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第3讲热力学定律与能量守恒一热力学第一定律二热力学第二定律能量守恒定律知识梳理考点一温度、内能考点二热力学第一定律的理解及应用考点三热力学第二定律深化拓展知识梳理一、热力学第一定律1.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①增加;物体对外界做功,物体的内能②减少在单纯的热传递过程中,物体③吸收热量,内能增加;物体④放出热量,内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的⑤转化不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的⑥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⑦相同的2.热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的⑧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=⑨W+Q。二、热力学第二定律能量守恒定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述:热量不能①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②不产生其他影响。或表述为:③第二类永动机是不可能制成的。2.能量守恒定律能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式④转化为另一种形式,或者从一个物体⑤转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的⑥总和保持不变。 1.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,(若不计气泡内空气分子势能的变化)则 (B)A.气泡对外做功,内能不变,同时放热B.气泡对外做功,内能不变,同时吸热C.气泡内能减少,同时放热D.气泡内能不变,不吸热也不放热解析在气泡缓慢上升的过程中,气泡外部的压强逐渐减小,气泡膨胀,对外做功。但由于外部恒温,且气泡缓慢上升,故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度,内能不变。由热力学第一定律知,气泡需从外界吸收热量,且吸收的热量等于对外界所做的功。2.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了1.2×105J,则下列正确的是 (B)A.W=8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=4×104JB.W=8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=2×104JD.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-4×104J解析因为外界对气体做功,W取正值,即W=8×104J;内能减少,ΔU取负值,即ΔU=-1.2×105J;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105J-8×104J=-2×105J,即B选项正确。3.(多选)对于一定质量的气体 (AC)A.吸热时其内能可以不变B.吸热时其内能一定不变C.不吸热也不放热时其内能可以减小D.不吸热也不放热时其内能一定不变解析内能的改变既可以通过做功来实现,又可以通过热传递来完成,还可以通过做功和热传递同时进行来实现,故选A、C。深化拓展考点一温度、内能1.温度温度是物体中分子平均动能的标志,反映大量分子做无规则运动的激烈程度。达到热平衡的系统内各部分都具有相同的温度。2.内能及改变内能的方式(1)内能:物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和,宏观上与物体的温度、体积、物质的量有关。(2)热量:热传递过程中的内能变化的量度。(3)做功和热传递对改变内能的作用: 1-1(2014北京理综,13,6分)下列说法中正确的是 (B)A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大C.物体温度降低,其内能一定增大D.物体温度不变,其内能一定不变解析温度是物体分子平均动能的标志,温度升高则其分子平均动能增大,反之,则其分子平均动能减小,故A错误,B正确;物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,宏观上取决于物体的温度、体积和物质的量,故C、D错误。1-2(2017海淀二模)下列说法中正确的是 (C)A.物体的温度升高时,其内部每个分子热运动的动能都一定增大B.气体的压强越大,单位体积内气体的分子个数一定越多C.物体的温度越高,其内部分子的平均动能就一定越大D.分子间距离减小,分子间的引力和斥力都一定减小解析温度升高时分子的平均动能增大,并不是每个分子的动能都增大,A错,C正确;气体的压强越大,单位体积内气体的分子个数不一定越多,可能是分子平均动能变大,B错;分子间距离减小,分子间的引力和斥力都变大,D错。考点二热力学第一定律的理解及应用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,应用时各量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。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2-1(2017西城二模)对一定质量的气体,忽略分子间的相互作用力。当气体温度升高时,下列判断正确的是 (B)A.气体的内能不变B.气体分子的平均动能增大C.外界一定对气体做功D.气体一定从外界吸收热量解析气体内能等于气体内所有分子热运动的动能与分子势能之和,由于忽略分子间的相互作用力,分子势能为零,所以气体内能等于气体内所有分子热运动的动能,温度升高,分子平均动能增大,内能增大,B正确,A错误;由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,内能增大,W、Q不一定都是正值,C、D错误。2-2如图所示,在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉,迅速向下压活塞,筒内气体被压缩后可点燃硝化棉。在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中 (B) A.气体对外界做正功,气体内能增加B.外界对气体做正功,气体内能增加C.气体的温度升高,压强不变D.气体的体积减小,压强不变解析气体被迅速压缩,外界对气体做正功,气体内能增加,温度升高到硝化棉的燃点即可使其点燃,由理想气体状态方程 =C知,温度升高、体积减小,则压强增大,B项正确,A、C、D项错误。pVT考点三热力学第二定律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”指明了热传递这一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”的含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(较大)(4)不同气体A和B 混合气体AB 3-1根据你学的热学中的有关知识,判断下列说法中正确的是 ()A.机械能可能全部转化为内能,内能也可以全部用来做功以转化成机械能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%,制冷机却可以使温度降到-273.15℃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答案A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,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,B错误;尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机也不能使温度降到-273.15℃,只能无限地接近-273.15℃,永远不能达到,C错误;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,第二类永动机不可以制造出来,D错误。3-2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,在蒸发器中的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)(多选)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的热量相比,有怎样的关系? 答案(1)BC(2)释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多解析(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化现象,是能量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,A错误,B正确。(2)由能量守恒定律可知,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。