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1、第十三章第十三章 热热 学学第第3 3讲热力学定律与能量守恒定律讲热力学定律与能量守恒定律过好双基关一、热力学第一定律一、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 与外界对它所做功的和.(2)表达式：U.做功热量QW(3)U中正、负号法则：QW物理量意义符号WQU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_吸收放出增加减少答案自自测测1一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
2、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二、热力学第二定律二、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：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，而不产生其他影响.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答案自测自测2教材P61第2题
3、改编(多选)下列现象中能够发生的是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三、能量守恒定律三、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，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体 到别的物体，在转化或 的过程中，能量的总量保持不变.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 .转移转移能量守恒定律答案自自测测3木箱静止于水平地面上，现
4、在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为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(空气阻力不计)A.U200 J，Ek600 J B.U600 J，Ek200 JC.U600 J，Ek800 J D.U800 J，Ek200 J解析解析UFfx6010 J600 JEkFxU8010 J600 J200 J解析研透命题点 命题点一热力学第一定律的理解和应用基基础考点自主悟透考点自主悟透1.热力学第一定律的理解热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析.(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；
5、体积缩小，外界对气体做功，W为正.(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q0.(4)如果研究对象是理想气体，则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.2.三种特殊情况三种特殊情况(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；(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；(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.例例1(多选)(2017全国卷33(1)如图1，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
6、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答案解析图1变式变式1(多选)(2016全国卷33(1)关于气体的内能，下列说法正确的是A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C.气体被压缩时，内能可能不变D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E.一定量的某种理想
7、气体在等压膨胀过程中，内能一定增加答案解析例例2(多选)(2017全国卷33(1)如图2，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是A.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量 命题点二热力学第一定律与图象的综合应用基基础考点自主悟透考点自主悟透图2答案解析变变式式2(多选)(2016全国卷33(1)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T
8、图象如图3所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是A.气体在a、c两状态的体积相等B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体 做的功D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功答案解析图3基本思路基本思路 命题点三热力学第一定律与气体实验定律的综合应用能力考点能力考点师生共研生共研例例3(2017河北冀州2月模拟)如图4甲所示，横截面积为S，质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使其温度从T1升高了T，气柱的高度增加了L
9、，吸收的热量为Q.不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g.求：(1)此加热过程中气体内能增加了多少？图4答案答案Q(p0SMg)L答案解析(2)若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？答案解析解解析析设所放砝码的质量为m，缸内气体的温度为T2时压强为p2，活塞和砝码整体受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，则有(Mm)gp0Sp2S变式变式3(2017广东华南三校联考)如图5所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口h50 cm，活塞面积S10 cm
10、2，封闭气体的体积为V11 500 cm3，温度为0 ，大气压强p01.0105 Pa，重物重力G50 N，活塞重力及一切摩擦不计.缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了Q60 J的热量，使活塞刚好升到缸口.整个过程重物未触地，求：(1)活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？答案解析图5答案答案364 K(2)汽缸内气体对外界做多少功？答案解析答案答案25 J解析解析设封闭气体做等压变化时的压强为p对活塞：p0SpSG汽缸内气体对外界做功WpSh解得W25 J(3)气体内能的变化量为多少？答案解析答案答案35 J解解析析由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量UQW得U35 J故汽缸内的气体内能增
11、加了35 J1.热力学第二定律的涵义热力学第二定律的涵义(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.在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程.命题点四热力学第二定律基基础考点自主悟透考点自主悟透2.热力学第二定律的实质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的宏观过程的方向性，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.热力学过程的方向性实例热力学过程
12、的方向性实例4.两类永动机的比较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例例4如图6所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外.图6答案解析(1)(多选)下列说法正确的是A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热 量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理
13、不违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？答案解析解析解析由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多.答案答案见解析变式变式4(多选)(2016全国卷33(1)关于热力学定律，下列说法正确的是A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系 统彼此之间也必定达到热平衡答案解析课时作业1.(多
14、选)关于热力学定律，下列说法正确的是A.热量能够自发地从高温物体传到低温物体B.不可能使热量从低温物体传向高温物体C.第二类永动机违反了热力学第二定律D.气体向真空膨胀的过程是不可逆过程E.功转变为热的实际宏观过程是可逆过程答案双基巩固双基巩固练练1234567891011122.(多选)在装有食品的包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋缓慢施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，在加压测试过程中，下列说法中正确的是A.包装袋内氮气的压强增大B.包装袋内氮气的内能不变C.包装袋内氮气对外做功D.包装袋内氮气放出热量E.包装袋内氮气的所有分子运动速率都保持不变答案123456789
15、1011123.(多选)下列说法中正确的是A.物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大B.一定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，内能减小C.相同质量的两种物体，提高相同的温度，内能的增量一定相同D.物体的内能与物体的温度和体积都有关系E.凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性答案解析1234567891011124.(2018青海格尔木调研)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.尽管科技不
16、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293 D.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， 随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来答案1234567891011解析125.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答案解析1234
17、567891011126.景颇族的祖先发明的点火器如图1所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒.猛推推杆，艾绒即可点燃.对筒内封闭的气体，在此压缩过程中A.气体温度升高，压强不变B.气体温度升高，压强变大C.气体对外界做正功，气体内能增加D.外界对气体做正功，气体内能减少答案1234567891011图1127.(2015福建理综29(2)如图2，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则A.TbTc，QabQacB.TbTc，QabQacC.TbTc，Qab
18、QacD.TbTc，QabQac答案1234567891011图2解析128.如图3所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)，这就是著名的“卡诺循环”.(1)该循环过程中，下列说法正确的是_.A.AB过程中，外界对气体做功B.BC过程中，气体分子的平均动能增大C.CD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子 数增多D.DA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化答案解析1234567891011图312(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“AB”“BC”“CD”或“DA”).若气体在A
19、B过程中吸收63 kJ的热量，在CD过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kJ.答案解析1234567891011BC25解解析析在以上循环过程中，内能减小的过程是BC.由热力学第一定律UQW得W25 kJ.129.如图4所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H10.60 m，气体的温度T1300 K；现给汽缸缓慢加热至T2480 K，活塞缓慢上升到距离汽缸底部某一高度H2处，此过程中缸内气体增加的内能U300 J.已知大气压强p01.0105 Pa，活塞横截面积S5.0103 m2.求：(1)活塞距离汽缸底
20、部的高度H2；答案解析1234567891011综综合提升合提升练练图4答案答案0.96 m12(2)此过程中缸内气体吸收的热量Q.答案解析1234567891011答案答案480 J解析解析在气体膨胀的过程中， 气体对外做功为：W0p0V1.0105(0.960.60)5.0103 J180 J根据热力学第一定律可得气体内能的变化量为UW0Q，得QUW0480 J.1210.如图5所示，竖直放置的汽缸内壁光滑，横截面积为S103 m2，活塞的质量为m2 kg，厚度不计.在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B下方汽缸的容积为1.0103 m3，A、B之间的容积为2.0104
21、m3，外界大气压强p01.0105 Pa，开始时活塞停在B处，缸内气体的压强为0.9p0，温度为27 ，现缓慢加热缸内气体，直至327 .g10 m/s2，求：(1)活塞刚离开B处时气体的温度t2；答案解析1234567891011图5答案答案127 12(2)缸内气体最后的压强.答案解析1234567891011答案答案1.5105 Pa因为p3p2，故活塞最终移动到A处的假设成立.1211.一定质量的理想气体被活塞封闭在导热汽缸内，如图6所示水平放置.活塞的质量m20 kg，横截面积S100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L112 cm，离
22、汽缸口的距离L23 cm.外界气温为27 ，大气压强为1.0105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g10 m/s2，求：(1)此时气体的温度为多少？答案解析答案答案450 K1234567891011图612(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q370 J的热量，则气体增加的内能U多大？答案解析答案答案310 J12345678910111212.一 定 质 量 的 理 想 气 体 经 历 了 如 图 7所 示 的ABCDA循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示.A状态的压强为1105 Pa，求：(1)B状态的温度；图7答案答案600 K解解析析理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变，根据盖吕萨克定律有1234567891011答案解析12(2)完成一次循环，气体与外界热交换的热量.答案答案放热150 J答案解析123456789101112
