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第3讲热力学定律能量守恒方式做功热传递内能变化外界对物体做功，物体的内能增加物体对外做功，物体的内能减小物体吸收热量，内能增加物体放出热量，内能减小本质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分间内能的转移相互联系做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的考点1热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式的比较概念温度内能(热能)热量功涵义物体分子平均动能大小的标志，对个别分子来说，温度没有意义物体内所有分子动能和势能的总和热传递过程中内能的改变量机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程2.温度、内能、热量、功的区别3.热力学第一定律(1)内容：物体内能的增量ΔU等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和．(2)表达式：.W＋Q＝ΔU(3)符号法则：＞＜吸放①功W0，外界对系统做功；W0，系统对外界做功；②热量Q＞0，物体热；Q＜0，物体热；③内能ΔU＞0，内能增加；ΔU＜0，内能减少．在应用热力学第一定律时，应特别分清W、Q的正负号，以便准确地判断ΔU的正、负．(4)容易出错的几种特殊情况①若是绝热过程，则Q＝0、W＝ΔU，即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＝ΔU，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ΔU＝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．D1．(单选)关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是()A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．热量是热传递过程中内能转移的量度C2．(单选)关于物体内能的变化，以下说法中正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变3．(双选)某体育馆内有一恒温游泳池，水温等于室温，现有一个气泡从水池底部缓缓上升，那么在上升过程中，泡内气体(可视为理想气体)()A．分子间的平均距离减小B．分子平均动能减小C．不断吸热D．压强不断减小CD解析：气泡处在恒温的水池中，可认为温度不变，故平均动能不变，选项B错；气泡从水池底部缓缓上升过程中，其压强在不断减小，由气体压强的微观解释可知，体积必在增大，对外做功，而温度不变，对理想气体而言，其内能不变，由热力学第一定律知，气体必不断从外部环境中吸热，故选项A错，C、D正确．图13－3－1A．气体压强减小，气体对外界做功B．气体压强增大，外界对气体做功C．气体体积减小，气体内能减小D．气体体积增大，气体内能减小4．(单选)如图13－3－1所示，用一根与绝热活塞相连的细线将绝热汽缸悬挂在某一高度静止不动，汽缸开口向上，缸内封闭一定质量的气体，缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气，现将细线剪断，让汽缸自由下落，则下列说法正确的是()B考点2热力学第二定律、能量守恒定律1．热力学第二定律(1)两种表述：解析：在没有剪断线前，汽缸内密封气体的压强p＝p0－GS；剪断线后，汽缸及活塞都做自由落体运动，系统完全失重，p′＝p0，即压强增大，故A错．剪断线后，由于气体压强增大到等于大气压，活塞相对汽缸向下运动动，气体体积减小，外界对气体做功，故B对．由热力学第一定律可知，气体内能增大，故C、D错．①按热传递的方向性来表述：热量不能地从低温物体传到高温物体．自发不产生其他影响②按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而．(2)热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律．(3)热力学第二定律的微观解释①一切自然过程总是沿着分子热运动的进行．这是热力学第二定律的微观意义．性增大的方向②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一无序个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．2．能量守恒定律(1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体．．这就是能的转化和在转化或转移的过程中其总量守恒定律．保持不变(2)对能量守恒定律的理解：①某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少第一类永动机第二类永动机不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器违背能量守恒，不可能实现不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能实现量与增加量相等．②某个物体能量的减少，一定存在其他物体能量的增加，且减少量和增加量一定相等．③在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态确定ΔE增、ΔE减各为多少，再由ΔE增＝ΔE减列式计算．3．两类永动机的比较5．(双选)下列说法中正确的是()ACA．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B．一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D.一切物理过程都不可能自发地进行解析：由热力学第二定律和能量守恒定律易判断A、C是正确的．6．(单选)关于对永动机的认识，下列说法正确的是()A．第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律，所以都不可能制成CB．第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机没有违背能量守恒定律，因此，随着科学技术的迅猛发展，第二类永动机是可以制成的C．第一类永动机违反了热力学第一定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，这两类永动机都不可能制成D．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，不可能制成；第二类永动机违反了热力学第二定律，也不能制成．7．(单选)如图13－3－2所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程气体吸热Q，气体内能增量为ΔU，则()图13－3－2A．ΔU＝QB．ΔUQC．ΔUQD．无法比较解析：A、B气体开始的合重心在中线下，混合均匀后在中线，所以系统重力势能增大．由能量守恒知：吸收热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能．故ΔUQ.B热点热力学定律综合问题【例1】(双选)(2009年全国Ⅱ)如图13－3－3，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()图13－3－3A．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．左边气体压强增大D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量答案：BC解析：当电热丝通电后，右边的气体温度升高，气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，内能增加，气体的温度升高，再根据气体实验定律，左边的气体压强增大．A错，B、C正确．右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功，D错．故选BC.B．布朗运动就是液体分子的运动CC．一定质量的理想气体从外界吸收热量，其内能可能不变D．热量不可能从低温物体传递给高温物体1．(单选)(2011年深圳一模)下列叙述中，正确的是()A．物体温度越高，每个分子的动能也越大解析：温度是大量分子平均动能的标志，对一个分子没有意义；布朗运动是液体分子无规运动的间接反映；热量不能从低温物体传递给高温物体，而不引发其他变化．说法中正确的是()CDA．只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出气体分子的质量B．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律C．一定质量的理想气体，保持气体的压强不变，温度越高，体积越大D．液体的表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的2．(双选)(2011年湛江调研)关于热现象和热学规律，下列易错点：热力学定律【例1】(单选)将一装有压缩空气的金属瓶的瓶塞突然打开，使压缩空气迅速跑出，当瓶内气体压强降至等于大气压p0时，立即盖紧瓶塞，过一段时间后，瓶内压强将(设瓶外环境温度不变)()BA．仍为p0B．大于p0C．小于p0D．无法确定错解分析：由于是在内外气压相等的情况下塞上瓶塞的，所以过一段时间后，内外压强应该仍然相等，所以答案应该选A.上述解答中没有从热力学规律出发，不能把生活语言，如”突然”，”空气迅速跑出”等词语，”翻译”成”物理语言”．上述表达的物理语言可表述为：压缩气体对外做功，与外界来不及进行热交换，即所谓的绝热过程．另外就是”过一段时间”，这是一个可能有热交换的过程，因为瓶子是金属的，金属一般都是热的良导体．上述错误正是因为没有分析这两个热力学过程所致.正确解析：拔开瓶塞，瓶内空气急速膨胀跑出来，这是一个近似的绝热膨胀过程，气体对外做功．根据热力学第一定律，气体的内能一定减少，即温度迅速降低．由于是在室温下拔开瓶塞的，所以瓶内气体的温度一定低于室温．当瓶内外气体压强相等后，塞上瓶塞，立刻又出现了一个新的热力学过程，由于瓶内气温低于室温，必将有热量从外界传向瓶内空气，使瓶内空气的温度升高，瓶内空气的压强也就随着温度的升高而增大．所以，正确答案应为B.解此类题时要注意把握住题设的关键词所反映的隐含条件，注意分析物理过程，只是根据自己的生活经验想当然一般是要出错的．1．(单选)下列说法中正确的是()DA．温度低的物体内能小B．温度低的物体分子运动的平均速率小C．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大D．外界对物体做功时，物体的内能不一定增加解析：由于物体内能的变化与两个因素有关，即做功和热传递两方面．内能是否改变要从这两方面综合考虑．若做功转化为物体的内能等于或小于物体放出的热量，则物体的内能不变或减少．即外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，选项D是正确的．2．(单选)(2011年广州天河区二模)下列说法正确的是()A．热量能自发地从高温物体传给低温物体B．一定质量的理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换AC．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做规则运动D．扩散现象说明分子间存在斥力解析：外界对气体做功，要保持内能不改变，则气体必定与外界发生热交换；布朗运动是液体分子热运动的间接反映；扩散现象和布朗运动都说明分子永不停息地做无规则运动．