第82課時(shí)熱力學(xué)定律與能量守恒定律

目標(biāo)要求1.理解熱力學(xué)第一定律，能用熱力學(xué)第一定律解決相關(guān)問題。2.理解熱力學(xué)第二定律，知道熱

現(xiàn)象的方向性。3.知道熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合點(diǎn)，能綜合應(yīng)用解決相關(guān)問題。

考點(diǎn)一熱力學(xué)定律

1.改變物體內(nèi)能的兩種方式

(1)；(2)傳熱。

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)能變化量等于外界向它傳遞的與外界對它所做的功的和。

(2)表達(dá)式：ΔU＝。

(3)表達(dá)式中的正、負(fù)號法則：

符號WQΔU

＋對做功物體熱量內(nèi)能

－對做功物體熱量內(nèi)能

(4)解題時(shí)特殊字眼“翻譯”：

①絕熱：(＝0)；

②等容：(＝0)；

③膨脹：(W0)；

④等溫：(理想氣體＝0)；

⑤等壓，體積變化ΔV：外界對物體做的功W＝。

3.能量守恒定律

(1)內(nèi)容

能量既不會憑空，也不會憑空消失，它只能從一種形式為其他形式，或者從一個(gè)物體

到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量。

(2)第一類永動機(jī)是不可能制成的，它違背了。

1.如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開成A、B兩部分。已知A內(nèi)有一定量的稀薄氣體，B內(nèi)為真空。抽

開隔板K后，A內(nèi)氣體進(jìn)入B，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。此過程中氣體內(nèi)能如何變化？

2.如圖，在汽缸內(nèi)活塞左邊封閉著一定量的空氣，壓強(qiáng)與大氣壓相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸內(nèi)空氣

升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q1。如果讓活塞可以自由滑動(活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣)，也使

汽缸內(nèi)空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為Q2。則Q1和Q2哪個(gè)大些？

4.熱力學(xué)第二定律的兩種表述

(1)克勞修斯表述：。

(2)開爾文表述：或表述為“永動

機(jī)是不可能制成的”。

(3)說明：

①“自發(fā)地”指明了傳熱等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。

②“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面

的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

5.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的宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中

進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。

(1)高溫物體低溫物體。

(2)功熱。

(3)氣體體積V1氣體體積V2(較大)。

(4)不同氣體A和B混合氣體AB。

6.兩類永動機(jī)的比較

第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)

不需要任何動力或燃料，卻能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而

設(shè)計(jì)要求

不斷地對外做功的機(jī)器不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器

不可能制

違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律

成的原因

1.可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功。()

2.熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變成機(jī)械能而不引起其他變化。()

3.熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體。()

例1(多選)(2025·山東煙臺市開學(xué)考)下列說法正確的是()

A.冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵循熱力學(xué)第二定律

B.自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的

C.可以通過給物體加熱而使它運(yùn)動起來，但不產(chǎn)生其他影響

D.氣體向真空膨脹具有方向性

例2如圖是小魔術(shù)“浮沉子”的模型，在密封的礦泉水瓶中，一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦

泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣，可看作理想氣體。現(xiàn)用手?jǐn)D壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開礦

泉水瓶后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中小瓶內(nèi)氣體溫度保持不變，則上浮過程中小瓶內(nèi)氣體()

A.體積不變，內(nèi)能不變

B.體積不變，壓強(qiáng)不變

C.對外界做正功，并放出熱量

D.體積增大，對外界做正功

例3(多選)(2023·山東卷·9)一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強(qiáng)為1×105Pa。經(jīng)等容過

程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫

度上升100K。下列說法正確的是()

A.初始狀態(tài)下，氣體的體積為6L

B.等壓過程中，氣體對外做功400J

C.等壓過程中，氣體體積增加了原體積的

1

D.兩個(gè)過程中，氣體的內(nèi)能增加量都為4040J

考點(diǎn)二熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)用

1.在某一過程中，氣體的p、V、T的變化可由圖像直接判斷或結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程＝C分析。

??

2.氣體的做功情況、內(nèi)能變化及吸、放熱關(guān)系可由熱力學(xué)第一定律分析。?

(1)由體積變化分析氣體做功的情況：體積膨脹，氣體對外做功；氣體被壓縮，外界對氣體做功。

(2)由溫度變化判斷氣體內(nèi)能變化：溫度升高，氣體內(nèi)能增大；溫度降低，氣體內(nèi)能減小。

(3)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q判斷氣體是吸熱還是放熱。

(4)在p－V圖像中，圖像與橫軸所圍面積表示氣體對外界或外界對氣體整個(gè)過程中所做的功。

例4(2022·湖北卷·3)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p－V圖中a→c直線段所

示，狀態(tài)b對應(yīng)該線段的中點(diǎn)。下列說法正確的是()

A.a→b是等溫過程

B.a→b過程中氣體吸熱

C.a→c過程中狀態(tài)b的溫度最低

D.a→c過程中外界對氣體做正功

拓展

1.從例4圖像中可知，a→c的過程中，氣體對外界做的功為，氣體(填“吸收”或

“放出”)的熱量為。

2.若氣體經(jīng)歷從a→b→c→d→a的過程，如圖所示，則整個(gè)過程中氣體(填“吸收”或“放

出”)的熱量為。

考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用

解決熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的思維流程

例5如圖甲所示，一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的活塞將一定量的理想氣體封閉在上端開口的直立圓筒形導(dǎo)熱汽缸

內(nèi)，氣體溫度為300K，氣柱的高度為h，在汽缸內(nèi)壁有固定的小卡環(huán)，卡環(huán)到汽缸底的高度差為h。

5

現(xiàn)在活塞上方緩慢堆放細(xì)沙，直至氣柱長度減為h時(shí)停止堆放細(xì)沙，如圖乙所示。之后對氣體緩慢9降

5

溫，溫度降低到180K，此時(shí)活塞已經(jīng)與卡環(huán)接觸6，降溫過程氣體放出熱量為Q。已知大氣壓強(qiáng)為p0，

全過程氣體未液化。汽缸的橫截面積為S。重力加速度為g，求：

(1)堆放細(xì)沙的質(zhì)量；

(2)溫度降為180K時(shí)氣體的壓強(qiáng)；

(3)降溫過程氣體內(nèi)能的變化量。

答案精析

考點(diǎn)一

1.(1)做功

2.(1)熱量(2)Q＋W(3)外界物體吸收增加物體外界

放出減少(4)①沒有傳熱Q②體積不變，不做功W③體積變大，物體對外界做功<④分子平

均動能不變，理想氣體內(nèi)能不變ΔU

⑤－pΔV

3.(1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變(2)能量守恒定律

討論交流

1.不變。因?yàn)锳中氣體膨脹過程中不做功，即W＝0，絕熱Q＝0，故內(nèi)能不發(fā)生變化。

2.Q2大些

解析把活塞和汽缸固定，使空氣升溫，屬于等容升溫過程，W＝0，空氣內(nèi)能的變化等于吸收的熱量Q1，

即ΔU＝Q1。如果讓活塞可以自由滑動，汽缸內(nèi)空氣做等壓升溫變化，氣體體積增加，氣體對外界做功，

W<0，由熱力學(xué)第一定律知ΔU＝Q2＋W，由于空氣升高相同的溫度，兩種情況中內(nèi)能增量相同，則Q2＝

ΔU－W>Q1(W<0)。

4.(1)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體(2)不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)

生其他影響第二類

判斷正誤

1.√2.×3.×

例1BD[有外界的幫助和影響，熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，仍遵循熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤；

由熱力學(xué)第二定律可知，自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的，B正確；不可能通過給物體加熱而使它運(yùn)動起來但不

產(chǎn)生其他影響，這違背了熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；氣體可自發(fā)地向真空膨脹，具有方向性，D正確。]

例2D[上浮過程中小瓶內(nèi)氣體溫度不變，壓強(qiáng)逐漸減小，根據(jù)pV＝C可知?dú)怏w體積變大，氣體對外界

做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，其中ΔU＝0，W<0，可知Q>0，可知瓶內(nèi)氣體從外界吸熱。故選

D。]

例3AD[設(shè)理想氣體初始狀態(tài)的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為p1＝p0，V1＝V0，T1＝300K，等容過程為狀

態(tài)二V2＝V1＝V0，T2＝400K，等壓過程為狀態(tài)三p3＝p0，V3＝？，T3＝400K，由理想氣體狀態(tài)方程可得，

＝＝，解得p2＝p0，V3＝V0，等壓過程中，氣體體積增加了原體積的，C錯(cuò)誤；等容過程中

?1?1?2?2?3?3441

氣?1體做功?2為零，?3由熱力學(xué)第一3定律ΔU＝3W＋Q＝400J，兩個(gè)過程的初末溫度相同即3內(nèi)能變化相同，因此內(nèi)

能增加都為400J，D正確；等壓過程內(nèi)能增加了400J，吸收熱量為600J，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w對

外做功為200J，即做功的大小為W＝p0(V0－V0)＝200J，解得V0＝6L，A正確，B錯(cuò)誤。]

4

3

考點(diǎn)二

例4B[根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，可知a→b氣體溫度升高，內(nèi)能增加，即ΔU>0，且體積增大，

??

氣體對外界做功，即W<0，由熱力?學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知a→b過程中氣體吸熱，A錯(cuò)誤，B正確；

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，可知p－V圖像的坐標(biāo)值的乘積反映溫度，a狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標(biāo)值的乘積

??

相等，而中間狀態(tài)的坐標(biāo)?值乘積更大，則a→c過程的溫度先升高后降低，且狀態(tài)b的溫度最高，C錯(cuò)誤；

a→c過程氣體體積增大，氣體對外界做正功，即外界對氣體做負(fù)功，D錯(cuò)誤。]

拓展

1.4p0V0吸收4p0V0

解析p－V圖像與V軸所圍的面積表示氣體對外界做的功

＋

Wac＝＝4p0V0；

(3?0?0)·2?0

由圖像知T2a＝Tc，故從a→c的過程中ΔU＝0，因?yàn)闅怏w對外界做功，W<0，由ΔU＝W＋Q知，Q>0，即氣

體要吸收熱量，吸收的熱量Q