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第3讲热力学定律与能量守恒定律知识排查热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式(1)_______；(2)热传递。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：ΔU＝_________。Q＋W做功热量(3)符号法则：吸收物理量意义符号WQΔU＋外界对物体做功物体______热量内能______－物体对外界做功物体______热量内能______增加放出减少能量守恒定律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______为另一种形式，或者是从一个物体______到另一个物体，在______或______的过程中，能量的______保持不变。2.条件性能量守恒定律是自然界的____________，某一种形式的能是否守恒是有条件的。3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了_________________。转化转移转化转移总量普遍规律能量守恒定律热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能________从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而____________________或表述为“________永动机是不可能制成的”。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______。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。4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了____________________。自发地不产生其他影响第二类减小无序性热力学第二定律小题速练1.思考判断(1)做功和热传递的实质是相同的。()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能一定减少。()(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。()(4)电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递。()答案(1)×(2)×(3)√(4)√A.机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C.尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%D.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来2.(多选)根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()答案AC解析机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，选项A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，选项B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，选项C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，选项D错误。A.温度降低，物体内所有分子运动的速度一定都变小B.任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化成机械能C.凡是不违背能量守恒定律的实验构想，都是能够实现的D.温度升高，物体的内能不一定增加3.(多选)关于热现象，下列叙述正确的是()答案BD热力学第一定律的理解与应用1.热力学第一定律的理解(1)内能的变化都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变化：体积增大，气体对外界做功，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，所以它的内能变化，只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。(1)若过程是绝热的，则Q＝0，则W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(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量。(3)若过程的初、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。2.几种特殊情况图1【例1】(多选)如图1所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是()A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增加C.在自发扩散过程中，气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功答案ABD解析因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增加，选项B、D正确。1.某驾驶员发现中午时车胎内的气压比清晨时高，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A.外界对胎内气体做功，气体内能减少B.外界对胎内气体做功，气体内能增加C.胎内气体对外界做功，内能减少D.胎内气体对外界做功，内能增加解析车胎体积增加，故胎内气体对外界做功，胎内气体温度升高，故胎内气体内能增大，D项正确。答案DA.质量和温度都相同的气体，内能一定相同B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C.气体被压缩时，内能可能不变D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关2.(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是()解析质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，则其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，选项A错误；宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，选项B错误；如果等温压缩，则内能不变，选项C正确；理想气体的分子势能为零，所以理想气体的内能与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，选项D正确。答案CD热力学第二定律的理解与应用1.对热力学第二定律的理解(1)定律中“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)定律中“不产生其他影响”的涵义是指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。(3)意义：热力学第二定律表明自然界中出现的与热现象有关的宏观过程都具有方向性。2.热力学第一、第二定律的比较热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能热量的传递热量可以从高温物体自发传向低温物体说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础1.(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体答案BD解析气体吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，不能确定ΔU变化情况，故不能确定气体温度变化，选项A错误；气体内能的改变ΔU＝Q＋W，故对气体做功可改变气体内能，选项B正确；理想气体等压膨胀，W0，由理想气体状态方程pVT＝C，p不变，V增大，气体温度升高，内能增加，ΔU0，由ΔU＝Q＋W，知Q0，气体一定吸热，选项C错误；由热力学第二定律，选项D正确。A.第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B.效率为100%的热机是不可能制成的C.电冰箱的工作过程表明，热量可以自发的从低温物体向高温物体传递D.从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段2.根据热力学定律，下列说法正确的是()解析第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律，故选项A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故选项B正确；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但是有条件，故选项C错误；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，故选项D错误。答案B四个常见的宏观热现象方向性实例(1)高温物体热量Q能自发传递给热量Q不能自发传递给低温物体。(2)功能独立地完全转化为不能独立地完全转化为热量。(3)气体体积V1能自发膨胀到不能自发压缩到气体体积V2(V2V1)。(4)不同气体A和B能自发混合成不能自发分离成混合气体AB。热力学定律与气体实验定律的综合应用解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的思维流程图2【例2】(多选)如图2所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是()A.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量解析在过程ab中，体积不变，气体对外界不做功，压强增大，温度升高，内能增加，故选项A正确，C错误；在过程ca中，气体的体积缩小，外界对气体做功，故选项B正确；在过程bc中，温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故选项D正确。答案ABD1.如图3所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。该循环过程中，下列说法正确的是()图3A.A→B过程中，气体的内能不变B.B→C过程中，气体分子的平均动能增大C.C→D过程中，气体分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少D.D→A过程中，外界对气体做的功小于气体内能的增加量答案A解析A→B为等温过程，气体的内能不变，选项A正确；B→C为绝热过程，气体没有与外界热交换，体积增大，气体对外界做功，内能减少，所以B→C过程中，气体分子的平均动能减少，选项B错误；C→D为等温过程，气体体积减小，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C错误；D→A过程中，气体与外界无热量交换，体积减小，外界对气体做功，外界对气体做的功等于气体内能的增加量，选项D错误。图42.我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图4所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0＝300K，压强p0＝1atm，封闭气体的体积V0＝3m3，如果将该汽缸下潜至990m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。(1)下潜过程中封闭气体________(选填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(选填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功；(2)求990m深处封闭气体的体积(1atm相当于10m深的海水产生的压强)。答案(1)放热大于(2)2.8×10－2m3解析(1)下潜过程中温度降低，则ΔU0，气体体积减小，则W0，由ΔU＝Q＋W知，Q0，放热，且|Q|W。(2)当汽缸下潜至990m时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知p＝100atm根据理想气体状态方程得p0V0T0＝pVT代入数据得V＝2.8×10－2m3。