热学,第,3,讲,热力学定律与能量守恒定律,判断,正误,(,正确的打,“”,，错误的打,“”,),1.,做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能,(),2.,做功和热传递的实质是相同的,(),3.,绝热过程中，外界压缩气体做功,20 J,，气体的内能一定减少,20 J,(),4.,物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变,(,),课 前,3 min,5,.,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,(),6.,在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热,(),7.,可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功,(),8.,热量不可能从低温物体传给高温物体,(),9.,自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消失,(),课 前,3 min,考点一热力学第一定律能量守恒定律,1.,改变物体内能的两种方式,(1)_.(2),传热,2.,热力学第一定律,(1),内容：一个热力学系统的内能变化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：,U,_,_,_,.,(3),表达式中的正、负号法则,符号,W,Q,U,_,对,_,做功,物体,_,热量,内能,_,_,对,_,做功,物体,_,热量,内能,_,做功,热量,Q,W,外界,物体,吸收,增加,物体,外界,放出,减少,(,4),几种特殊情况,绝热：,_(,_,0),自由膨胀：气体不对外做功,(,W,_0),等容：,_,不变，不,_(,_,0),等温：分子平均动能,_,，理想气体内能不变,(,理想气体,_,_,0),等压，体积变化,V,：做功,W,_,_,_,.,没有传热,Q,体积,做功,W,不变,U,p,V,3,.,能量守恒定律,(1),内容,能量既不会凭空,_,_,_,，也不会凭空消失，它只能从一种形式,_,为其他形式，或者从一个物体,_,_,_,到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量,_.,(2),第一类永动机是不可能制成的，它违背了,_.,产生,转化,转移,保持不变,能量守恒定律,典例,1,(2024,苏州八校联考,),如图所示是一种儿童玩具,“,吡叭筒,”,，由竹筒和木棍组成，在竹筒的前后两端分别装上,“,叭子,”,(,树果子或打湿的小纸团,),叭子密封竹筒里面的空气，迅速推动木棍，前端的叭子便会从筒口射出则迅速推动木棍过程中,(,叭子尚未射出,),，竹筒中被密封,的,气体,(,),A.,压强增大,B.,温度不变,C.,内能不变,D.,每个分子的动能都变大,A,【解析】,迅速推动木棍过程中，竹筒中被密封的气体体积减小，则压强变大，外界对气体做正功，,W,0,，由于,“,迅速,”,过程气体与外界无热交换，则,Q,0,，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，,U,0,，温度升高，分子平均动能增加，但不是每个分子的动能都增加，故,A,正确,考点二热力学第二定律,1.,热力学第二定律的两种,表述,(1),克劳修斯表述：,_.,(,2),开尔文表述：,_,或表述为,“,_,永动机是不可能制成的,”,(3),说明,“,自发地,”,指明了传热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,“,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、做功等在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,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,第二类,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,4.,两类永动机的比较,第一类永动机,第二类永动机,不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器,从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器,违背能量守恒定律，不可能实现,不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能实现,典例,2,如图所示，两种不同的金属组成一个回路，接触头,1,置于热水杯中，接触头,2,置于冷水杯中，此时回路中电流表发生偏转，这是温差电现象假设此过程电流做功为,W,，接触头,1,从热水中吸收的热量为,Q,1,，冷水从接触头,2,吸收的热量为,Q,2,，根据热力学第二定律可得,(,),A,.,Q,1,W,B,.,Q,1,W,C,.,Q,1,Q,2,D,.,Q,1,Q,2,W,B,【解析】,根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功，而不产生其他影响，所以从热水中吸收的热量,Q,1,应该大于电流做的功,W,，即,Q,1,W,.,根据能量守恒定律和热力学第二定律，从热水中吸收的热量转化成了两部分，一部分电能,W,，另一部分是冷水吸收的热量,Q,2,，故,B,正确,考点三热力学第一定律与图像的综合应用,2.,气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析,(1),由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功,(2),由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小,(3),由热力学第一定律,U,W,Q,判断气体是吸热还是放热,(4),在,p,V,图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功,典例,3,(2024,海南卷改编,),一定质量的理想气体从状态,a,开始经,ab,、,bc,、,ca,三个过程回到原状态，已知,ab,垂直于,T,轴，,bc,延长线过,O,点下列说法中正确的是,(,),A.,bc,过程气体对外界做功,B.,ca,过程气体压强不变,C.,ab,过程气体放出热量,D.,ca,过程气体内能减小,C,典例,4,(2025,南京学情调研,),如图所示为卡诺循环过程的图像，该循环可以简化为一定质量理想气体由,A,B,、,C,D,两个等温过程和,B,C,、,D,A,两个绝热过程组成下列说法中正确的是,(,),A,.,气体在状态,A,的温度低于状态,D,的温度,B.,在,A,B,C,D,A,的过程中，气体从外界吸收热量,C.,B,C,过程气体单位体积内分子数增多,D.,B,C,过程气体对外界做的功大于,D,A,过程外界对气体做的功,B,【解析】,B,C,过程，体积增大，气体对外做功，由于绝热过程，没有热交换，根据热力学第一定律，内能减少，温度降低，所以,T,B,T,C,，又因为,A,B,、,C,D,都是等温过程，则有,T,A,T,B,T,C,T,D,，故,A,错误；,p,V,图像封闭区域面积表示全程气体对外做功大小，又内能不变，故气体从外界吸收热量，故,B,正确；由,B,C,过程中，气体总分子数不变，体积变大，单位体积内分子数减小，故,C,错误；从,A,B,温度不变，内能不变，从,B,C,温度降低，内能减小，从,C,D,温度不变，内能不变，从,D,A,温度升高，内能增大，且此时回到初始状态与初始内能相同，则,B,C,过程内能减少量等于,D,A,过程内能增加量，且这两个过程均绝热，故做功数值大小相等，即,B,C,过程气体对外界做的功等于,D,A,过程外界对气体做的功，故,D,错误,考点四热力学第一定律与气体实验定律的综合应用,解题的一般思路,典例,5,(2024,南京、盐城期末调研,),如图所示，某实验小组将带刻度的导热容器放在水平地面上，用质量为,m,的活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦滑动，这样就改装成一个,“,温度计,”,当活塞静止在距容器底为,h,1,时，气体的温度为,T,1,.,已知容器的横截面积为,S,，高度为,3,h,1,，重力加速度为,g,，大气压强恒为,p,0,.,求：,(1),该温度计能测量的最高温度,T,m,.,(2),当气体从外界吸收热量,Q,后，活塞由,h,1,位置,缓慢,上升到容器最高点的过程中，气体内能的变化量,U,.,【答案】,(1)3,T,1,(2),Q,2(,mg,p,0,S,),h,1,解得,T,m,3,T,1,(2),对活塞，由平衡条件得,pS,mg,p,0,S,U,Q,W,Q,p,V,Q,pS,2,h,1,解得,U,Q,2(,mg,p,0,S,),h,1,典例,6,(2025,泰州期初,),如图所示，一粗细均匀的直角导热细玻璃管右端封闭，上端开口，水平部分长为,2,L,，竖直部分长为,3,L,，玻璃管内的横截面积为,S,，管内用一段水银柱封闭了一定质量的理想气体，外界的大气压强为,p,0,.,当环境温度为,T,0,时，水平和竖直管中的水银柱长均为,L,.,设高度为,L,的水银柱产生的压强为,np,0,，理想气体的内能,U,与温度,T,的关系为,U,kT,，,n,、,k,均为已知常数,现,缓慢加热管内封闭气体，求：,(1),水银柱刚好全部进入竖直管中时封闭气体的温度,(2),从水银柱刚好全部进入竖直管中到水银柱上,表面,刚好,与管的开口处平齐的过程中，封闭气体从外界,吸收的热量,【解析】,(1),温度为,T,0,时，封闭气体的压强为,p,1,p,0,np,0,体积为,V,1,LS,设水银刚好全部进入竖直管中时封闭气体的温度为,T,1,，此时封闭气体的压强为,p,2,p,0,2,np,0,体积为,V,2,2,LS,(2),设管内水银柱与管的开口处平齐时，封闭气体的温度为,T,2,，此时封闭气体的体积为,V,3,3,LS,在,封闭气体温度从,T,1,变至,T,2,的过程中，水银柱上移的距离为,L,，则该过程中气体对外做功为,W,p,2,SL,由题意可知此过程气体内能的增加量为,U,k,(,T,2,T,1,),根据热力学第一定律有,U,Q,W,联立可得封闭气体从外界吸收的热量,为,随堂内化,1.,关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法中正确的是,(,),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,【解析】,第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，,A,、,B,错误；由热力学第一定律可知，虽然,W,0,，,Q,0,，但,U,W,Q,可以等于,0,，,C,错误；由热力学第二定律可知,D,中现象是可能的，但会引起其他变化，,D,正确,D,2.,(2024,北京卷,),一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变在上浮过程中气泡内气体,(,),A.,内能变大,B.,压强变大,C.,体积不变,D.,从水中吸热,【解析】,上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故,A,错误；气泡内气体压强,p,p,0,水,gh,，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故,B,错误；由玻意耳定律,pV,C,知，气体的体积变大，故,C,错误；上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律,U,Q,W,知，气体从水中吸热，故,D,正确,D,3.,(2024,如皋二模,),如图所示，一绝热容器被隔板,K,隔开成,A,、,B,两部分已知,A,内有一定质量的理想气体，,B,内为真空抽开隔板,K,后，,A,内气体进入,B,，最终达到平衡状态则该气体,(,),A,.,内能减小，温度降低,B.,内能减小，温度不变,C.,内能不变，温度不变,D.,内能不变，温度降低,【解析】,由于,B,内为真空，当抽开隔板,K,后，气体扩散，不做功，且由于为绝热系统，根据,U,Q,W,0,，所以内能不变，因为是理想气体，所以温度不变，故,C,正确,.,C,4.,(2022,江苏卷,),如图所示，一定质量的理想气体分别经历,a,b,和,a,c,两个过程，其中,a,b,为等温过程，状态,b,、,c,的体积相同，则,(,),A.,状态,a,的内能大于状态,b,B.,状态,a,的温度高于状态,c,。