第3讲 热力学定律与能量守恒考点1 热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式(1)_;(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_与外界对它所做的功的和.(2)表达式：U=_. 做功热传递热量Q+W1.改变内能的两种方式的比较方式名称比较项目做 功热传递区别内能变化 情况从运动形式上看从能量的角度看能的性质 变化情况相互联系外界对物体做功，物体的内 能增加；物体对外界做功， 物体的内能减少物体吸收热量，内能增加 物体放出热量，内能减少做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递则是通过分子之间的相 互作用，使同一物体的不同部 分或不同物体间的分子热运动 发生变化，是内能的转移做功是其他形式的能与内能相互转化的过程能的性质发生了变化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质不变做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的2.U=W+Q中正、负号法则意义符号WQ+-物量理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3.U=Q+W的三种特殊情况(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)若过程是等容的，即W=0,Q=U，物体吸收的热量等于物体内能的增加.(3)若过程是等温的，即U0，则W+Q=0或W=-Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量.4.对温度、内能、热量和功的三点说明(1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量.当物体的内能改变时，温度不一定改变.只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发生变化.(2)热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样是过程量，离开过程谈热量毫无意义.就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”.(3)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量.只有物体的内能变化较大时，做的功或传递的热量才会多.考点2 热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体,而_.(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而_.或表述为“_永动机是不可能制成的.”第二类不引起其他变化不引起其他变化2.用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_(填“增大”或“减小”).3.热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的_增大的方向进行.减小无序性1.在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助.(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.2.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.3.热力学过程方向性实例(1)高温物体 低温物体(2)功 热(3)气体体积V1 气体体积V2(V10，下滑过程不与外界发生热交换，Q=0，由热力学第一定律U=W+Q可知内能增大，A正确，B、C、D错误.【总结提升】判定物体内能变化的方法(1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析.(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正.(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q=0.(4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.热力学第二定律的应用【例证2】如图所示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.(1)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热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？【解题指南】结合热力学第一定律、热力学第二定律的相关知识进行研究分析.【自主解答】(1)选B、C.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，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，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正确，A错误.(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多.【总结提升】解答本题的关键在于理解热力学第一、第二定律，特别是对第二定律应理解“自发地”和“不产生其他影响”的涵义.第(1)问中易错选A.原因是误认为热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外，其实热量在从冰箱内传到冰箱外时，需要压缩机的帮助，并消耗电能，并不是“自发地”、“不产生其他影响”.气体实验定律与热力学定律综合【例证3】(8分)如图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2 p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度.已知：气体内能U与温度T的关系为U=T,为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求：(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.【解题指南】可按以下思路分析此题：【规范解答】(1)在气体由p=1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T=2.4 T0变为T1，由查理定律得 (2分)在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律得解得 (2分)(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W=p0(V-V1) (1分)在这一过程中，气体内能的减少为U=(T1-T0) (1分)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q=W+U, (1分)解得 (1分)答案：(1)【总结提升】气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体.(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决.(3)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W=pV；只要温度发生变化，其内能要发生变化.(4)结合热力学第一定律U=W+Q求解问题.1.(2011福建高考)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则该理想气体的( )A.温度降低，密度增大 B.温度降低，密度减小C.温度升高，密度增大 D.温度升高，密度减小【解析】选D.由热力学第一定律U=W+Q，Q=2.5104 J，W=-1.0104 J，可知U大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D对.2.(2011大纲版全国卷)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )A.气体吸收的热量可以完全转化为功B.气体体积增大时，其内能一定减小C.气体从外界吸收热量，其内能一定增加D.外界对气体做功，气体内能可能减小【解析】选A、D.如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减小，所以B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减小，所以D正确.3.关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是( )A.第二类永动机违反能量守恒定律B.如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C.外界对物体做功，则物体的内能一定增加D.做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的【解析】选D.第二类永动机违反热力学第二定律并不违反能量守恒定律，A错误.由热力学第一定律可知吸收热量物体的内能不一定增加，B错误.同理外界对物体做功，物体的内能也不一定增加，C错误.做功和热传递都可以改变物体的内能，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移，D正确.【总结提升】两类永动机的比较分类 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 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，使之完全变成 功，而不产生其他 影响的机器 不可能 制成的原因 违背能量守恒 不违背能量守恒， 违背热力学第二定 律 4.关于热力学定律，下列说法正确的是( )A.在一定条件下物体的温度可以降到0 KB.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C.吸收了热量的物体，其内能一定增加D.压缩气体总能使气体的温度升高【解析】选B.由热力学第三定律知，绝对零度不可能达到，A错；由热力学第二定律知，物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，但是将产生其他影响，B对；物体吸收了热量，若全部用于对外做功，其内能不变，C错；压缩气体，若气体向外放热，气体的温度不一定升高，D错.5.(2012南京模拟)(1)下列说法正确的是_.(填写选项前的字母)A.机械能和内能的转化具有方向性B.大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体C.第二类永动机不违反能量守恒定律，它是能制造出来的D.当温度由20变为40时，物体分子的平均动能应变为原来的2倍 (2)如图所示的圆柱形汽缸固定于水平面上，缸内用活塞密封一定质量的理想气体，已知汽缸的横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0.将活塞固定，使汽缸内气体温度升高1，气体吸收的热量为Q1；如果让活塞可以缓慢自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气，且不计气体的重力)，也使汽缸内气体温度升高1，其吸收的热量为Q2.简要说明Q1和Q2哪个大些.求汽缸内气体温度升高1时活塞向上移动的高度h.【解析】(1)选A.机械能和内能的转化具有方向性，A正确.大颗粒的盐磨成细盐还是晶体，B错误.第二类永动机不违反能量守恒定律但违反热力学第二定律，制造不出来，C错误.当温度由20变为40时，物体分子的平均动能增加，但并不是变为原来的2倍，D错误.(2)等容过程，吸收的热量，用于增加气体的内能，U1=Q1.等压过程，吸收的热量，用于增加气体的内能和对外做功，又U2=U1，则Q1Q2气体对外做功活塞向上移动的高度答案：(1)A (2)见解析 6.(1)下列说法正确的是_.A.根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体B.固体小颗粒在液体中的布朗运动是由固体分子的无规则运动引起的C.物体的温度为0时，物体分子的平均动能为零D.一定质量的理想气体，保持温度不变，压强