第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律-2-一、熱力學(xué)第一定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功

;

(2)熱傳遞

。

2.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。(2)表達(dá)式:ΔU=Q+W

。-3-二、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化

為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移

到別的物體,在轉(zhuǎn)化

或轉(zhuǎn)移

的過(guò)程中,能量的總量保持不變。

2.條件性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律

,某一種形式的能是否守恒是有條件的。

3.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,它違背了能量守恒定律

。

-4-三、熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地

從低溫物體傳到高溫物體。

(2)開(kāi)爾文表述:不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響

?；虮硎鰹椤暗诙?lèi)

永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”。

2.用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小

。

3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性

增大的方向進(jìn)行。

4.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律

。-5-1.在熱力學(xué)第二定律中“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助。在借助外界提供能量的幫助下,熱量可以由低溫物體傳到高溫物體嗎?請(qǐng)舉例。提示：可以。如冰箱、空調(diào)。2.在熱力學(xué)第二定律中“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響,如吸熱、放熱、做功等。在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎?請(qǐng)舉例。提示：可以。如氣體的等溫膨脹過(guò)程。-6-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律(自主悟透)1.熱力學(xué)第一定律的意義不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的方式是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。2.對(duì)公式ΔU=Q+W符號(hào)的規(guī)定-7-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三3.幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的,則Q=0,W=ΔU,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。(2)若過(guò)程中不做功,即W=0,則Q=ΔU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W+Q=0或W=-Q,外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。-8-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練1.(多選)如圖所示,導(dǎo)熱性能良好的汽缸內(nèi)用活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,汽缸固定不動(dòng)。一條細(xì)線一端連接在活塞上,另一端跨過(guò)兩個(gè)光滑的定滑輪后連接在一個(gè)小桶上,開(kāi)始時(shí)活塞靜止,現(xiàn)不斷向小桶中添加細(xì)砂,使活塞緩慢向上移動(dòng),活塞始終未被拉出,汽缸和周?chē)h(huán)境溫度不變。則在活塞移動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(

)A.汽缸內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能不變B.汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能變小C.汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)變小D.汽缸內(nèi)氣體向外界放熱E.汽缸內(nèi)氣體從外界吸熱答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-9-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.(2020·山東卷)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)a→b、b→c、c→a三個(gè)過(guò)程后回到初始狀態(tài)a,其p-V圖像如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0)。以下判斷正確的是(

)A.氣體在a→b過(guò)程中對(duì)外界做的功小于在b→c過(guò)程中對(duì)外界做的功B.氣體在a→b過(guò)程中從外界吸收的熱量大于在b→c過(guò)程中從外界吸收的熱量C.在c→a過(guò)程中,外界對(duì)氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D.氣體在c→a過(guò)程中內(nèi)能的減少量大于b→c過(guò)程中內(nèi)能的增加量C-10-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析:在p-V圖像中,圖像與坐標(biāo)橫軸所圍的面積表示外界對(duì)氣體做的功,體積增加時(shí)做負(fù)功,體積減小時(shí)做正功;a→b過(guò)程的面積與b→c過(guò)程的面積相等,表明兩個(gè)過(guò)程做功大小相等,W1=W2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,

=C,pV值越大,溫度越高,狀態(tài)a、b、c三者溫度對(duì)比Ta=Tb<Tc;一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),a→b過(guò)程的內(nèi)能變化ΔU1=0,b→c過(guò)程的內(nèi)能變化ΔU2>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,a→b過(guò)程,ΔU1=W1+Q1,得出Q1=-W1,b→c過(guò)程,ΔU2=W2+Q2,得出Q2=ΔU2-W2,故Q2>Q1,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。c→a過(guò)程的內(nèi)能變化ΔU3<0,體積減小,W3>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,c→a過(guò)程,ΔU3=W3+Q3,得出W3<|Q3|,選項(xiàng)C正確。Ta=Tb<Tc,c→a過(guò)程內(nèi)能的減少量等于b→c過(guò)程內(nèi)能的增加量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三特別提醒應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意1.做功看體積:體積增大,氣體對(duì)外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對(duì)氣體做功,W為正。氣體向真空中自由膨脹,對(duì)外界不做功,W=0。2.與外界絕熱,則不發(fā)生熱傳遞,此時(shí)Q=0。3.由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能,所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí),主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)第二定律(師生共研)1.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性,進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。2.兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例1(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說(shuō)法正確的是(

)A.為了增加物體的內(nèi)能,必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量B.對(duì)某物體做功,必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C.可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬暮暧^自然過(guò)程是不可逆過(guò)程答案解析解析關(guān)閉內(nèi)能的改變可以通過(guò)做功或熱傳遞進(jìn)行,故A正確;對(duì)某物體做功,若物體同時(shí)向外放熱,則物體的內(nèi)能不一定增加,B錯(cuò)誤;在引起其他變化的情況下,從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?也可以將熱量從低溫物體傳向高溫物體,C正確,D錯(cuò)誤;涉及熱現(xiàn)象的宏觀自然過(guò)程具有方向性,故E正確。答案解析關(guān)閉ACE-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A.兩個(gè)物體只要溫度相等,那么它們分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能就相等B.在自然界能量的總量是守恒的,所以不存在能源危機(jī)C.熱力學(xué)第一定律也可表述為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成D.熱力學(xué)第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”E.1kg的0℃的冰比1kg的0℃的水的內(nèi)能小些答案解析解析關(guān)閉溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志,兩個(gè)物體只要溫度相等,那么它們分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能相等,A正確;雖然在自然界能量的總量是守恒的,但能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,B錯(cuò)誤;熱力學(xué)第一定律也可表述為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成,C正確;熱力學(xué)第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他的變化”,D錯(cuò)誤;1kg的0℃的冰變成1kg的0℃的水要吸收熱量,E正確。答案解析關(guān)閉ACE-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例

-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練3.(多選)以下哪個(gè)現(xiàn)象不違背熱力學(xué)第二定律(

)A.一杯熱茶在打開(kāi)蓋后,茶會(huì)自動(dòng)變涼B.沒(méi)有漏氣、沒(méi)有摩擦的理想熱機(jī),其效率可能是100%C.桶中渾濁的泥水在靜置一段時(shí)間后,泥沙下沉,上面的水變清,泥、水自動(dòng)分離D.熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E.在地面上運(yùn)動(dòng)的物體逐漸停下來(lái),機(jī)械能全部變?yōu)閮?nèi)能答案解析解析關(guān)閉熱茶自動(dòng)變涼是熱量從高溫物體傳遞到低溫物體,A正確;任何熱機(jī)效率都不可能達(dá)到100%,B錯(cuò)誤;泥、水分離是機(jī)械能(重力勢(shì)能)向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,C正確;熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,D錯(cuò)誤;物體因摩擦力而停下來(lái),是機(jī)械能(動(dòng)能)向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,是自發(fā)過(guò)程,E正確。答案解析關(guān)閉ACE-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用(師生共研)-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過(guò)程可用如圖所示的p-V圖描述,圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量。(1)氣體狀態(tài)從A到B是

(選填“等容”“等壓”或“等溫”)過(guò)程;

(2)狀態(tài)從B到C的變化過(guò)程中,氣體的溫度

(選填“升高”“不變”或“降低”);

(3)狀態(tài)從C到D的變化過(guò)程中,氣體

(選填“吸熱”或“放熱”);

(4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過(guò)程中,氣體對(duì)外界所做的總功為

。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維點(diǎn)撥(1)根據(jù)p-V圖像分析各過(guò)程中氣體的p、V的變化情況,由

=C分析T的變化情況。(2)根據(jù)V、T的變化情況分析做功W和氣體內(nèi)能的變化ΔU,由ΔU=W+Q分析吸、放熱情況。方法歸納對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),必然要涉及做功、熱傳遞、內(nèi)能的變化,利用氣體狀態(tài)方程(或氣體實(shí)驗(yàn)定律)與熱力學(xué)第一定律解決這類(lèi)問(wèn)題的一般思路如下:-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練4.(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài)。其p-T圖像如圖所示。下列判斷正確的是(

)A.過(guò)程ab中氣體一定吸熱B.過(guò)程bc中氣體既不吸熱也不放熱C.過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱D.a、b和c三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小E.b和c兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同ADE-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三V不變,因此ab過(guò)程外力做功W=0,氣體溫度升高,則ΔU>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q>0,即氣體吸收熱量,A項(xiàng)正確。bc外界對(duì)氣體做功,W>0,由ΔU=W+Q可知W<|Q|,C項(xiàng)錯(cuò)誤。狀態(tài)a溫度最低,而溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,D項(xiàng)正確。bc過(guò)程體積增大了,容器內(nèi)分子數(shù)密度減小,溫度不變,分子平均速率不變,因此容器壁單位面積單位時(shí)間受到分子撞擊的次數(shù)減少了,E項(xiàng)正確。-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三5.(2020·貴州貴陽(yáng)九中月考)如圖,導(dǎo)熱性能良好的汽缸高為l=50cm,開(kāi)口向上置于水平地面上。汽缸中有橫截面積為S=10cm2、質(zhì)量為m=2kg的光滑活塞,開(kāi)始時(shí)活塞正好位于汽缸頂部,將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)。外界溫度為t0=27℃,大氣壓為p0=1×105

Pa,汽缸和活塞的厚度均可忽略不計(jì),g取10m/s2。(1)將汽缸固定在地面上,如果氣體溫度保持不變,在活塞上輕輕放一個(gè)物體,活塞下降并穩(wěn)定停在距離底部

處,求所放物體的質(zhì)量。(2)放上物體并穩(wěn)定后,外界溫度緩慢升高,使活塞重新上升4cm,則此時(shí)外界溫度t為多少攝氏度?若該過(guò)程中氣體內(nèi)能增加5J,則該過(guò)程中氣體吸收熱量是多少?-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三設(shè)此時(shí)氣體的壓強(qiáng)為p