1、第3讲热力学定律与能量守恒定律考纲考情核心素养热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律理解热力学第一定律及各物理量的意义知道热力学第二定律及两种表述方式.物理观念全国卷5年4考高考指数能根据热力学第一定律和能量守恒定律解释现象，会判断内能的变化会根据热力学第二定律判断各种表述的正确性.科学思维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：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
2、一种形式，或者是从一个物体转移到另一个物体，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例如：机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律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”(3)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2热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着分子热运动的
3、无序性增大的方向进行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，因此不可能制成(2)第二类永动机：从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器违背热力学第二定律，不可能制成1思考判断(1)外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变()(2)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热()(3)做功和热传递的实质是相同的()(4)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少()(5)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变()(6)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()2某驾驶员
4、发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(D)A外界对胎内气体做功，气体内能减小B外界对胎内气体做功，气体内能增大C胎内气体对外界做功，内能减小D胎内气体对外界做功，内能增大解析：以胎内气体为研究对象，由于气体温度升高，内能增大；体积增大，胎内气体对外做功，故D正确3(多选)下列对热学相关知识的判断中正确的是(CDE)A对一定质量的气体加热，其内能一定增大B物体温度升高时，物体内的每个分子的速率都将增大C对一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大D功转化为热的实际宏观过程是不可逆过程E自然界中的能量虽然是守恒的，但有
5、的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源解析：气体内能变化由做功和热传递共同决定，A错误；温度升高，分子的平均动能增大，部分分子速率也会减小，B错误；理想气体压强和体积增大，温度一定增大，内能一定增大，C正确；一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，D正确；自然界中的能量在数量上是守恒的，但能量在转化过程中，品质逐渐降低，可利用的能源在逐渐减少，故要节约能源，E正确4(多选)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述错误的是(ACD)A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以全部转化为其他形
6、式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律E热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的解析：热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性，二者并不矛盾，故A、C、D错误，B正确；热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的，各自描述了热现象中不同方面的规律，E正确5一定质量的气体，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
7、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 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1热力学第一定律1做功和热传递
8、的区别做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移2温度、内能、热量、功的比较含义特点温度温度表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义状态量内能内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的热量热量是热传递过程中内能的改变量，用来量度热传递过程中内能转移的多少过程量功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程3.对公式UQW符号的
9、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4.热力学第一定律的三种特殊情况(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)若过程的初、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1.(多选)如图所示为某喷水壶的结构示意图未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B便可打开阀门K，水会自动从喷嘴处喷出储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程中温度保持不变下列说法正确的是(ACE)A充气过程中，
10、储气室内气体内能增大B充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大C喷水过程中，储气室内气体吸热D喷水过程中，储气室内气体内能减小E喷水过程中，储气室内气体压强减小解析：充气过程中，储气室内气体质量增大，温度不变，平均动能不变，但内能增大，故A正确，B错误；喷水过程中，液体液面下降，气体体积增大，储气室内气体压强减小，而温度不变，则内能不变，由热力学第一定律知储气室内气体吸热，C、E正确，D错误2(多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积假设整个系统不漏气
11、下列说法正确的是(ABD)A气体自发扩散前后内能相同B气体在被压缩的过程中内能增大C在自发扩散过程中，气体对外界做功D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误考点2热力学第二定律1对热力学第二定律关键词的理解在热力
12、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3两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1(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是(B
13、CE)A所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能D气体向真空的自由膨胀是可逆的E热运动的宏观过程有一定的方向性解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误；热运动的宏观过程有一定的方向性，选项E正确2(多选)根据热力学定律，下列说法正确的
14、是(ABD)A电冰箱的工作表明，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科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机D即使没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能E对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”解析：热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，故A项正确；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，故B项正确；不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故C项错误；即使没有漏气、摩擦、机体的热
15、量损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，它还会受到其他条件的限制，故D项正确；对能源的过度消耗将形成“能源危机”，但自然界的总能量守恒，故E项错误3(多选)根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(ABE)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自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的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，第二类永动机可以被制造出来E空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热量可以逆向传递解析
16、：机械能可以全部转化为内能，而内能也可以全部转化为机械能，只是在这个过程中会引起其他变化，A正确；根据热力学第二定律可知，自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，B正确；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 ，只能接近273.15 ，却不可能达到，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被制造出来，D错误；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但在不自发的条件下，能从低温物体传递到高温物体，E正确考点3热力学定律与气体实验定律的综合应用1“
17、两分析”巧解热力学综合问题：2应用热力学第一定律的三点注意：(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W0.(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q0.(3)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题型1热力学定律与气体图象综合应用 如图，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如pV图中从a到b的直线所示在此过程中()A气体温度一直降低B气体内能一直增加C气体一直对外做功D气体一直从外界吸热E气体吸收的热量一直全部用于对外做功【解析】一定质量的理想
18、气体从a到b的过程，由理想气体状态方程可知TbTa，即气体的温度一直升高，选项A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，选项C正确；根据热力学第一定律，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，选项D正确；气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做功，选项E错误【答案】BCD1.(多选)如图，一定质量的理想气体从状态A开始，经历ABCDE过程后到达状态E，其中BA的延长线经过原点O，BC与横轴平行，DE与纵轴平行，关于该气体，下列说法正确的是(BDE)AAB过程中气体的体积逐渐减小BBC过程中气体从外界吸热
19、CCD过程中内能不变DDE过程中气体从外界吸热E状态A的体积比状态E的体积小解析：因BA延长线经过原点O，由理想气体状态方程可知AB是等容线，所以此过程中气体的体积不变，选项A错误；BC过程中气体的温度升高，内能增大，因BC与横轴平行，故该过程压强不变，由理想气体状态方程可知气体的体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，此过程气体从外界吸热，所以选项B正确；CD过程中气体的温度升高，内能增大，所以选项C错误；因DE与纵轴平行，故DE过程中气体的温度不变，内能不变，因压强减小，由理想气体状态方程可知气体的体积增大，对外界做功，根据热力学第一定律可知，此过程气体从外界吸热，选项D正确；由
20、理想气体状态方程并结合图象可知，CD过程中气体体积增大，再结合以上各选项的分析可知，状态A的体积比状态E的体积小，所以选项E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：从a到b，b到c，c到a回到原状态，其VT图象如图所示用pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列说法正确的是(ABE)Apapa，故A正确；ab过程中气体的体积不变，没有做功，温度升高，内能增大，所以气体一定吸热，故B正确；由图象可知，bc过程气体体积减小，外界对气体做功，W0，气体温度降低，内能减小，U0，由热力学第一定律UWQ可知，气体要放出热量，而且bc过程中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功
21、，故C错误；温度是分子平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，不能反映单个分子的运动情况，所以bc过程中气体的温度降低，分子平均动能减小，并不是每一个分子的速率减小，故D错误；由图可知，ca过程中气体等温膨胀，温度不变，所以气体分子的平均动能不变，故E正确题型2热力学定律与气体实验定律的综合应用 如图所示，上端开口的光滑圆柱形绝热汽缸竖直放置，质量m5 kg、横截面积S50 cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，在汽缸内某处设有体积可忽略的卡环a、b，使活塞只能向上滑动开始时活塞搁在a、b上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为300 K现通过内部电热丝缓慢加热缸内气体，直至活塞恰好离
22、开a、b.已知大气压强p01.0105 Pa，g取10 m/s2.(1)求汽缸内气体的温度；(2)继续加热汽缸内的气体，使活塞缓慢上升H0.1 m(活塞未滑出汽缸)，气体的内能的变化量为18 J，则此过程中气体是吸热还是放热？传递的热量是多少？【解析】(1)气体的状态参量为T1300 Kp1p01.0105 Pa对活塞由平衡条件得p2Sp0Smg解得p21.1105 Pa由查理定律得解得T2330 K.(2)继续加热时，气体做等压变化，温度升高，内能增大，体积增大，气体膨胀对外界做功则外界对气体做的功Wp2SH55 J根据热力学第一定律有UWQ气体吸收的热量QUW73 J.【答案】(1)330
23、 K(2)吸热73 J高分技法有关热力学定律与气体实验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，弄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，通常只要体积变化，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.3.如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L、底面积为S，缸内有一质量为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体温度为热力学温标T0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于
24、竖直状态，缸内气体高为L0.已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求：(1)采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？(2)从开始升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少？(3)当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为U，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？解析：(1)气体等压变化，由盖吕萨克定律得：解得：T.(2)对活塞，由平衡条件得：mgpSp0S气体做功：WFlpSlpS(LL0)解得：W(p0Smg)(LL0)(3)由热力学第一定律得：UWQ气体吸收的热量：QU(p0Smg)(LL0)答案：(1)T0(2)(p0Smg)(LL0)(3)U(p0Smg)(LL0)