1、第 2 节 热力学定律 能量守恒定律 1.物体内能的变化(1)改变内能的两种方式做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就 多少；物体对外界做了多少功，物体内能就 多少.热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就 多少；物体放出了多少热量，物体内能就 多少.增加减少增加减少(2)两种改变方式间的关系两者在 上是等效的.两者的本质区别：做功是其他形式的能和物体内能的相互 ，热传递是物体间内能的 .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)公式：U .符号法则：U内能增加，
2、U为正内能减小，U为负W外界对物体做功，W为正物体对外界做功，W为负Q从外界吸热，Q为正对外界放热，Q为负WQ改变物体的内能转化转移3.能量守恒定律内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，在能的转化或转移过程中其 不变.产生消失转化转移总量二、热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述表述一(按照热传导的方向性来表述)：热量不可能自发地从 物体传到 物体.表述二(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产生其他影响.它也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的.这两种表述是等效的，即可以从一
3、种表述导出另一种表述.2.热力学第二定律的实质：揭示了大量分子参与的宏观过程的 ，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.低温高温方向性3.热力学过程方向性的实例4.热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响，所以二者既相互联系又相互补充.5.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机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，全部对外做功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒，不可能制成
4、不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能制成三、热力学第三定律热力学第三定律：不可能把一个物体冷却到 (不可能达到).绝对零度绝对零度题型一：热力学第一定律的理解及应用例1(1)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，关于此过程中瓶内空气(不计分子势能)说法正确的是()A.内能增大，放出热量 B.内能减小，吸收热量C.内能增大，对外界做功D.内能减小，外界对其做功(2)一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量 280 J，并对外做功 120 J，试问：这些气体的内能发生了怎样的变化？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
5、是外界对气体做功？做功多少？【思路点拨】明白温度是分子平均动能的标志，弄清热力学第一定律的符号法则和符号的含义是解题的关键.【解析】(1)不计分子势能，空气内能由温度决定，随温度降低而减小，A、C 均错误；薄塑料瓶因降温而变扁、空气体积减小，外界压缩空气做功，D 正确；空气内能减小、外界对空气做功，根据能量守恒定律可知空气向外界放热，B 错误.(2)由热力学第一定律可得 UWQ120 J280 J160 J 气体的内能增加了 160 J.由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态回到状态的过程中内能的变化应等于从状态到状态的过程中内能的变化，则从状态到状态的内能应减少 160 J，即U160
6、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.【方法与知识感悟】1.热力学第一定律中的符号规定及意义：符号规定：内能增加U0内能减少U0系统对外界做功W0系统放热Q0，W0，U0，B 对，选 BC.BC6.图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外.下列说法正确的是()A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反
7、热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律BC【解析】热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故 C 正确；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助.电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故 B 对，D 错，应选 B、C.7.如图所示为打气筒模型图，在给自行车打气的过程时，首先迅速压下打气筒活塞，当打气筒内气体压强大于某个值时内阀门打开，气体开始进入自行车车胎内，反复操作，完成打气过程.设筒内气体在进入车胎前质量不变，气体可以看成理想气体，下列有关筒
8、内气体在进入车胎前的说法正确的是()A.迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体温度升高B.迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体内能不变C.压下打气筒活塞过程中筒内气体压强增大D.压下打气筒活塞过程越来越费力是因为筒内气体分子间一直表现为斥力，并且越来越大AC【解析】迅速压下打气筒活塞过程中，活塞对气体做功，因为时间很短，可认为打气筒和外界无热交换，根据EWQ，可知E0，筒内气体温度升高，选项 A 正确，B 错误；因为气体体积减小，温度升高，所以压强变大，选项 C 正确；压下打气筒活塞过程越来越费力是因为筒内气体的压强逐渐增大，气体对活塞的压力逐渐增大，选项 D 错误.二、填空题8.有下列四个物理过程：(
9、1)铁丝在酒精灯火焰上灼烧变热；(2)铁丝来回弯曲会变热；(3)陨石进入大气层后会逐渐变成火红球体；(4)陨石落到地球上后逐渐变冷.其 中 属 于 通 过 做 功 来 改 变 物 体 内 能 的有 ，通 过 热 传 递 来 改 变 物 体 内 能 的有 .【解析】做功用来描述一个过程能量从一种形式转化成另一种形式，热传递是描述一个过程能量转移了多少，没有发生能量类型的变化；所以(2)和(3)是做功改变内能，(1)和(4)是通过高温物体向低温物体转移内能的过程.(2)和(3)(1)和(4)三、计算题9.如右图所示的 pV 图中，一定质量的理想气体由状态 A 经过 ACB 过程至状态 B，气体对外
10、做功 280 J，吸收热量 410 J；气体又从状态 B 经 BDA 过程回到状态 A，这一过程中外界对气体做功 200 J，求：(1)ACB 过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)BDA 过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？【解析】(1)ACB 过程中 W1280 J，Q1410 J 由热力学第一定律得 UBUAW1Q1130 J 故 ACB 过程气体的内能增加了 130 J (2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，BDA 过程中气体内能的变化量 UAUB130 J 由题意知 W2220 J，由热力学第一定律得 UAUBW2Q2 代入数值解得 Q2330 J 即 BDA 过程中气体放出热量 330 J10.如图，汽缸中充满热容为 1103 J/的理想气体，现用功率为 10 kW 电热丝对气体加热 10 s 的时间，活塞质量为 5103 kg，表面积 0.5 m2，大气压强约为1.0105 Pa.活塞缓慢上升了 0.5 m 并带动连杆机构对外做功，气体温度上升 20.则电能转化为系统输出的机械功的效率是多少？(取 g10 m/s2)【解析】电热丝做功 W1Pt 气体内能增加为UCt 气体膨胀对大气做功 W2P0Sh 活塞重力势能增加Emgh 系统输出的机械功为 W3W1W2EU 转化效率 W3W130%