所以B不正确。冰化为水时要吸热,内能中的分子动能不变,但分子势能增加,因此内能增加,所以C不正确。水沸腾时要吸热,内能中的分子动能不变但分子势能增加,所以内能增大,D正确。
例1、如图示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于X轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示,F>0为斥力,F<0为引力,a、b、c、d为X轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放,则( )
A、乙分子从a到b做加速运动,由b到c做减速运动
B、乙分子从a到c做加速运动,到达c时速度最大
C、乙分子从a到b的过程中,两分子的分子势能一直增加
D、乙分子从b到d的过程中,两分子的分子势能一直增加
分析:
乙分子从a到b、c、d的运动过程中,先是分子的引力作用,加速度的方向跟运动方向一致,所以加速运动,到达c位置时,分子力等于零,加速度也就等于零,运动的速度是最大。从c再到d运动时,分子力为斥力,加速度的方向跟运动的方向相反,速度减小。通过分子力做功情况判断两分子的势能如何变化。(略)
例2、如图示,容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压恒定。A、B的底部带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中水面高,打开阀门K后,A中的水向B中流,最后达到平衡,这个过程中( )
A、大气压力对水做功,水的内能增加
B、水克服大气压力做功,水的内能减小
C、大气压力对水不做功,水的内能不变
D、大气压力对水不做功,水的内能增加分析:设大气压为P,A、B活塞的表面积分别为S1和S2,打开阀门后A容器中的水流到B容器中,A容器中的水面下降h1,B容器中的水面上升h2,根据压强与压力的关系及水的流动体积不变的原理,可以推导出,大气压力对A、B两活塞做功的代数和等于零。但是水的重力势能发生了变化,水的重力势能变了,根据能量守恒定律可知,水减小的机械能将转化为水的内能。
例3、一颗质量为10g的子弹以400m/s的速度水平射入置于光滑水平桌面上的质量为1kg的木块后又从木块中穿出,木块从桌边滑出后着地点与桌边的水平距离为1.4m,已知桌面高为0.8m,取g=10m/s2,设子弹射穿木块过程中系统损失的机械能全部转化为系统的内能,求在这一过程中系统内能的增加量。
分析:运用能量守恒观点求解。(略)
1、表示内能的改变、做功、热传递之间的关系
5、 同温度的水和氢气相比,氢气的平均速度大(√)
4、 温度升高,所有的分子的平均动能都变大(×)
3、 体积变大,内能变大(×)
2、 20℃的水和20℃的铜的平均动能相同(√)
(1)分子间无相互作用力,分子势能为零;
(2)一定质量的理想气体的内能只与温度有关。
(3)在温度不太低、压强不太大(常温常压)的条件下,实际气体可以近似为理想气体。
练习
1、 物体平均速度大的物体的温度高(×)
热量是在热传递的过程中转移的内能,它只有在转移的过程中才有意义,热传递使物体的温度改变。温度不同是热传递的条件(类比:云――雨――水)
例如:两物体温度不同相接触,热量从高温物体相低温物体传递,高温物体内能减少,温度降低,低温物体内能增加,温度升高。
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