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1、第 3 讲 热力学定律与能量守恒定律HI识檢理股基过关丨 H-HI.3I!二髭1IT : I H匸野礒费谓翱篠知识排查即识亶热力学第一定律1. 改变物体内能的两种方式(1) 做功;热传递。2热力学第一定律(1) 内容：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加量AU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。(2) 表达式：AU=Q+W。(3)AU=Q+W中正、负号法则:物理量 、意义 号WQAU+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划讯启能量守恒定律1. 内容能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是
2、从 一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变。2条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，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，它违背了能量守恒定律。划热力学第二定律1热力学第二定律的两种表述(1) 克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(2) 开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他 变化。或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。2. 熵增加原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。3. 热力学第二定律的微观本质一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。4. 第二类永动机不可
3、能制成的原因是违背了热力学第二定律。小题速练1. (多选)下列说法正确的是()A. 外界压缩气体做功20 J,气体的内能可能不变B. 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C. 科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D. 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机E. 定量100 C的水变成100 C的水蒸气，其分子之间的势能增加答案 ABE2. (多选)下列说法正确的是()A. 分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大B. 当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大C. 一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量D. 定质量的理想气
4、体发生等压膨胀，一定向外界放出热量E. 熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度解析 分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，A错误；当分子间的作 用力表现为斥力时，随分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大,B正确， 等温膨胀，温度不变，气体内能不变，体积增大，对外做功。内能要减小，要保 持内能不变，所以需要从外界吸收热量， C 正确，等压膨胀，压强不变，体积增 大，根据公式TV=C可得温度升高，内能增大，需要吸收热量，故D错误，熵的 物理意义反映了宏观过程对应的微观状态的多少，标志着宏观状态的无序程度， 即熵是物体内分子运动无序程度的量度，E正确。答案 BCE3.(多选)对于热力学第
5、一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是()A. 定质量的气体膨胀对外做功100 J,同时从外界吸收120 J的热量，则它的内 能增大20 JB. 物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C. 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D. 第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律E. 热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律解析 根据热力学第一定律知AU=W+Q=- 100 J + 120 J = 20 J故选项A正确； 根据热力学第一定律AU二W
6、+ Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加， 物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量 从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能 量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二 类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律， 故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定 律，选项E正确。答案 ADE悍堂互动研透考盘 i HB .dll bl.li ill - - l.li暮-逮I讒HBS龍潘I考点n热力学第一定律与能量守恒定律1. 做功和热传递的区别做功与
7、热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度 上看是不同的。做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能 之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移。2. 三种特殊情况(1) 若过程是绝热的，则Q = 0, W=AU,外界对物体做的功等于物体内能的增加 量。(2) 若过程中不做功，则W=0, Q = AU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(3) 若过程的始末状态物体的内能不变，即AU=0,贝V W+Q = O或W=-Qo外 界对物体做的功等于物体放出的热量。【例1】(多选)(2018全国卷III, 33)如图1, 一定质量的理想气体从状态a变化 到状
8、态b其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中()图1A. 气体温度一直降低B.气体内能一直增加C. 气体一直对外做功D.气体一直从外界吸热E. 气体吸收的热量一直全部用于对外做功解析一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程寧二寧可TaTb知TbTa ,即气体的温度一直升高，选项A错误；根据理想气体的内能只与温度 有关，可知气体的内能一直增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体 积增大，所以气体一直对外做功，选项C正确；根据热力学第一定律，从a到b 的过程中，气体一直从外界吸热，选项D正确；气体吸收的热量一部分增加内能， 部分对外做功，选项E错误。答案 BCD【例2】(
9、多选)2017全国卷II, 33如图2,用隔板将一绝热气缸分成两部分, 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 会自发扩散至整个气缸。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()隔板粋8图2A. 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 因为气缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散 的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一
10、定律可知，气 体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中， 外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有 关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误。答案 ABD规律方法应用热力学第一定律的三点注意(1) 做功看体积：体积增大，气体对外做功， W 为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W=0O(2) 与外界绝热，则不发生热传递，此时Q二0。(3) 由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的 变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。I多维训练精选练透1.(多选
11、)(2019漳州模拟)对于一定量的气体，下列说法正确的是()A. 气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和B. 只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低C. 在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零D. 气体从外界吸收热量，其内能一定增加E. 气体在等压膨胀过程中温度一定升高解析 气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，A正确；温度高， 气体分子热运动就剧烈，B正确；在完全失重的情况下，分子热运动不停息，气 体对容器壁的压强不为零，C错误；做功也可以改变物体的内能，D错误；气体 在等压膨胀过程中温度一定升高，E正确。答案 ABE
12、2.(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、be、ca回到原状态，其 pT 图象如图 3 所示。下列判断正确的是()图3A. 过程ab中气体一定吸热B. 过程be中气体既不吸热也不放热C. 过程ea中外界对气体所做的功等于气体所放的热D. a、b和e三个状态中，状态a分子的平均动能最小E. b和e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 对封闭气体，由题图可知a_b过程，气体体积V不变，没有做功，而温 度T升高，则为吸热过程，选项A正确；b-e过程为等温变化，压强减小，体积 增大，对外做功，则可能为吸热过程，选项B错误；e-a过程为等压变化，温度T降低
13、，内能减少，体积V减小，外界对气体做功，依据W + Q二AU ,外界对气 体所做的功小于气体所放的热，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，T v aTb = Te,故选项D正确；同种气体的压强由气体的分子数密度P和温度T决定，由题图可知Tb = Tc,pbpc,显然选项E正确。答案 ADE3.(多选)一定质量的理想气体分别在 T1、T2 温度下发生等温变化，相应的两条等温线如图4所示，T2对应的图线上A、B两点表示气体的两个状态，贝)图4A. 温度为耳时气体分子的平均动能比t2时大B. A到B的过程中，气体内能增加C. A到B的过程中，气体从外界吸收热量D. A到B的过程中，气体分子单位时间
14、内对器壁单位面积上的碰撞次数减少E. A到B的过程中，外界对气体做功解析由图可知当体积相同时，有p1p2，根据彳二t得，- t2 ,故a正确；对理想气体，其内能仅由温度决定， A 到 B 的过程是等温变化的过程，所以气体 的温度不变，内能不变，故B错误；A到B的过程中，气体的体积增大，对外做 功而内能不变由热力学第一定律：AU=W+Q可得/气体一定从外界吸收热量， 故C正确，E错误；A到B的过程中，气体温度不变，则分子运动的激烈程度不 变，而气体的体积增大，分子密度减小，气体分子单位时间内对器壁单位面积上 的碰撞次数减少，故D正确。答案 ACD考点热力学第二定律的理解1. 对热力学第二定律关键
15、词的理解 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”的涵意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自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如十“熱iiQ能自发地传给叶-“皿(1)高温物体專,低温物体热星Q不能口贱地传洽,q、rh璽!1发地完全转化为占(21切-不能IlSll L不能完全转花*妞气体林积口羸蠹爲如积傲川 不同气体A和“需雳鬻f視合掘体北3.两类永动机的比较分类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不违背能量守恒，违背热力学第二定律例 3】 (多选)下列说法
