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1、第第 3 课时课时 热力学定律热力学定律考纲解读 1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律.2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律.3.掌握能量守恒定律及其应用1热力学第一定律的理解一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0104 J，气体内能减少 1.3105 J，则此过程( )A气体从外界吸收热量 2.0105 JB气体向外界放出热量 2.0105 JC气体从外界吸收热量 6.0104 JD气体向外界放出热量 6.0104 J答案 B解析 根据热力学第一定律，UWQ，所以 QUW1.3105 J7.0104 J2.0105 J，即气体向外界放出热量
2、 2.0105 J.2热力学第二定律的理解以下哪些现象可能发生？哪些现象不可能发生？不可能发生的现象是否违背热力学第二定律？A一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C桶中混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电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案 见解析解析 A不可能因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到茶中，违背热力学第二定律，所以这是不可能发生的现象B不可能蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生热能
3、，另一方面热蒸汽与周围环境存在温度差，蒸汽机会向周围环境散热所以，蒸汽机把蒸汽的内能全都转化为机械能，违背热力学第二定律，是不可能的C可能浑水变清，泥沙下沉，重心下降，总的重力势能减少，最终转化为内能，而机械能全部转化成内能是可能的D可能冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外3能量守恒定律的应用木箱静止于水平地面上，现在用一个 80 N 的水平推力推动木箱前进 10 m，木箱受到的摩擦力为 60 N，则转化为木箱与地面系统的内能 U 和转化为木箱的动能 Ek分别是( )AU200 J，Ek600 J BU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek
4、200 J答案 B解析 由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能的大小，即 U6010 J600 J，由能量守恒定律可得 EkW总U8010 J600 J200 J故正确答案为 B.1物体内能的改变(1)做功是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用做功的数值来量度(2)热传递是物体间内能的转移过程，内能的转移量用热量来量度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)表达式：UQW.3能量守恒定律第一类永动机违背了能量守恒定律4热力学第二定律(1)两种表述第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(
5、克劳修斯表述)第二种表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(开尔文表述)(2)第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机这类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律.考点一 对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2对公式 UQW 符号的规定符号WQU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几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则 Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量(2)若过
6、程中不做功，即 W0，则 QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即 U0，则 WQ0 或 WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量例 1 在如图 1 所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种变化是从状态 A 到状态 B，外界对该气体做功为 6 J；第二种变化是从状态A 到状态 C，该气体从外界吸收的热量为 9 J图线 AC 的反向延长线过坐标原点O，B、C 两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零求：图 1(1)从状态 A 到状态 C 的过程，该气体对外界做的功 W1和其内能的增量 U1；(2)从状态 A 到状态 B
7、的过程，该气体内能的增量 U2及其从外界吸收的热量 Q2.解析 (1)由题意知从状态 A 到状态 C 的过程，气体发生等容变化该气体对外界做的功 W10根据热力学第一定律有 U1W1Q1内能的增量 U1Q19 J.(2)从状态 A 到状态 B 的过程，体积减小，温度升高该气体内能的增量 U2U19 J根据热力学第一定律有 U2W2Q2从外界吸收的热量 Q2U2W23 J.答案 (1)0 9 J (2)9 J 3 JUWQ，使用时注意符号法则(简记为：外界对系统取正，系统对外界取负)对理想气体，U 仅由温度决定，W 仅由体积决定，绝热情况下，Q0.气体向真空膨胀不做功突破训练 1 一定质量的气体
8、，在从状态 1 变化到状态 2 的过程中，吸收热量 280 J，并对外做功 120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了 240 J 热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？答案 (1)增加了 160 J (2)外界对气体做功 80 J解析 (1)由热力学第一定律可得 UWQ120 J280 J160 J，气体的内能增加了 160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态 2 回到状态 1 的过程中内能的变化应等于从状态 1 到状态 2 的过程中内能的变化，则从状态 2 到状态 1 的内能应减少
9、 160 J，即 U160 J，又 Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQ，所以 WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功 80 J.突破训练 2 图 2 为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N 两筒间密闭了一定质量的气体，M 可沿 N 的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在 M 向下滑动的过程中( )图 2A外界对气体做功，气体内能增大B外界对气体做功，气体内能减小C气体对外界做功，气体内能增大D气体对外界做功，气体内能减小答案 A解析 M 向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大考点二 对热力学第二定律的理解1
10、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特别提醒 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可以全部转化为机械能，如气体的等温膨
11、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，不可能制成例 2 根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是( )A机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能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293CD第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动
12、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解析 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；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到 100%，制冷机也不能使温度降到293C，只能无限接近273.15C，却永远不能达到，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，第二类永动机不可能制造出来，D 错误答案 A热力学第一定律说明发生的任
13、何过程中能量必 定守恒，热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现(1)高温物体低温物体热量Q能自发传给热量Q不能自发传给(2)功热量能自发地完全转化为不能自发地完全转化为(3)气体体积 V1气体体积 V2(较大)能自发膨胀到不能自发收缩到(4)不同气体 A 和 B混合气体 AB能自发混合成不能自发分离成突破训练 3 地球上有很多的海水，它的总质量约为 1.41018吨，如果这些海水的温度降低 0.1C，将要放出 5.81023焦耳的热量，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( )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
14、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答案 C解析 本题考查热力学第一定律和热力学第二定律的应用，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48.热力学定律与理想气体实验定律综合的解题模型例 3 如图 3 所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的 U 形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长 l120 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高现将右端与一低压舱(未画出)接
15、通，稳定后右管水银面高出左管水银面 h10 cm.(环境温度不变，大气压强 p075 cmHg)图 3(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”做单位)(2)此过程中左管内的气体对外界_(填“做正功” 、 “做负功”或“不做功”)，气体将_(填“吸热”或“放热”)审题与关联解析 (1)设 U 形管横截面积为 S，右端与大气相通时，左管中封闭气体的压强为 p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为 p2，气柱长度为 l2，稳定后低压舱内的压强为 p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1p2V2p1p0p2pphV1l1SV2l2S由几何关系得 h2(l2l1)联立式，代入数据得 p50 cmHg(2)左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，U0，根据热力学第一定律UQW 且 W0，气体将吸热答案 (1)50 cmHg (2)做正功 吸热突破训练 4 一定质量的理想气体由状态 A 经状态 B 变成状态 C，其中 AB 过程为等压变化，BC 过程为等容变化已知 VA0.3 m3，TATC300 K，TB400 K.(1)求气体在状态 B 时的体积(2)说明 BC 过程压强变化的微观原因(
