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第2节热力学定律能量守恒定律考点1►热力学第一定律的理解及应用1．内能(1)定义：物体内所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能．(2)物体内能的变化①改变内能的两种方式a．做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就_______多少；物体对外界做了多少功，物体内能就_______多少．增加减少b．热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就_______多少；物体放出了多少热量，物体内能就________多少．②两种改变方式间的关系a．两者在___________________上是等效的．b．两者的本质区别：做功是其他形式的能和物体内能的相互________，热传递是物体间内能的_______．增加减少改变物体的内能转化转移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热量与外界对它所做的功的和．(2)公式：ΔU＝__________．3．能量守恒定律内容：能量既不会凭空______，也不会凭空_____，它只能从一种形式_______为另一种形式，或者从一个物体________到另一个物体，在能的转化或转移过程中其_______不变．W＋Q产生消失转化转移总量例1如图容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先，A中水面比B中的高．打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡．在这个过程中()A．大气压力对水做功，水的内能增加B．重力对水做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的内能增加【解析】分析大气压力对水是否做功：打开阀门K后，根据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如右图所示，即A中水面下降，B中水面上升；设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，由于水的总体积保持不变，则有S1h1＝S2h2，A管中大气压力对水做的功：W1＝p0S1h1，B管中大气压力对水做的功：W2＝－p0S2h2，大气压力对水做的总功：W＝W1＋W2＝p0S1h1－p0S2h2＝0；即大气压力对水不做功；分析水的内能是否改变：打开阀门K后，A中的水逐渐向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做负功，但从最后的效果看，是A管中高度为h1的水移至较低的B管中高度为h2的地方，如图所示，所以在这个过程中水的重力做正功；同时，整个装置是绝热的，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，式中Q＝0，W为正值，所以ΔU为正值，即水的内能增加，故D正确，A、B、C错误；故选D.【答案】D【小结】1.热力学第一定律中的符号规定及意义物理量意义符号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小2.温度、内能、热量、功之间的区别概念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，对个别分子来说没有意义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是热传递过程中内能的改变量，热量用来度量热传递过程中内能转移的多少做功过程是机械能和其他形式的能(包括内能)之间的转化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1．在标准大气压p＝1.0×105Pa下，水在沸腾时，1g水由液态变成同温度的气态，其体积由1cm3变为1701cm3.已知水的汽化热为L＝2264J/g.则体积膨胀时气体对外做的功为______；气体吸收的热量为___________．【解析】体积膨胀时气体对外做的功为W＝pΔV＝1.0×105×(1701－1)×10－6J＝170J．气体吸收的热量为Q＝mL＝1×2264J＝2264J.170J2264J2．(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A．对外做正功B．对外做负功C．分子平均动能增大D．分子的平均动能减小AD【解析】密闭于气缸内的气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而W0，缸内气体与外界无热交换说明Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知内能增加量ΔU0，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低，故A、D正确，B、C错误；故选AD.3．下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是()A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．对物体做功，物体的内能可能减小D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了D【解析】根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，故A正确；某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，故B正确；对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，故C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，能量并没有消失；故D错误．考点2►热力学第二定律和第三定律的理解1．热力学第二定律(1)热力学第二定律的两种表述表述一(按照热传导的方向性来表述)：热量不可能自发地从_________物体传到_______物体．表述二(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产生____________．它也可以表述为：第二类永动机是___________制成的．这两种表述是等效的，即可以从一种表述导出另一种表述．低温高温其他影响不可能(2)热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响，所以二者既相互联系又相互补充．(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，全部对外做功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒，不可能制成不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能制成2.热力学第三定律不可能把一个物体冷却到_________(_________不可能达到)．绝对零度绝对零度例2关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性B．“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律C．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的D．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的【解析】空调既能制热又能制冷，是消耗了电能，不是自发进行的，故A错误．“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，不违反能量守恒定律，选项B错误；根据熵原理，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，选项C正确；根据热力学第二定律，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，选项D正确；故选CD.【答案】CD【小结】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”的涵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．4．(多选)下列有关热学的说法中正确的是()A．气体放出热量，其分子的平均动能一定减小B．气体温度升高，分子的平均动能一定增大C．随着科技的进步，物体的温度可以降低到－300℃D．热量可以从低温物体传递到高温物体E．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成BDE【解析】气体放出热量的同时若外界对物体做功，物体的内能可能增大，则其分子的平均动能可能增大，A错误；温度是分子的平均动能的标志，物体温度升高，分子的平均动能一定增大，B正确；－273.15℃是一切低温的极限，故C错误；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，E正确．A组1．(多选)关于内能，下列说法正确的是()A．气体被压缩时，内能可能不变B．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关C．内能是物体的动能和势能的总和D．质量和温度都相同的气体，内能一定相同【解析】气体被压缩，外界对气体做功，如果气体对外界放热，内能可能不变，A正确；理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，B正确；内能是分子的动能与分子势能之和，C错误；气体的内能由物质的量、温度决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，D错误．AB2．如图所示，有两个完全相同的铜球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热细线挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了()A．ΔtA＞ΔtBB．ΔtA＜ΔtBC．ΔtA＝ΔtBD．ΔtA、ΔtB无法比较B【解析】两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量守恒定律可得，A球吸收的热量一部分转化为自身的内能，使温度升高，另一部分需克服重力做功，使重力势能增加；对B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量守恒定律可得，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高．由以上分析可知，B球增加的内能比A球增加的多，B球的温度升高得多，所以ΔtA＜ΔtB.故B项正确，A、C、D三项错误．3．关于能源的利用中，下列说法不正确的是()A．自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应C．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的D．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的温度A【解析】能源不是能量，自然界的能量是守恒的，但是能源是有限的，故需要节约能源，A错误；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，燃烧后产生的大量含硫化合物和二氧化碳，会造成空气污染和温室效应，B正确；能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，C正确；能量耗散使除内能外的其他能转化为内能，故一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度，D正确．4．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是()A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的D【解析】第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，A错误；第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律，B错误；改变内能的方式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，C错误；由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的，但要产生其他影响，D正确．5．下列关于熵的有关说法错误的是()A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大，代表系统内分子运动越无序C【解析】熵是系统内分子运动无序性的量度，在一个孤立的系统中，熵越大，系统的无序度越大，故A正确；根据热力学第二定律，在自然过程中熵是不会减小的，故B正确；热力学第二定律也叫熵增原理，故C错误；在一个孤立的系统中，熵越大，系统的无序度越大，故D正确；此题选择