熱學(選考)選修3－3第3講熱力學定律與能量守恒【考綱解讀】1.知道改變內能的兩種方式，理解熱力學第一定律.2.知道與熱現(xiàn)象有關的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學第二定律.3.掌握能量守恒定律及其應用．欄目導航01知識梳理回顧03核心素養(yǎng)改造02考點各個擊破04配套訓練知識梳理回顧11．熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的________與外界對它所做的功的和．(2)表達式：ΔU＝__________.(3)ΔU＝Q＋W中正、負號法則.一熱力學第一定律與能量守恒定律熱量Q＋W

符號WQΔU＋外界對物體做功物體_______熱量內能________－物體對外界做功物體_______熱量內能________吸收增加放出減少2．能量守恒定律(1)內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式_______為另一種形式，或者從一個物體________到別的物體，在________或________的過程中，能量的總量保持不變．(2)能量守恒定律是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．轉化轉移轉化轉移夯基題組1．(多選)(2019年桂林期末)下列說法不正確的是(

)A．外界對物體做功，物體的內能一定增加B．氣體放熱，同時氣體膨脹對外界做功，氣體的內能一定減少C．熱量一定從內能多的物體傳到內能少的物體D．物體的溫度升高，物體內所有分子的平均動能一定增大E．溫度低的物體內能一定小【答案】ACE【解析】外界對物體做功，根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，內能還與熱傳遞情況有關，不一定增加．若沒有熱傳遞Q＝0，內能一定增加，選項A錯誤．氣體放熱，同時氣體膨脹對外界做功，根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，內能一定減小，選項B正確．根據熱力學第二定律可知，熱量能從溫度高的物體傳到溫度低的物體，與物體的內能多少無關，選項C錯誤．溫度是分子的平均動能的標志．溫度升高，物體內所有分子的平均動能一定增大，選項D正確．除了溫度，物體的內能還與物體物質的量、體積、物態(tài)有關，所以溫度低的物體內能不一定小，選項E錯誤．2．(多選)(2019年湖南模擬)關于做功、熱傳遞、內能變化關系，下列判斷正確的是(

)A．由于摩擦做功轉變?yōu)閮饶艿倪^程不可逆B．從單一熱源吸收熱量，并將這熱量完全變?yōu)楣Φ那闆r可以存在C．熱量只能從高溫物體傳向低溫物體D．對物體做功的同時，物體的內能可能減少E．為了增加物體的內能，必須同時對物體做功和向它傳遞熱量【答案】ABD【解析】通過克服摩擦力做功將機械能轉化為內能，內能散失不能收集起來做功，所以摩擦做功轉變?yōu)閮饶艿倪^程是不可逆的．選項A正確．從單一熱源吸收熱量，并將這些熱量完全變?yōu)楣Φ那闆r是可以存在的，但要引起其他的變化．選項B正確．根據熱力學第二定律知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，但在外界的影響下也能從低溫物體傳向高溫物體．選項C錯誤．由ΔU＝Q＋W知，當對物體做的正功小于物體釋放的熱量時，物體的內能將減少．選項D正確．做功和熱傳遞都可以改變內能，不必同時進行．選項E錯誤．1．兩種表述(1)第一種表述：熱量不能自發(fā)地從________物體傳遞到________物體(克勞修斯表述)．(2)第二種表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化(開爾文表述)．2．第二類永動機是指設想只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C．這類永動機不可能制成的原因是其違反了________________.二熱力學第二定律低溫高溫熱力學第二定律夯基題組3．(多選)(2019屆益陽名校月考)下列有關熱力學第二定律的說法不正確的有(

)A．氣體自發(fā)地擴散運動總是向著更為無序的方向進行，是可逆過程B．第二類永動機雖然不違反能量守恒定律，但它是制造不出來的C．空調既能制冷又能制熱，說明熱傳遞不具有方向性D．一定質量的理想氣體向真空自由膨脹時，體積增大，熵減小E．熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體，但要引起其他變化【答案】ACD【解析】氣體自發(fā)地擴散是不可逆的，A錯誤．第二類永動機雖然不違反能量守恒定律，但它違反了熱力學第二定律，是制造不出來的，B正確．熱力學第二定律的內容可以表述為：熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響．即只要產生其他影響，熱量才能從低溫物體傳到高溫物體．C錯誤．一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，D錯誤．熱量從低溫物體傳遞到高溫物體時會引起其他變化，如電冰箱，E正確．考點各個擊破21．熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系．2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定考點1熱力學第一定律的理解與應用符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內能增加－物體對外界做功物體放出熱量內能減少3．幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加量．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加量．(3)若過程的始、末狀態(tài)物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．例1

(2018年山西二模)如圖所示，用質量為m、面積為S的可動水平活塞將一定質量的理想氣體密封于懸掛在天花板上的汽缸中，當環(huán)境的熱力學溫度為T0時，活塞與汽缸底部的高度差為h0.由于環(huán)境溫度逐漸降低，活塞緩慢向上移動距離Δh.若外界大氣壓恒為p0，密封氣體的內能U與熱力學溫度T

的關系為U＝kT(k為取正值的常數)，汽缸導熱良好，與活塞間的摩擦不計，重力加速度大小為g.求此過程中：(1)外界對密封氣體做的功W；(2)密封氣體向外界放出的熱量Q.【答案】(1)0

9J

(2)9J

3J【解析】(1)由題意知從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，氣體發(fā)生等容變化．該氣體對外界做的功W1＝0.根據熱力學第一定律ΔU1＝W1＋Q1.內能的增量ΔU1＝Q1＝9J.(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，體積減小，溫度升高．該氣體內能的增量ΔU2＝ΔU1＝9J．根據熱力學第一定律有ΔU2＝W2＋Q2.從外界吸收的熱量Q2＝ΔU2－W2＝3J.1．能量守恒定律能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化和轉移的過程中其總量保持不變．這就是能量守恒定律．考點2能量轉化與能量守恒定律的應用2．注意(1)能的轉化和守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，違背該定律的第一類永動機是永遠無法實現(xiàn)的．(2)物質不同的運動形式對應著不同形式的能，各種形式的能可以相互轉化或轉移．例2

(多選)(2018?？谀M)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經歷過程1或者過程2到達狀態(tài)N，其p－V圖像如圖所示．在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經歷等容變化再經歷等壓變化．對于這兩個過程，下列說法正確的是(

)A．氣體經歷過程1，其溫度降低B．氣體經歷過程1，其內能減小C．氣體在過程2中一直對外放熱D．氣體在過程2中一直對外做功E．氣體經歷過程1的內能改變量與經歷過程2的相同【答案】ABE練2

(多選)(2019年佛山名校模擬)如圖所示的哈勃瓶，在瓶內塞有一氣球，氣球的吹氣口反扣在瓶口上，瓶底的圓孔上配有一個橡皮塞，玻璃瓶導熱性能良好．在一次實驗中，瓶內有氣球和橡皮塞封閉的一定質量的氣體(可視為理想氣體)，在對氣球緩慢吹氣過程中，則瓶內氣體(

)A．密度減少B．平均動能增大C．對外界放出熱量D．若打開橡皮塞后瞬間，溫度將降低【答案】CD【解析】在對氣球緩慢吹氣過程中，氣球內的氣體的量增大．根據克拉伯龍方程可知，氣體的體積若不變，則氣體壓強變大．瓶內氣體的壓強增大，而溫度不變，所以瓶內的氣體的體積減小，密度增大，故A錯誤．因系統(tǒng)導熱可知瓶內氣體的溫度不變，分子的平均動能不變，故B錯誤．溫度不變時，體積減小，理想氣體內能不變，由熱力學第一定律知外界對氣體做功與氣體放出熱量相等，故C正確．若打開橡皮塞后瞬間，氣體將快速從瓶內跑出，氣體對外做功，由于來不及吸收熱量，所以氣體的溫度將降低，故D正確．1．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產生其他影響”的含義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產生其他影響”的含義是，發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．2．熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．考點3對熱力學第二定律的理解特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱．在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．4．兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律，不可能制成例3

(多選)(2019年濰坊名校模擬)根據熱力學定律，下列說法正確的是(

)A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞B．空調機在制冷過程中，從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量C．科技的進步可以使內燃機成為單一的熱源熱機D．對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機”E．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性【答案】ABE【解析】電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變化，選項A正確．空調機在制冷過程中，從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量，因為電能也部分轉化為熱能，選項B正確．根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化，選項C錯誤．對能源的過度消耗將形成能源危機，但自然界的總能量守恒，選項D錯誤．根據熵增原理可知，能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性，選項E正確．

思路熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變化．空調機在制冷過程中，電能也部分轉化為熱能，所以從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量．練3

(多選)(2019年唐山校級模擬)下列關于熱力學第二定律的說法正確的是(

)A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生B．一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的C．機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的E．熱運動的宏觀過程會有一定的方向性【答案】BCE【解析】熱運動的宏觀過程會有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過程并不都能真的發(fā)生，選項A錯誤，E正確．根據熱力學第二定律，一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的．所以氣體向真空的自由膨脹是不可逆的．選項B正確，D錯誤．根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響，所以機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能，選項C正確．核心素養(yǎng)改造3熱力學定律與氣體實驗定律的綜合應用解決熱力學定律與氣體實驗定律等綜合問題的思路

C．C→D過程中，氣體分子數密度增大，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數增多D．D→A過程中，外界對氣體做的功小于氣體內能的增加量E．若氣體在A→B過程中吸