1、第3节热力学定律与能量守恒定律知识点1热力学第一定律1改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递2热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和(2)表达式：UQW.3UWQ中正、负号法则物理量WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少知识点2热力学第二定律及微观意义1热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响或表述为“第二类永动机是不可能制成的”2用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个
2、孤立系统的总熵不会减小(填“增大”或“减小”)3热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行知识点3能量守恒定律和两类永动机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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变2能源的利用(1)存在能量耗散和品质下降(2)重视利用能源时对环境的影响(3)要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等)3两类永动机(1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器违背能量守恒定律，因此不可能实现(2)第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外
3、做功，而不引起其他变化的机器违背热力学第二定律，不可能实现 核心精讲1UQW的三种特殊情况过程名称公式内能变化物理意义绝热Q0UW外界对物体做的功等于物体内能的增加等容W0QU物体吸收的热量等于物体内能的增加等温U0WQ外界对物体做的功，等于物体放出的热量2.改变内能的两种方式的比较两种方式做功热传递内能变化情况外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少区别从运动形式上看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递则是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移从能量的角度
4、看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的题组通关1如图1131所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)的容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体()图1131A温度升高，压强增大，内能减少B温度降低，压强增大，内能减少C温度升高，压强增大，内能增加D温度降低，压强减小，内能增加C容器绝热，活塞对气体做功，由热力学第一
5、定律可知，气体内能增加；温度是分子平均动能的标志，气体内能增加，故温度一定升高；根据理想气体状态方程C(恒量)可知，T增大，V减小，则p一定增大，C正确2.(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pT图象如图1132所示下列判断正确的是() 【导学号：96622195】图1132A过程ab中气体一定吸热B过程bc中气体既不吸热也不放热C过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热Da、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小AD由p T图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab一定吸热，选项A正确；过程bc温
6、度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由p T图象可知，a状态气体温度最低，则分子平均动能最小，选项D正确3一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少
7、？【解析】(1)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J，气体的内能增加了160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功80 J.【答案】(1)增加了160 J(2)外界对气体做功80 J名师微博判定物体内能变化的方法1内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析2做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对
8、气体做功，W为正3与外界绝热，则不发生热传递，此时Q0.4如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化核心精讲1在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响如吸热、放热、做功等2热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过
9、程都具有方向性3热力学过程方向性实例(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积V1气体体积V2(V1V2)(4)不同气体A和B混合气体AB.题组通关4(多选)根据热力学定律，下列说法中正确的是()A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B空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”AB热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热
10、库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误5根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()A机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能B凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到293 D第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 A机械能可以全部
11、转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到293 ，只能无限接近273.15 ，却永远不能达到，C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误名师微博两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之
12、完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒不违背能量守恒，违背热力学第二定律师生共研如图1133所示，汽缸A、B的长度均为60 cm，截面积均为40 cm2，C是可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门整个装置均由导热材料制成原来阀门关闭，A内有压强pA2.4105 Pa的氧气B内有压强pB1.2105 Pa的氢气阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡求：图1133(1)活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；(2)活塞C移动过程中B中气体是吸热还是放热(简要说明理由)(假定氧气和氢气均视为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略)【规范解答】(1)根据玻意耳定律，对A
13、部分气体有pALSp(Lx)S对B部分气体有pBLSp(Lx)S代入相关数据解得x20 cm，p1.8105 Pa.(2)活塞C向右移动的过程中活塞对B中气体做功，而气体发生等温变化，内能不变，故B中气体向外界放热【答案】(1)20 cm1.8105 Pa(2)活塞C移动过程中B中气体放热，理由见解析气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法1气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体2解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决3对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)要做功，如果是等压变化，WpV；只要温度发
14、生变化，其内能就发生变化4结合热力学第一定律UWQ求解问题题组通关6(多选)一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体的压强随热力学温度的变化如图1134所示，则此过程()图1134A气体的密度增大B外界对气体做功C气体从外界吸收了热量D气体分子的平均动能增大AB由图象可得：从状态A到状态B，该理想气体做等温变化，而压强变大，由理想气体状态方程C，气体的体积V减小，由密度公式，故气体的密度增大，选项A正确；温度是分子平均动能的标志，温度不变，气体分子的平均动能不变，选项D错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度不变，内能不变，而体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，该气体要
15、放热，故选项B正确，选项C错误7(2017淮安模拟)如图1135所示在绝热汽缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ，封闭气柱长9 cm，活塞横截面积S50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 。已知大气压强等于105 Pa，求：图1135(1)加热后活塞到汽缸底端的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少【解析】(1)取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为L1S，温度为T1(27327)K300 K，末状态的体积为：L2S，温度为T2(273127)K400 K气体做等压变化，则：代入数据得：L212 cm.(2)在该过程中，气体对外做功：WFLp0S(L2L1)10550104(129)102 J15 J，由热力学第一定律：U QW22 J15 J7 J.【答案】(1)12 cm(2)7 J