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第十三章热学(选修3－3)热力学定律与能量守恒定律栏目导航123板块一双基巩固板块二考点突破板块三跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、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＝____________.做功热量Q＋W(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则物理量意义符号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____________吸收增加放出减少二、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三、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____________.自发地不产生其他影响第二类减小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___________________________.无序性热力学第二定律判一判|——易混易错(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．()×√××√×记一记|——规律结论1．做功和热传递是改变物体内能的两个途径，但物体吸收热量内能不一定增大．2．热机的工作效率可以努力提高，但不可能达到100%.考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一热力学第一定律——自主练透|记要点|1．改变内能的两种方式的比较做功热传递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区别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2.温度、内能、热量、功的比较含义特点温度表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义内能(热能)物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能状态量热量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功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程过程量3.热力学第一定律的理解(1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种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，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳．(2)三种特殊过程①绝热过程：Q＝0，则W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．②不做功的过程：W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．③始、末状态物体的内能不变的过程：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．|练高分|1．(多选)(2018年全国卷Ⅱ)对于实际的气体，下列说法正确的是()A．气体的内能包括气体分子的重力势能B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C．气体的内能包括气体整体运动的动能D．气体的体积变化时，其内能可能不变E．气体的内能包括气体分子热运动的动能解析：选BDE实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能，与整体的重力势能和动能均无关．改变气体内能的方式有做功和热传递．2.(多选)(2018届厦门一中检测)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pT图象如图所示，下列说法正确的是()A．过程bc中气体既不吸热也不放热B．过程ab中气体一定吸热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放出的热量D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同解析：选BDE由题图所示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体吸热，故A错误；由题图可知，ab过程气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B正确；由题图可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖—吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W0，气体温度降低，内能减少，ΔU0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由题图可知，a、b和c三个状态中a状态温度最低，分子平均动能最小，故D正确；由题图可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故E正确．3.(多选)(2017年全国卷Ⅱ)如图，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大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E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：选ABD抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，B项正确，E项错误．考点二热力学第二定律——自主练透|记要点|1．热力学第二定律关键词的涵义(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”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．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3.两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，违背热力学第二定律|练高分|1．(多选)(2019届南昌模拟)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是()A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B．能量耗散过程中能量不守恒C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功解析：选ADE第一类永动机不消耗能量却源源不断对外做功，违背了能量守恒定律，所以不可能制成，A正确；能量耗散过程中能量仍守恒，B错误；电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是压缩机做功的结果，不违背热力学第二定律，C错误；能量耗散说明宏观热现象的发生具有方向性，D正确；物体从单一热源吸收热量可以全部用于做功，但一定引起外界变化，E正确．2．(多选)(2018届洛阳检测)下列说法正确的是()A．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力B．悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是分子热运动C．把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体D．第二类永动机没有违反能量守恒定律E．绝对零度不可达到解析：选ADE通常，处于液体表面层的分子较为稀疏，其分子间距较大，液体分子之间的合力表现为平行于液体界面的引力，故A正确；悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是布朗运动，故B错误；把很多小的单晶体放在一起，就变成了多晶体，故C错误；第二类永动机没有违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故D正确；因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失，所以绝对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量和热量，故E正确．3．(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是()A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能E．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”解析：选ABD热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，故选项A正确；空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，故选项B正确；不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故选项C错误；根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，故选项D正确；对能源的过度消耗将形成“能源危机”，但自然界的总能量守恒，故选项E错误．考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合——师生共研|记要点|求解此类综合问题的通用思路|析典例|【例】(2019届河南郑州质检)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27℃.求：(1)该气体在状态B时的温度；(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量．[解析](1)对于理想气体：A→B过程，由查理定律得pATA＝pBTB得TB＝100K所以tB＝TB－273℃＝－173℃.(2)B→C过程，由盖—吕萨克定律得VBTB＝VCTC得TC＝300K，所以tC＝TC－273℃＝27℃由于状态A与状态C温度相同，气体内能相等，而A→B过程是等容变