1、第2讲 热力学定律及能量守恒 气体 考点1 热力学定律、能量守恒定律 1.热力学第一定律（1）内容：外界对物体_加上物体从外界_ 等于物体内能的增加量 U.（2）表达式：U=_.做的功W 吸收的热量Q W+Q 2.热力学第二定律（1）表述1：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而 _.（2）表述2：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外 做功，而_.（3）意义:热力学第二定律表明自然界中进行的涉及热现象的 宏观过程都具有_.不引起其他变化 不引起其他变化 方向性 3.热力学第三定律：热力学零度不可达到 4.热力学温度和摄氏温度关系（1）T=_.（2）T=_.5.能量守恒定律 能量既不会凭
2、空产生，也不会凭空消失，它只能_转 化为_，或者_转移到_，在 能的转化或转移过程中其总量_.t+273.15 K t 从一种形式 另一种形式 从一个物体 另一个物体 不变 1.热力学第一定律（1）符号规定.W 外界对物体做功W0 物体对外界做功W0 物体向外界放出热量 Q0 物体内能减小 U0（2）实质:热力学第一定律是能量守恒的具体体现,说明能量在转移和转化的过程中是守恒的.2.热力学第二定律 热力学第二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过程的发生 具有方向性.热力学过程方向性实例:（1）（2）（3）（4）由以上可知,并非所有能量守恒的过程都能实现.QQ热量 能自发传给热量 不能自发传给高
3、温物体低温物体.自发地完全转化为不能完全转化为功能热量1221VV VV.能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积气体体积（）ABAB.能自发混合成不能自发分离成不同气体 和混合气体3.两类永动机比较 第一类永动机 第二类永动机 不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器 从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器 违背能量守恒定律，不可能实现 违背热力学第二定律，不可能实现给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若 车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内 气体（）A.从外界吸热 B.对外界做负功 C.分子平均动能减小 D.内能增加【解析】选A.若车胎不漏气，气体温
4、度不变，不计分子势能，则气体分子平均动能不变，内能也不变，故C、D两项均错.缓慢放水过程中气体膨胀，对外界做正功，再由热力学第一定律知气体从外界吸热，故A对B错.考点2 气体状态参量 1.温度（T或t）（1）物理意义:宏观上表示物体的_；微观上标志物体 内分子热运动的激烈程度.它是物体分子_的标志.冷热程度 平均动能（2）两种温标.摄氏温标（t）:单位.在1个标准大气压下,水的冰点作为 _,沸点作为_.热力学温标（T）:单位K.把_作为0 K.绝对零度（0 K）是低温的极限,只能接近不能达到.2.体积（1）宏观上：容纳气体的_.（2）微观上：气体分子所能达到的_.0 100-273 容器的容积
5、 空间体积 3.压强（1）宏观上：器壁单位面积上受到的_.（2）微观上：大量气体分子单位时间作用在单位面积上的 _.（3）决定因素 宏观上：气体的_、_和物质的量.微观上：单位体积内的_和分子的平均_.（4）单位换算:1 atm=_ cmHg=_ Pa.压力 总冲量 体积 温度 分子数 动能 76 1.013105 1.气体的温度、体积、压强之间的关系 一定质量的气体，当一个参量不变时，另两个参量的关系为（1）等温变化：分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积内分子数目增多，气体的压强增加.（2）等容变化：单位体积内的分子数目不变，温度升高，分子的平均动能增加，气体的压强增加.（3）等压变化：
6、温度升高，气体分子的平均动能增加，只有气体的体积增大，单位体积内的分子数减少，才可保持气体的压强不变.2.热力学第一定律在气体状态变化中的应用 理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内 能只取决于温度，而与体积无关.在气体状态变化过程中，三 个状态参量（p、V、T）遵循气体状态方程 （或 恒量）.112212p Vp VTTpVT 3.气体压强常见的计算方法（1）液体内深为h处的总压强p=p0+gh,式中的p0为液面上方的压强,在水银内,用cmHg做单位时可表示为p=H+h.（2）求用固体（如活塞）或液体（如液柱）封闭在静止的容器内的气体压强,应对封闭物进行受力分析,然后根据平衡
7、条件求解.（2012南京模拟）一定质量的理想气体,经等温压缩,气体的压强增大,用分子动理论的观点分析,这是因为（）A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲量增大 B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多 C.气体分子的总数增加 D.气体分子的密度增大【解析】选B、D.理想气体经等温压缩,压强增大,体积减小,分子密度增大,则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多,故B、D正确.对一定质量的理想气体,分子总数不变,C错.由于气体等温变化,分子的平均动能不变,故每次撞击器壁的平均冲量不变,A错.热力学第一定律与气体的综合应用【例证1】如图所示,一绝热容器被隔板K分隔成a、b两部分.
8、已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中（）A气体对外界做功,内能减少 B气体不做功,内能不变 C气体压强变小,温度降低 D气体压强变小,温度不变【解题指南】解答该题应注意以下两点:（1）容器为绝热容器,与外界没有能量交换.（2）b内为真空,则a内气体进入b时没有做功.【自主解答】选B、D.在本题中由于b内为真空，当a内气体膨胀时，无受力物体，因此气体并不对外做功，又由于容器绝热，气体与外界无热交换，所以气体的内能不变，故A错，B正确；由于气体是稀薄气体，所以可把气体看成理想气体，此时不考虑分子间的作用力，即不必考虑分子势能，气体的内能
9、只由分子动能决定，此过程中气体的温度不变，由于体积增大，分子密度减小，所以压强变小，故C错,D正确.【总结提升】解答该题的关键是:（1）容器绝热,气体与外界无热交换.（2）b内为真空,a中气体虽然膨胀,但不对外做功,现对易错选项及错误原因具体分析如下:易错选项 错误原因 易错选A项 误认为只要气体膨胀就一定对外做功,再由热力学第一定律判断其内能减少.而实际上由于b内为真空.当a部分的气体膨胀时，没有受到外界的压力，所以气体膨胀时并未对外做功.易错选项 错误原因 易错选C项 由上述结论,误判断温度降低；或者误认为气体的体积膨胀时，分子间距离变大，克服分子力做功，分子势能增加，导致分子动能减小，使
10、气体温度降低.而实际上稀薄气体可等效为理想气体，不考虑分子力，也就不考虑分子势能.气体实验定律的应用【例证2】（2011上海高考）（10分）如图,绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦.两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为V0、温度均为T0.缓慢加热A中气体,停止加热达到稳定后,A中气体压强为原来的1.2倍.设环境温度始终保持不变,求汽缸A中气体的体积VA和温度TA.【解题指南】解答本题要把握以下思路:（1）处于平衡状态时A、B中气体的压强相等.（2）B汽缸导热,内部气体做等温变化,由玻意耳定律分析.（3）A汽缸绝热,内部气体的p、V、T均变
11、化,由气体状态方程分析.【规范解答】设初态压强为p0,膨胀后A、B压强相等 pB=1.2p0 （2分）B中气体始末状态温度相等 p0V0=1.2p0（2V0-VA）（2分）所以 （2分）A部分气体满足 （2分）所以TA=1.4T0 （2分）答案：1.4T0 A07VV6000A0Ap V1.2p VTT07 V6【总结提升】应用状态方程解题的一般步骤（1）明确研究对象,即质量一定的那部分气体或两部分气体.（2）确定每部分气体的始末状态参量p1、V1、T1及p2、V2、T2.（3）建立状态方程,对相关的两部分气体还要列出压强或体积间的关系方程.（4）注意讨论结果的合理性.考查内容关于气体图象问题
12、【例证】如图甲所示是一个右端开口的圆筒形汽缸，活塞可以在汽缸内自由滑动.活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，此时气体的温度为27.若给汽缸加热，使气体温度升高，让气体推动活塞从MN缓慢地移到PQ.已知大气压强p0=1.0105 Pa.求：（1）当活塞到达PQ后缸内气体的温度；（2）把活塞锁定在PQ位置上，让气体的温度缓慢地降到27,求此时气体的压强并分析判断该过程气体是放热还是吸热；（3）在图乙中画出上述两个过程中气体压强p随温度T变化的图象.【规范解答】（1）此过程为等压变化过程p1=p2=p0=1105 Pa,V2=2V1，T1=300 K 由 得：T2=600 K（2）此过程为等容变化过
13、程，T3=300 K 由查理定律：得：p3=0.5105 Pa 1212VVTT3223ppTT该过程中气体温度降低，内能减少，体积不变，做功为零，由热力学第一定律可判断气体向外放热.（3）pT图象如图所示.答案：（1）600 K （2）0.5105 Pa 放热（3）见规范解答 1.（2011广东高考）如图为某种 椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气 体不与外界发生热交换，在M向下滑 动的过程中（）A.外界对气体做功，气体内能增大 B.外界对气体做功，气体内能减小 C.气体对外界做功，气体内能增大 D.气体对外界做功，气体内能减小【解
14、析】选A.M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，由热力学第一定律知，Q=0，内能的改变取决于做功，因外界对气体做功，故气体的内能增大，A正确，B、C、D错误.2.（2012河池模拟）一定质量的理想气体处于平衡态,现设法使其温度升高而压强减小达到平衡态,则（）A.状态时气体的密度比状态时气体的密度小 B.状态时分子的平均动能比状态时分子的平均动能大 C.从状态到状态过程中气体要向外放热 D.从状态到状态过程中气体要对外做功【解析】选D.由 =常数知,温度升高而压强减小时,体积一 定增大,即对外做功,气体的密度减小,A错，D对.又由U=W+Q 知,气体一定吸热,C错.温度升高,气体分
15、子的平均动能增大,B 错.pVT3.一定质量理想气体的状态经历了如图所示 的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长 线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行.则气体体积在（）A.ab过程中不断增加 B.bc过程中保持不变 C.cd过程中不断增加 D.da过程中保持不变【解析】选A、B.由 可知pT图中斜率 C为定值.据 此可知ab过程中体积增加，A项正确；bc过程体积不变，B项正 确；cd过程中体积减小，C项错误；由于Od直线的斜率与Oa直线 的斜率不等，故d、a状态体积不等，D错误.pVCT CkV，4.（2012绵阳模拟）医疗室用的电热高压 灭菌锅的锅盖密封良好,盖上有一个排气孔,上面扣一个限压阀,利用其重力将排气孔压 住.排气孔和限压阀的示意图如图所示.加热 过程中当锅内气压达到一定程度时,气体就 会把限压阀顶起来,使高压气体排出,这样就能使锅内保持较高 而又安全稳定的压强.若限压阀的质量m=0.1 kg,横截面直径D=2 cm,排气孔直径d=0.3 cm,大气压为标准值(取p0=1105 Pa),则锅内气压最大可达多少?（g取10 N/kg）【解析】当锅内气压达到最大时,限压阀被顶起,此时限压阀处 于受力平衡状态,设此时锅内气压为p,则由平衡条件可得 所以 答案：2.4105 Pa 20dp SmgpS,S4 5024mgpp2.4 10 Pad
