2021届山东新高考物理一轮复习讲义：第12章 第3节 热力学定律与能量守恒定律 Word版含答案

第3节热力学定律与能量守恒定律

一、热力学第一定律

1．改变物体内能的两种方式

(1)做功；(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热量与外界对它所做的功的和。

(2)表达式：ΔU＝Q＋W。

(3)正、负号法则：

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。

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。

三、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：热量不能自发地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“第二类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无序性增大的方向进行。

4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。

1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)

(1)外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。(√)

(2)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。

(×)

(3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。(√)

(4)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。

(×)

(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。(×)

(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。

(√) 2．(人教版选修3－3P61T2)(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

CD[由热力学第二定律可知，一切自发进行与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，A错误；热机的工作效率不可能达到100%，B错误；泥沙下沉，系统的重力势能减少，没有违背热力学第二定律，C正确；冰箱通过压缩机的工

作，把热量从低温物体传到高温物体，该过程消耗了电能，没有违背热力学第二定律，D正确。]

3．(多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是()

A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律

B．能量耗散过程中能量不守恒

C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律

D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性AD[第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律，选项A正确；能量耗散过程中能量仍然守恒，只是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式，选项B错误；电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是利用压缩机做功，引起了其他变化，不违背热力学第二定律，选项C错误；能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，选项D 正确。]

4．对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是() A．一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 J

B．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一定律

A[根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故选项A 正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋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错误。]

热力学第一定律与能量守恒定律

[依题组训练]

1．(多选)下列说法正确的是()

A．气体扩散现象表明气体分子间存在斥力

B．对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大

C．热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体D．用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了3.0×105 J的功，同时气体向外界放出1.5×105 J的热量，则气体内能增加了1.5×105 J

BCD[气体扩散现象表明气体分子在做无规则运动，选项A错误；由于温度是分子平均动能的标志，故对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大，选项B正确；分子的平均动能大，则说明物体的温度高，热量总是自发地从高温物体传递到低温物体，选项C正确；用活塞压缩汽缸内的理想气体，根据热力学第一定律，对气体做了3.0×105 J的功，同时气体向外界放出1.5×105 J的热量，则气体内能增加了1.5×105 J，选项D正确。]

2．(多选)(2016·全国卷Ⅰ改编)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

BD[根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法A错误；改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，

＝恒量知，膨胀过程一定吸说法B正确；理想气体等压膨胀对外做功，根据pV

T

热，说法C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，说法D正确。]

3.(多选)(2017·全国卷Ⅱ改编)如图所示，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()