热力学定律(含答案)

图1

第3课时 热力学定律 导学目标 1.理解热力学第一定律，能运用其解释自然界能量的转化、转移问题.2.了解热力学第二定律，能运用其解释第二类永动机不能制成的原因以及自然界能量转移、转化的方向性问题．

一、热力学第一定律与能量守恒定律

[基础导引]

1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J 的功，同时汽缸向外散热210 J ，汽缸里空

气的内能改变了多少？

2．如图1，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强和大

气压相同．把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温

度，空气吸收的热量为Q 1.如果让活塞可以自由滑动(活塞与

汽缸间无摩擦、无漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收 的热量为Q 2.Q 1和Q 2哪个大些？

[知识梳理]

1．物体内能的改变

(1)________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________的数值来量度．

(2)________是物体间内能的转移过程，内能转移量用________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________________与外界对它所__________的和．

(2)表达式：ΔU ＝________.

3．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，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．

(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的．

二、热力学第二定律

[基础导引]

以下哪些现象能够发生？哪些不能发生？不能够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．

[知识梳理]

1．两种表述

(1)第一种表述：热量不能自发地从____________物体传到________物体(克劳修斯表

述)．(2)第二种表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成____，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源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机．这类永动机不可能制成的原因是违反了________________．

考点一对热力学第一定律的理解与应用

考点解读

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

3.几种特殊情况

(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，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，即W＝0，则Q＝ΔU，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ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量．

典例剖析

例1在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断地增大，如将泡内气体看作理想气体，则气泡在浮起的过程中() A．放出热量B．吸收热量

C．不吸热也不放热D．无法判断

方法突破解决有关热力学第一定律问题的思路：分析题干确定内能改变的方式(Q、W)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝Q＋W→得出结论．

跟踪训练1若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中的气泡______(填“吸收”或“放出”)的热量是________ J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________ J.

考点二对热力学第二定律的理解

考点解读

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．

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，如气体的等温膨胀过程．

3．

典例剖析

例2根据热力学第二定律，下列说法中正确的是() A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体

B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体

C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能

D．机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能

跟踪训练2关于第二类永动机，下列说法正确的是() A．能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机

B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成

C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能

D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能在不引起其他变化的同时全部转化为机械能

13.热力学定律与理想气体模型

例3(1)下列说法正确的是________．

A．由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子的大小

B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显

C．分子间的引力随分子间距离的增大而增大，分子间斥力随分子间距离的增大而减小D．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体

(2)如图2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0.2 m，活塞面积