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第十三章热学第三节热力学定律与能量守恒【基础梳理】提示：传递的热量所做的功W＋Q转化转移转化转移E2ΔE减低温高温【自我诊断】1．判一判(1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．()(2)做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化的过程．()(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消失．()√√×2．做一做(1)关于热力学定律，下列说法正确的是()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．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程提示：选ACE.内能的改变可以通过做功或热传递进行，A正确；对某物体做功，物体的内能不一定增加，B错误；在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，C正确；在有外界影响的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，D错误；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，E正确．(2)关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是()A．气体体积增大时，其内能一定减少B．外界对气体做功，气体内能可能减少C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．气体温度升高，其分子平均动能一定增加E．气体温度升高，气体可能向外界放热提示：选BDE.做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，A、C错误，B正确．温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，其分子平均动能一定增加，D正确．内能增加，若外界对气体做的功大于内能的增加量，则气体向外放热，E正确．热力学第一定律【知识提炼】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区别内能变化情况外界对物体做功，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，内能减少做功热传递区别从运动形式看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从能量角度看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【典题例析】如图所示，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)．这就是著名的“卡诺循环”．(1)该循环过程中，下列说法正确的是________．A．A→B过程中，外界对气体做功B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)．若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ.[解析](1)在A→B的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，A错误；B→C的过程中，气体对外界做功，W＜0，且为绝热过程，Q＝0，根据ΔU＝Q＋W，知ΔU＜0，即气体内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B错误；C→D的过程中，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C正确；D→A的过程为绝热压缩，故Q＝0，W＞0，根据ΔU＝Q＋W，ΔU＞0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，D错误．(2)从A→B、C→D的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是B→C，内能增大的过程是D→A.气体完成一次循环时，内能变化ΔU＝0，热传递的热量Q＝Q1－Q2＝(63－38)kJ＝25kJ，根据ΔU＝Q＋W，得W＝－Q＝－25kJ，即气体对外做功25kJ.[答案](1)C(2)B→C25【迁移题组】迁移1改变内能的两种方式1．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：选BDE.根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高，A错误；对气体做功可以改变其内能，B正确；理想气体等压膨胀过程，对外做功，由理想气体状态方程可知，气体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确；根据热平衡定律，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，E正确．迁移2气体内能的变化判断2．(2019·高考全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．解析：由于初始时封闭在容器中的空气的压强大于外界压强，容器和活塞绝热性能良好，容器中空气与外界没有热量交换，容器中的空气推动活塞对外做功，由热力学第一定律可知，空气内能减小．根据理想气体内能只与温度有关可知，活塞缓慢移动后容器中空气的温度降低，即容器中的空气温度低于外界温度．因压强与气体温度和分子的密集程度有关，当容器中的空气压强与外界压强相同时，容器中空气温度小于外界空气温度，故容器中空气的密度大于外界空气密度．答案：低于大于热力学第二定律【知识提炼】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．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能也可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．3．两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机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违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成【跟进题组】1．根据热力学定律，下列说法正确的是()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E．吸收了热量的物体，其内能也不一定增加解析：选BCE.第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，故A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故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，故C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，故D错误；改变内能的方式有做功和热传递，吸收了热量的物体，其内能也不一定增加，故E正确．2．以下现象不违背热力学第二定律的有()A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．热量自发地从低温物体传到高温物体E．在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能解析：选ACE.热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不可能达到100%，B错误；泥水分离是机械能(重力势能)向内能的转化，C正确；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D错误；物体因摩擦力而停下来，是机械能(动能)向内能的转化，是自发过程，E正确．