1、1第2讲 热力学定律 气体 第八章热学2一、热力学三定律1.热力学第一定律(1)内容：外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加量U，即U=W+Q.3(2)符号法则：外界对物体做功，W取正，如果物体对外界做功，W取负；物体从外界吸热，Q取正，物体向外界放热，Q取负；U为正，表示物体内能增加，U为负，表示物体内能减少.(3)实质：热力学第一定律实质上是其他形式的能和内能发生相互转化，或者不同物体间内能转移时能量守恒的体现.4物体吸热，内能必然增加，对吗？不对，内能的变化由做功和热传递两个方面决定，如果物体对外做功的数值比吸收的热量还多，那么物体的内能是减少的.52.热力学第
2、二定律(1)热力学第二定律的两种表述形式按热传导的方向性表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.按机械能和内能转化过程中的方向性表述：不可能从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化(第二类永动机不可能制成).6(2)热力学第二定律的实质：热力学第二定律实质上是表明一切宏观的、自发的热现象都具有方向性.所以，热力学第二定律还可以有其他的表述形式，例如：不可能使扩散从浓度低向浓度高的方向进行而不引起其他变化.但又要理解，并不是说这些热现象不能逆方向进行，只不过逆方向进行时，会引起其他变化.(3)能量耗散从能量角度反映自然界的自发的宏观现象具有方向性，并非能量不守恒.73.热力学
3、第三定律(1)内容：绝对零度不能达到.(2)热力学温度与摄氏温度的关系：如果某物体的摄氏温度为t，那么它的热力学温度T=(273.15+t)K.热力学温度的单位是开尔文，用符号K表示.8说明：热力学三定律是相互独立的关系，热力学第一定律研究的是热传递和做功改变物体的内能时能量守恒，热力学第二定律研究的是自发的宏观热现象的方向性，热力学第三定律研究的是宇宙的低温极限.三个定律研究的角度是不同的，没有从属与包含的关系.9热力学温度与摄氏温度每一度大小上是相同的，只是温标的起点不同，热力学温度以宇宙的最低温度-273.15为起点.0K可以无限接近，不能达到，假如达到0K，分子热运动将停止，这是不可能
4、的.104.能量守恒定律能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变.能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一.115.两类永动机(1)第一类永动机：不消耗能量却可以源源不断对外做功的机器，由于违背能量守恒，不可能实现.(2)第二类永动机：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，由于违背热力学第二定律，不可能实现.12如图8-2-1所示，在一个导热汽缸内封闭着一定质量的理想气体，已知理想气体分子间相互作用的势能可以忽略不计，活塞可以无摩擦滑动且不漏气.今将活塞极其
5、缓慢地向右拉动一段距离，如果外界温度保持不变，由于活塞移动极其缓慢，所以气体有足够的时间与外界进行热交换而使温度保持不变，则气体内能不变，这种过程叫气体的等温膨胀.在气体的等温膨胀过程中，气体从外界吸收的热量全部用于做功，这种现象是否与热力学第二定律矛盾呢？为什么？图8-2-113这种现象并不与热力学第二定律矛盾，因为这个过程不是自发产生的，如果不去拉活塞，气体不会发生这种等温膨胀过程，要用力拉活塞且体积改变了，就是产生了其他影响.14二、气体的体积、压强、温度之间的关系1.理想气体(1)理想气体是一种这样的模型：气体分子可视为质点；气体分子除碰撞外，没有相互作用力，因而没有分子势能；理想气体
6、不会被液化和固化.15(2)由理想气体模型可知，一定质量的某种理想气体，其内能仅由温度决定.(3)常温常压下，实际气体分子间距离约为10r0，分子间的相互作用力可以忽略，分子势能也就可以忽略不计，可视为理想气体.162.气体分子动理论(1)气体分子运动特点：气体分子间距离约为10r0，分子间的相互作用力可以忽略，通常认为气体分子除碰撞外，没有相互作用力；每个气体分子的运动是没有规则的，但对于大量气体分子来说，其速率分布遵循统计规律：17其一，气体分子沿各个方向运动的数目应该是相等的；其二，大多数分子的速率都在某个数值附近，离开这个数值越远，分子数越少，表现出中间大、两头小的规律.温度升高，速率
7、大的分子数增多，分子的平均速率增大.18(2)气体压强的微观意义：气体压强是由于大量气体分子频繁撞击容器壁产生的；从微观上看，气体的压强取决于分子在单位时间内对单位面积的容器壁的碰撞次数N和气体分子碰撞容器壁的平均冲量，写成公式为p=N.分子在单位时间内对单位面积的容器壁的碰撞次数N由两个因素决定：II19一是体积，体积越小，分子越密集，N会越大；另一个是温度，温度越高，分子平均速率越大，N越大.气体分子碰撞容器壁的平均冲量与温度有关，温度越高，越大.所以，从宏观上看，一定质量的气体，其压强取决于温度和体积.I20对一定量的气体，下列说法正确的是()A.气体的体积是所有气体分子的体积之和B.气
8、体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高C.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的D.当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少BC21气体分子距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和，A项错；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，B项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频繁撞击产生的，C项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，D项错.223.气体的状态参量(1)温度：宏观上描述的是气体冷热程度，微观上是气体分子平均动能的标志.(2)体积：由于气体分子间的相互作用力很小，运动的
9、气体分子总能到达它所在的容器的任何一个角落，所以气体的体积即为盛装它的容器的容积.(3)压强：气体压强是由于大量气体分子频繁地撞击容器壁产生的(不能认为是气体分子间的斥力造成的).压强的国际单位：帕斯卡，用符号Pa表示.23说明：一般情况下不考虑气体的重力，因此同一容器中气体压强处处相等，但对于大气压强，在微观上还是由于大气分子的碰撞产生的，而宏观上可视为由大气的重力引起的(例如在估算地球大气的总重量时，可用大气压乘以地球表面积求取).24压强的常用单位还有：标准大气压(atm)、厘米汞柱(cmHg)和毫米汞柱(mmHg)等，它们的关系是1atm=76cmHg=760mmHg=1.013105
10、Pa.254.气体的状态及状态变化(1)气体的状态：一定质量的某种气体，如果温度、体积、压强这三个量都确定，则气体处于一定的状态.(2)气体状态的变化：一定质量的气体，只有一个状态参量改变而其他两个状态参量都不变的情况不可能发生.三个状态参量同时发生改变或者其中两个状态参量发生改变，则气体的状态就改变了.26(3)对于一定质量的气体在温度不变的情况下，体积减小时压强增大，体积增大时压强减小(等温变化过程中，压强跟体积成反比).在体积不变的情况下，温度升高时压强增大，温度降低时压强减小(等容变化过程中，压强跟热力学温度成正比).在压强不变的情况下，温度升高时体积增大，温度降低时体积减小(等压变化
11、过程中，体积跟热力学温度成正比).27以上关系可用公式表示，式中c为与这种一定质量的气体对应的恒量.虽然高考已不要求用此式进行定量计算，但是用这个公式判断气体状态是否变化较为方便.pVcT28对于一定质量的理想气体，下述过程可能发生的是()A.气体的压强增大，温度升高，气体对外界做功B.气体的压强增大，温度不变，气体向外界放热C.气体的压强减小，温度降低，气体从外界吸热D.气体的压强减小，温度升高，外界对气体做功ABC29气体的温度升高，压强增大，体积增大，是可能的过程，由于气体体积膨胀，这个过程气体要对外界做功，A对；若气体做等温压缩，则气体体积减小，压强增大，此过程外界对气体做功，而气体的
12、内能不变，由热力学第一定律可知，气体要对外界放热，B对；30气体的温度降低，压强减小，是可能的，此时气体可能膨胀对外做功，也可能从外界吸热，只要吸收的热量小于对外做的功，其内能仍是减小的，温度仍降低，C对.若气体温度升高时压强减小，气体的体积一定要增大，气体对外界做功，因而D错.31在冬季，剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后，第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧，不易拔出来，其中主要原因是()A.软木塞受潮膨胀B.瓶口因温度降低而收缩变小C.白天气温升高，大气压强变大D.瓶内气体因温度降低而压强减小温度与压强的关系.D32暖水瓶经过一个夜晚后，其温度必然降低，压强变小，但外界的压强不变，造成了内外的
13、压强差，故瓶塞不易拔出，选D.33由表可知，16月份的温度在逐渐越高，温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子运动越激烈，故A对、B错；从表中还可以看出，压强在逐渐减小，由p=N，温度的升高，导致分子碰撞器壁的平均冲量 增大，故单位时间内在单位面积上的碰撞的分子数N一定减小，C对、D错.II月份123456平均气温/1.43.910.719.626.730.2平均大气压/105Pa1.0211.0191.0141.0081.0030.998434如图8-2-5所示，两相同的容器装同体积的水和水银，A、B两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度，A、B两球用同一种特殊的材料制成，当温度稍升高时
14、，球的体积会明显的变大，如果开始时水和水银的温度 相同，且两液体温度同时缓慢地升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则()图8-2-5B35A.A球吸收的热量较多B.B球吸收的热量较多C.两球吸收的热量一样多D.无法确定热力学第一定律.本题小球吸热用于小球内能的增加和体积膨胀对外做功，对外做功等于液体重力势能的增加.显然，B球膨胀时做功较多，因此，由热力学第一定律可知，B对.36如图8-2-6所示，两个相同的金属球A、B，A球被一根细线吊在天花板上，B球放置于水平面上，当两球吸热升高相同的温度后，体积相同，则在此过程中，A球吸热量QA与B球吸热量QB的关系是QAQB(填“”、“=”或“”).图8
15、-2-637A球膨胀时重心下移，重力对A球做功加上吸收的热量等于其内能的增量；B球膨胀时重心上移，B球吸收的热量除开用于增加它的内能之外，还要用于增加其重力势能，由于升高的温度相同，升温后体积相同，故两球内能增量相同，由热力学第一定律可知，B球吸收的热量多，应填“”.38如图8-2-7所示，绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，K与汽缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用势能可忽略.现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡()图8-2-7BCD39A.a的体积增大了，压强变小了B.b的温度升高了C.加热后a的分子热
16、运动比b的分子热运动更激烈D.a增加的内能大于b增加的内能两气体状态变化时的相互联系、绝热的含义.40a气体升温时，压强增大，使隔板向右运动而压缩b气体，对b气体做功，因此，b气体的温度升高，体积减小，压强增大，直至再次达到平衡，A错、B对；再次平衡时，由隔板平衡可知两部分气体压强相等，而a的体积大于b的体积，则a气体的温度必高于b气体的温度，C、D对.综上所述，选BCD.41当电热丝通电后,右边的气体温度升高气体膨胀,将隔板向左推,对左边的气体做功,根据热力学第一定律,内能增加,气体的温度升高.根据气体定律左边的气体压强增大,BC正确.右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功,D错.