1、第3课时热力学定律与能量守恒定律知 识 梳 理知识点一、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。(3)UQW中正、负号法则：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二、能量守恒定律1内容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，或者是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条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。3第一类永动
2、机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。知识点三、热力学第二定律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，一个孤立系统的总熵不会减小。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。4第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。思维深化判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质
3、是相同的。()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。()(3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。()(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。()答案(1)(2)(3)(4)题 组 自 测题组一对热力学第一定律及能量守恒定律的理解1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0104 J，气体内能减少1.3105 J，则此过程()A气体从外界吸收热量2.0105 JB气体向外界放出热量2.0105 JC气体从外界吸收热量6.0104 JD气体向外界放出热量6.0104 J解析根据热力学第一定律，WQU，所以QUW1.3105
4、J7.0104J2.0105J，即气体向外界放出热量2.0105J。答案B2木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是()AU200 J，Ek600 J BU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek200 J解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能增量，即U6010 J600 J，由能量守恒定律可得EkW总U8010 J600 J200 J。故正确答案为B。答案B3如图1所示，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到
5、状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体_(填“吸收”或“放出”)_J热量。图1解析由热力学第一定律可得，该气体由状态a沿abc变化到状态c的过程中内能的变化量UWQ120 J340 J220 J，因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时，Q1UW1220 J(40 J)260 J，显然此过程中气体从外界吸收热量。答案吸收260题组二对热力学第二定律的理解4(多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是()A第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B能量耗散过程中能量不守恒C电冰箱的制冷系统能够不断
6、地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性解析第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A正确；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C错误。答案AD5根据你所学热学中的有关知识，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以转化成机械能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
7、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解析机械能可以全部转化为内能，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；尽管技术不断进步，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 ，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，但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。答案A考
8、点一对热力学第一定律的理解1热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，即UQW。2几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ。外界对物体做的功等于物体放出的热量。【例1】(多选)(2014广东卷，17)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图2所示，充气袋四周被挤压时， 假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()图2A体积减小，内能增大
9、 B体积减小，压强减小C对外界做负功，内能增大 D对外界做正功，压强减小解析充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做正功，由于袋内气体与外界无热交换，据热力学第一定律判知气体内能增加，故A、C正确；袋内气体温度升高，体积减小，由方程C判知气体压强变大，故B、D错误。答案AC【变式训练】1一定质量的气体，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)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？(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？解析(1)由热力学第一定律可得UWQ120
10、 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的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，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160 J(2)外界对气体做功80 J考点二对热力学第二定律的理解1对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义。(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
11、界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的涵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自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积V1气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B混合气体AB3两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【例2】(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()A为了增加物
12、体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D不可能使热量从低温物体传向高温物体E功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A对；对某物体做功，若物体向外放热，则物体的内能不一定增加，B错；在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，C对；在引起其他变化的情况下，可以将热量从低温物体传向高温物体，D错；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故E对。答案ACE【变式训练】2关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是()A第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定
13、律B第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的解析第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W0，Q0，但UWQ可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D对。答案D考点三热力学定律与气体实验定律的综合应用【例3】一定质量的理想气体被活塞封闭在气缸内，如图3所示水平放置。活塞的质量m20 kg，横截面积S100 c
14、m2，活塞可沿气缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使气缸水平放置，活塞与气缸底的距离L112 cm，离气缸口的距离L23 cm。外界气温为27 ，大气压强为1.0105 Pa，将气缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与气缸口相平，已知g10 m/s2，求：图3(1)此时气体的温度为多少？(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q370 J的热量，则气体增加的内能U多大？解析(1)当气缸水平放置时，p01.0105 Pa，V0L1S，T0(27327) K当气缸口朝上，活塞到达气缸口时，活塞的受力分析图如图所示，有p1Sp0Smg则p1p01.
15、0105 Pa Pa1.2105 PaV1(L1L2)S由理想气体状态方程得则T1T0300 K450 K。(2)当气缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得p0L1Sp1LS则L cm10 cm加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为Wp0(L1L2L)Smg(L1L2L)60 J根据热力学第一定律UWQ得U310 J。答案(1)450 K(2)310 J【变式训练】3(2014云南师大附中测试)一定质量的某种理想气体从状态A开始按图4所示的箭头方向经过状态B达到状态C，已知气体在A状态时的体积为1.5 L，求：图4(1)气体在状态C时的体积；(2)说明AB、BC两个变化过程是吸热还是放热，并比较AB、BC两个过程中热量的大小。解析(1)A至B过程为等压变化，由盖吕萨克定律得得VB2 LB至C为等容过程，所以VCVB2 L(2)AB过程是吸热，BC过程是放热AB过程中气体体积增大，对外做功，BC过程体积不变，对外不做功，而气体内能变化相同，故AB过程吸收的热量大于BC过程放出的热量。答案(1)2 L(2)AB，吸热；BC，放热(3)AB过程吸收的热量大于BC过程放出的热量
