1、第3讲热力学定律与能量守恒定律知识点一热力学第一定律1改变物体内能的两种方式(1)_(2)_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：U_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_为另一种形式，或者是从一个物体_到别的物体，在_或_的过程中，能量的总量保持不变2第一类永动机是不可能制成的，它违背了_知识点三热力学第二定律1热力学第二定律的三种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从_物体传到_物体(2)开尔文表述：如图甲所示，不可能从单一热源_热量，使之完全变成功，而不产生_或表述为“第二
2、类永动机不可能制成”(3)用熵的概念表示热力学第二定律如图乙所示，用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_(热力学第二定律又叫做熵增加原理)2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_的方向进行,思考辨析(1)做功和热传递的实质是相同的()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少()(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变()(4)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失()(5)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283 .()(6)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
3、机()(7)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功()(8)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化()考点一热力学第一定律的理解和应用自主演练1对公式UQW符号的规定符号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多维练透12021银川市一模(多选)夏天，从湖底形成的一个气
4、泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂若接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看做理想气体则上升过程中，以下说法正确的是()A气泡内气体对外界做功B气泡内每个气体分子的动能都变大C气泡内气体从外界吸收热量D气泡内气体的压强可能不变2一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 J32020天津卷水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图从储水罐充气口充入气体，达到一
5、定压强后，关闭充气口扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体()A压强变大B对外界做功C对外界放热 D分子平均动能变大考点二热力学定律与气体实验定律的综合应用师生共研气态变化中的做功、内能、热量的判断方法(1)做功情况看体积体积V减小外界对气体做功W0；体积V增大气体对外界做功W0；温度T降低内能减少U 0；(3)吸(放)热看定律先判断做功和内能变化，再根据热力学第一定律UQW，确定吸(放)热特别注意：吸(放)热不能直接根据温度变化判断题型1|热力学第一定律与图像的综合应用例1 2020新高考山东卷一定质量的理想气体从状态a开始，经ab、bc
6、、ca三个过程后回到初始状态a，其pV图像如图所示已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0).以下判断正确的是()A.气体在ab过程中对外界做的功小于在bc过程中对外界做的功B气体在ab过程中从外界吸收的热量大于在bc过程中从外界吸收的热量C在ca过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D气体在ca过程中内能的减少量大于bc过程中内能的增加量例2 2021四川成都一诊如图所示，密封有一定质量理想气体的圆柱形汽缸竖直放置，汽缸的高度H30 cm，缸体内底面积S200 cm2，缸体质量M10 kg.弹簧下端固定在水平桌面上，上端连接活塞，当缸内气体
7、温度T0280 K时，缸内气体高h20 cm.现缓慢加热气体，使活塞最终恰好静止在缸口(未漏气)，此过程中缸内气体吸收的热量为Q450 J已知大气压强恒为p01105 Pa，重力加速度g10 m/s2，不计活塞质量、厚度及活塞与缸壁的摩擦，且汽缸底部及活塞表面始终保持水平求：(1)活塞最终静止在缸口时，缸内气体的温度；(2)加热过程中，缸内气体内能的增加量练12021四川绵阳一诊(多选)一定质量的理想气体的状态变化图像如图所示，它由状态a经过状态b到状态c.关于这一过程，下列说法正确的有()A理想气体的体积先增大后保持不变B理想气体的体积一直增大C理想气体的内能先增大后保持不变D外界对理想气体
8、做功，理想气体放出热量练22021湖南长郡中学月考(多选)一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的p V图像如图所示若已知在状态A时，理想气体的温度为320 K，则下列说法正确的是(已知1 atm1105 Pa)()A气体在B状态时的温度为720 KB气体分子在状态A的平均动能大于在状态C的平均动能C从状态A到状态C的过程中气体对外做功D从状态A到状态C的过程中气体吸收的热量为900 J练32021陕西西安中学一模如图所示，上端封闭、下端开口的玻璃管竖直放置，管长55 cm，其中有一段长为6 cm的水银柱，将长为20 cm的气体A封闭在管的上部，气体B和大气连通现用一小活塞将管口封住，
9、并将活塞缓慢往上压，当水银柱上升4 cm时停止上压已知外界大气压恒为76 cmHg，上压过程气体温度保持不变，A、B均为理想气体(1)求气体A、B末状态的压强；(2)试分析此过程中气体B是吸热还是放热？题后反思热力学第一定律在玻璃管、汽缸类问题中的应用(1)首先要会处理玻璃管、汽缸类的热学计算问题，能求出气体状态参量；(2)明确做功与气体体积变化的关系；(3)理清内能变化与气体温度变化的关系，然后根据pVTC讨论压强p的变化；(4)最后根据UWQ讨论气体吸热还是放热考点三热力学第二定律的理解应用自主演练1对热力学第二定律的理解(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：
10、“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；“不产生其他影响”的含义是指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，都揭示了一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的2热力学过程方向性实例(1)高温物体热量能自发传给,热量不能自发传给低温物体(2)功能自发地完全转化为,不能自发地完全转化为热(3)气体体积V1能自发膨胀到,不能自发收缩到气体体积V2(V1V2)(4)不同气体A和B能自发混合成,不能自发分离成混合气体AB.多
11、维练透42020全国卷，33(1) 下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_(填正确答案标号)A汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内5(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是()A不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化B没有冷凝器，只有单一的热库，能从单一热库吸收热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的C制冷系统将
12、冰箱里的热量传到外界较高温度的空气中而不引起其他变化D不可能使热量由低温物体传到高温物体，而不引起其他变化第3讲热力学定律与能量守恒定律基础落实知识点一1(1)做功(2)热传递2(2)QW知识点二1转化转移转化转移2能量守恒定律知识点三1(1)低温高温(2)吸收其他影响(3)减小2增大思考辨析(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)考点突破1解析：气泡上升过程中，温度升高，压强减小，则根据pVTC可知，体积变大，气体对外做功，选项A正确；气泡的温度升高，则气体分子的平均动能变大，并非气泡内每个气体分子的动能都变大，选项B错误；气体温度升高，内能变大，气体对外界做功，根据UWQ可知，气泡
13、内气体从外界吸收热量，选项C正确；因大气压强不变，则随水深度的减小，气泡的压强减小，选项D错误；故选A、C.答案：AC2答案：B3解析：在水向外不断喷出的过程中，罐内气体体积增大，则气体对外做功，根据玻意耳定律可知，罐内气体的压强减小，选项A错误，B正确；由于罐内气体温度不变，对外做功，故气体从外界吸热，选项C错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均动能不变，选项D错误答案：B例1解析：气体在ab过程中体积增大，气体对外做功，在bc过程中体积增大，气体对外做功，根据p V图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A错误；气体在ab过程中体积增大
14、，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在bc过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，c状态的温度高于b状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在ab过程中吸收的热量小于气体在bc过程中吸收的热量，选项B错误；气体在ca的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C正确；由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能相等，所以气体在ca的过程中内能的减少量等于气体
15、在bc过程中内能的增加量，选项D错误答案：C例2解析：本题考查盖吕萨克定律、热力学第一定律的综合应用(1)加热过程为等压变化，设缸内气体的末态温度为T，初态温度为T0280 K，由盖吕萨克定律有hST0HST，代入数据解得T420 K.(2)设缸内气体的压强为p，对汽缸由平衡条件有Mgp0SpS，加热过程气体对外做功WpS(Hh)，则外界对气体做功为WW，由热力学第一定律有UWQ，代入数据解得U240 J.答案：(1)420 K(2)240 J练1解析：本题考查p T图像、热力学第一定律、理想气体状态方程的综合应用由理想气体状态方程pVTC可知，由状态a到状态b，压强不变，温度升高，体积增大；
16、由状态b到状态c，温度不变，压强减小，体积增大所以气体体积一直增大，选项A错误，B正确；一定质量理想气体的内能由温度决定，由状态a经过状态b到状态c，温度先升高后不变，所以气体内能先增大后保持不变，选项C正确；由状态a经过状态b到状态c，体积一直增大，所以理想气体对外做功；又内能先增大后保持不变，由热力学第一定律UWQ可知，气体必须吸收热量，选项D错误答案：BC练2解析：本题考查p V图像、热力学第一定律、理想气体状态方程、功的计算的综合应用根据理想气体状态方程pAVATApBVBTB，代入数据得TB720 K，选项A正确；由题图可得pAVAPCVC，所以TATC，温度是分子平均动能的标志，所
17、以状态A与状态C理想气体分子的平均动能相等，选项B错误；从状态A到状态C的过程，气体体积增大，气体对外做功，选项C正确；TATC，A、C两个状态理想气体内能相等，A到C过程U0，p V图线与V轴围成的面积表示做功的大小，所以从A到C过程，外界对气体做的功W3+4105221033+110521103 J900 J，根据热力学第一定律得UQW，解得Q900 J，所以从状态A到状态C的过程中气体吸收的热量为900 J，选项D正确关键点拨：解答本题的关键是根据体积变化判断气体做功情况，进而根据热力学第一定律计算吸、放热答案：ACD练3解析：本题考查玻意耳定律、热力学第一定律的综合应用(1)设气体A初
18、态的压强为pA，活塞的横截面积为S，pAp柱p0，末态时气体A的长度为lA，lAlAl，气体A发生等温变化，有pAlASpAlAS，解得pA87.5 cmHg，设气体B的末态压强为pB，可得pBpAp柱93.5 cmHg.(2)气体B的初态：压强为p0，气体B的长度为lB，则有lBLlAl柱29 cm，气体B发生等温变化，有p0lBSpBlBS，解得lB23.6 cm，lB0，由热力学第一定律UWQ可知Q0，即气体B要放热答案：(1)87.5 cmHg93.5 cmHg(2)见解析4解析：汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水
19、和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然C选项遵循热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所述，第一个空选B，第二个空选C.答案：BC5解析：热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外界的帮助，因而会引起其他变化，选项A正确，选项B错误，传热过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传到低温物体，但要从低温物体传到高温物体，必然会引起其他变化(外界对系统做功)，选项C错误，选项D正确答案：AD
