单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第3讲热力学定律、能量守恒,【考纲解读】1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律；2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律；3.掌握能量守恒定律及其应用,1,一、热力学第一定律和能量守恒定律,1改变物体内能的两种方式,(1)_；(2)_,考点O讲堂梳理自查,做功,热传递,2,2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：,U,Q,W,3能的转化和守恒定律,(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一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变,(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机它是不可能制成的,3,二、热力学第二定律,1常见的两种表述,(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从_物体传到_物体,(2)开尔文表述：不可能从_吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响,2第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机这类永动机不违背_，,但它违背了_，也是不可能制成的,低温,高温,单一热库,能量守恒定律,热力学第二定律,4,1,对做功与内能变化的考查,金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，,待筒内外压强相等时，立即关闭开关在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现象是(),A筒外空气流向筒内,B筒内空气流向筒外,C筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变,D筒内外无空气交换,【答案】,B,5,【解析】,因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可看成绝热膨胀过程气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同筒内剩余气体属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外,6,2,对热和内能变化的考查,如果铁丝的温度升高了，则(),A铁丝一定吸收了热量B铁丝一定放出了热量,C外界可能对铁丝做功D外界一定对铁丝做功,【答案】,C,【解析】,做功和热传递对改变物体的内能是等效的，温度升高可能是做功引起的，也可能是热传递引起的,7,3,对热力学第一定律的考查,(多选)某物体温度升高了，这说明(),A该物体一定吸收了热量B该物体可能放出了热量,C外界对物体可能做了功D物体可能吸收了热量,【答案】,BCD,【解析】,由,U,Q,W,来分析，物体温度升高了，一定有物体的内能增加，,U,0，要满足,U,0可能有各种情况：,W,0，,Q,0；,W,0，,Q,0；,W,0，,Q,0；,W,0，,Q,0，,W,|,Q,|；,W,0，,Q,0，,Q,|,W,|.由,否定选项A；,与选项B一致；,与选项C一致；,与选项D一致，故选项B、C、D正确,8,1热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳,2对公式,U,Q,W,符号的规定,考点1热力学第一定律的理解应用,符号,W,Q,U,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,9,3三种特殊情况,(1)若过程是绝热的，则,Q,0，,W,U,，外界对物体做的功等于物体内能的增加,(2)若过程中不做功，即,W,0，则,Q,U,，物体吸收的热量等于物体内能的增加,(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即,U,0，则,W,Q,0或,W,Q,，外界对物体做的功等于物体放出的热量,10,例1(2014年新课标,卷)一定量的理想气体从状态,a,开始，经历三个过程,ab,，,bc,，,ca,回到原状态，其,p,T,图象如图所示下列判断正确的是(),A过程,ab,中气体一定吸热,B过程,bc,中气体既不吸热也不放热,C过程,ca,中外界对气体所做的功等于气体所放的热,D,a,，,b,和,c,三个状态中，状态,a,分子的平均动能最小,E,b,和,c,两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同,11,思路剖析：,(1)根据图象可知,ab,，,bc,过程气体的状态是怎样变化的？(2)如何在本题中利用热力学第一定律判断气体吸热还是放热？,【答案】,ADE,【解析】,由,p,T,图象可知过程,ab,是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程,ab,一定吸热，选项A正确；过程,bc,温度不变，即内能不变，由于过程,bc,体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程,ca,压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由,p,T,图象可知，,a,状态气体温度最低，则平均动能最小，选项D正确；,b,，,c,两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，选项E正确,12,对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化吸、放热不能直接确定时，则要放在最后，根据热力学第一定律来确定必须指出的是，一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒来进行,13,1热力学第二定律的实质,热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而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,温馨提示：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下，内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程,考点2热力学第二定律,14,15,16,B气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，因此此过程不违反热力学第二定律,C气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律,D以上三种说法都不正确,思路剖析：,熟记热力学第二定律的两种表述并准确理解其含义是正确处理此类问题的关键,【答案】,C,17,【解析】,由于气体始终通过气缸壁与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以气缸内的气体温度也不变要保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力,F,对活塞做功，此过程不可能发生,18,练1(多选)下列说法中正确的有(),A热量能够从高温物体传到低温物体但不能从低温物体传到高温物体,B热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体,C机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部用来功,D机械功可以全部转化为热量，热量也可能全部用来功,【答案】,BD,19,【解析】,根据热传递的规律可知热量能够自发地从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(例如冰箱和空调)就是这样的装置但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止；在这过程中机械功全部转化为热量外界条件发生变化时，热量也可以全部用来做；例如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功，选项C错误，D正确,20,热力学第二定律的三性,1,“,条件性,”,：这两种表述中的,“,不引起其他变化,”,是热力学第二定律的条件如果没有这一条件，则热量可以由低温物体传到高温物体；也可以从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,2“方向性”：所谓热现象的方向性，就是指自然发生的热现象有明确的进行方向，通常称为正向过程正向过程具有“自发性”，又叫不可逆性，两种表述是等效性,3两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以它们都称为热力学第二定律,21,1处理方法,(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体,(2)对理想气体，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，,W,p,V,；只要温度发生变化，其内能就发生变化,(3)结合热力学第一定律,U,W,Q,求解问题,考点3气体实验定律与热力学第一定律的综合,22,23,例3 一种海浪发电机的气室如图所示工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电气室中的空气可视为理想气体,24,(1)下列对理想气体的理解，正确的有_,A理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型,B只要气体压强不是很高就可视为理想气体,C一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关,D在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律,(2)压缩过程中，两个阀门均关闭若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4,10,4,J，则该气体的分子平均动能_(填,“,增大,”“,减小,”,或,“,不变,”,)，活塞对该气体所做的功_(填,“,大于,”“,小于,”,或,“,等于,”,)3.4,10,4,J.,【答案】,(1)AD(2)增大等于,25,【解析】,(1)理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在，选项A正确；在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过标准大气压的几倍时，可把实际气体当成理想气体来处理，选项B错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，选项C错误；在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，这样的气体是理想气体，选项D正确,(2)气室中的气体与外界无热交换，内能增加，是因为外界对气体做功，故密闭气体的温度升高，气体分子的平均动能增大根据热力学第一定律,U,Q,W,可知，,Q,0，,W,U,，所以活塞对该气体所做的功等于3.4,10,4,J.,26,练2如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝，汽缸壁和隔板均绝热初始时隔板静止，左右两边气体温度相等现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(),A右边气体温度升高，左边气体温度不变,B左右两边气体温度都升高,C左边气体压强减小,D右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量,【答案】,B,27,【解析】,当电热丝通电后，右边气体温度缓慢升高气体膨胀，将隔板向左推动对左边的气体做功，根据热力学第一定律可知左边气体内能增加、温度升高、压强增大，选项B正确，A、C错误；右边气体内能的增加值应为电热丝发出的热量减去左边气体内能增量，选项D错误,28,29,热点题组一热力学第一定律,1(多选)(2017年肇庆模拟)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体(),A体积减小，内能增大,B体积减小，压强减小,C对外界做负功，内能增大,D对外界做正功，压强减小,【答案】,AC,模拟精选 组合专练,30,【解析】,挤压充气袋，气体的体积减小，充气袋中气体的压强增大，外界对气体做正功，气体对外界做负功，由于袋内气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，A、C两项正确，B、D两项错误,31,2(2017年永春模拟)重庆出租车常以天然气作为燃料加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(),A压强增大，内能减小,B吸收热量，内能增大,C压强减小，分子平均动能增大,D对外做功，分子平均动能减小,【答案】,B,32,热点题组二热力学第二定律,