搜索
第3讲热力学定律与能量守恒一热力学第一定律和能量守恒定律二热力学第二定律基础过关考点一热力学第一定律考点二热力学第二定律考点突破基础过关一、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)①做功。(2)②热传递。2.热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的③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:ΔU=④W+Q。3.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⑤转化为另一种形式,或者从一个物体⑥转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的⑦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。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⑧自发地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⑨不产生其他影响。或表述为:⑩第二类永动机是不可能制成的。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 能量守恒定律,但它违背了 热力学第二定律,也是不可能制成的。1.判断下列说法对错。(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)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,能量正在消失。 (✕)(5)利用河水的能量使船逆水航行的设想,符合能量守恒定律。(√)(6)热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。(✕)2.(多选)[2016海南单科,15(1),4分]一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N,其p-V图像如图所示。在过程1中,气体始终与外界无热量交换;在过程2中,气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程,下列说法正确的是(ABE)。A.气体经历过程1,其温度降低B.气体经历过程1,其内能减小C.气体在过程2中一直对外放热D.气体在过程2中一直对外做功E.气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同考点一热力学第一定律考点突破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。2.对公式ΔU=Q+W符号的规定符号WQΔU+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.改变内能的两种方式的比较做功热传递内能变化在绝热过程中,外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少在单纯的热传递过程中,物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少物理实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的不同部分之间内能的转移相互联系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4.温度、内能、热量、功的比较温度内能热量功含义表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能的标志,它是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说,温度没有意义物体内所有分子动能和分子势能的总和,它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能是热传递过程中内能的改变量,热量用来量度热传递过程中内能转移的多少做功过程是其他形式的能和内能之间的转化过程关系温度和内能是状态量,热量和功则是过程量。热传递的前提条件是存在温差,传递的是热量而不是温度,实质上是内能的转移考向1改变内能的两种方式1.(多选)[2016课标Ⅰ,33(1),5分]关于热力学定律,下列说法正确的是（BDE）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E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡解析若气体吸热的同时对外做功,则其温度不一定升高,选项A错;做功是改变物体内能的途径之一,选项B正确;理想气体等压膨胀,气体对外做功,由理想气体状态方程 =C知,气体温度升高,内能增加,故一定吸热,选项C错误;根据热力学第二定律知选项D正确;如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统与第三个系统的温度均相等,则这两个系统之间也必定达到热平衡,故选项E正确。pVT考向2气体内能的变化判断2.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,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 (D)A.外界对胎内气体做功,气体内能减小B.外界对胎内气体做功,气体内能增大C.胎内气体对外界做功,内能减小D.胎内气体对外界做功,内能增大解析中午比清晨时温度高,所以中午胎内气体分子平均动能增大,理想气体的内能由分子动能决定,因此内能增大;车胎体积增大,则胎内气体对外界做功。D项正确。考向3气态方程与热力学第一定律的综合应用3.(多选)[2018课标Ⅰ,33(1),5分]如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是（BDE）A.过程①中气体的压强逐渐减小B.过程②中气体对外界做正功C.过程④中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小解析过程①是等容升温过程,由 = ,可知压强逐渐增大,A项错误。过程②中气体膨胀,故气体对外界做正功,B项正确。过程④为等容降温过程,气体向外放出热量,C项错误。一定质量的理想气体的内能只与温度有关,而Tc=Td,所以状态c、d的内能相等,D项正确。由理想气体状态方程 =C得p=C ,由题图可知 ,则pbpd,E项正确。aapTbbpTpVTTVbbTVddTV考点二热力学第二定律1.两类永动机的比较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定律不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律2.对热力学第二定律的理解(1)在热力学第二定律的表述中“自发地”“不产生其他影响”的含义。①“自发地”指明了热传递现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助。②“不产生其他影响”是说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。④不同气体A和B 混合气体AB(4)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无序性增大的方向进行。(3)热力学过程方向性实例①高温物体 低温物体②功 内能③气体体积V1(较小) 气体体积V2(较大)1.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是 (ACE)A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体E.机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程解析由ΔU=W+Q可知做功和热传递是改变内能的两种途径,它们具有等效性,故A正确、B错误。由热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,但会产生其他影响,故C正确。根据热力学第二定律可知,在引起其他变化的前提下,热量可以从低温物体传递到高温物体,则D项错。一切与热现象有关的宏观过程不可逆,则E正确。2.地球上有很多海水,它的总质量约为1.4×1018t,如果这些海水的温度降低0.1℃,将要放出约5.88×1023J的热量。有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机,但这种机器是不能制成的,其原因是 (C)A.内能不能转化成机械能B.内能转化成机械能不满足热力学第一定律C.只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律D.上述三种原因都不正确解析内能可以转化成机械能,如热机,A错误;内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律,即能量守恒定律,B错误;热力学第二定律告诉我们:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化,C正确。