物理 热力学定律及能量守恒 基础篇

物理总复习：热力学定律及能量守恒

【考纲要求】

1、理解热力学第一定律、第二定律；

2、运用能量守恒定律解决问题。

【考点梳理】

考点一、改变内能的两种方式

1、热传递

①条件：存在温度差，最终结果是使两物体温度一样。

②方式：热传导、热对流、热辐射。

③规律：热量从高温物体传向低温物体。

④和内能变化的关系：系统在单纯的传热过程中，内能的增量U ∆等于外界向系统传递的热量Q ，即U Q ∆=。

2、做功

做功改变物体内能的过程是将其他形式的能（如机械能）与内能相互转化的过程，做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来度量。

要点诠释：（1）要使物体改变同样的内能，通过做功或者热传递都可以实现，若不知道过程，我们无法分辨出是做功还是热传递实现的这种改变。

（2）做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化。热传递则是通过分子之间的相互作用，使不同物体间分子热运动变化，是内能的转移。前者能的性质发生了变化，后者能的性质不变。

（3）物体的内能增加与否，不能单纯地只看做功或热传递，两个过程需要全面考虑。 考点二、热力学第一定律

1、内容

物体内能的增量U ∆等于外界对物体做的功W 和物体吸收的热量Q 的总和。

2、公式

W Q U +=∆

要点诠释：

（1）在应用热力学第一定律时，应特别分清W 、Q 的正负号，以便准确地判断U ∆的正、负。热力学第一定律的符号法则：

① 功W ＞0，表示外界对系统做功；W ＜0，表示系统对外界做功。

② 热量Q ＞0，表示物体吸热；Q ＜0，表示物体放热。

③ 内能U ∆＞0，表示内能增加；U ∆＜0，表示内能减少。

（2）容易出错的几种特殊情况

① 若是绝热过程，则Q=0、W=U ∆，即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W=0，则Q=U ∆，物体吸收的热量等于物体内能的增加； ③ 若过程的始末状态物体的内能不变，即U ∆=0，则0W Q +=或W Q =-，外界对物体做的功等于物体放出的热量。

考点三、热力学第二定律

1、两种表述

（1）按热传递的方向性来表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。

要点诠释：

这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内（温度较低）的热量，传给外界空气（温度较高），是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。 上述两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如果一个说法是错误的，另一个说法必然也是不成立的。

2、热力学第二定律的意义

提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然

规律。

3、热力学第二定律的微观解释

（1）一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。这是热力学第二定律的微观意义。

（2）从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。

考点四、能量守恒定律

1、能量守恒定律

（1）能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变，这就是能的转化和守恒定律。

（2）能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的规律。

（3）永动机是永远造不出来的。

2、能源、环境

（1）常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源。常规能源有限，常规能源带来环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾等。

（2）新能源：风能、水流(河流、潮汐)能、太阳能、热核能、氢能源、反物质能等。 风能、水流能、生物质能等是可再生能源，而石油、煤炭、天然气是不可再生能源。

要点诠释：对能量守恒定律的理解：

1、某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量与增加量相等。

2、某个物体能量的减少，一定存在其他物体能量的增加，且减少量和增加量一定相等。

3、在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态确定E ∆增、E ∆减各为多少，再由E ∆增=E ∆减列式计算。

【典型例题】

类型一、热力学第一定律

例1、（2015重庆）某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么

A.外界对胎内气体做功，气体内能减小

B.外界对胎内气体做功，气体内能增大

C.胎内气体对外界做功，内能减小

D.胎内气体对外界做功，内能增大

【答案】D

【解析】对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体为外做功，内能只有动能，而动

能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D 。

【考点】本题考查理想气体的性质、功和内能、热力学第一定律。

举一反三

【变式1】100℃的水完全变成100℃的水蒸气，则（ ）

A. 水分子的内能增加

B ．水的内能增加

C．水所增加的内能小于所吸收的热量

D．水所增加的内能等于所吸收的热量

【答案】BC

【解析】由于温度不变，水分子的内能不变。体积膨胀，水分子的势能变大，水的内能增加。体积膨胀时要克服外界大气压力做功，由热力学第一定律可知，水所增加的内能要小于吸收的热量。

【变式2】(2014 山东卷)如图所示，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体( )

A．内能增加

B．对外做功

C．压强增大

D．分子间的引力和斥力都增大

【答案】AB

【解析】根据理想气体状态方程，缸内气体压强不变，温度升高，体积增大，对外做功．理想气体不计分子间的作用力，温度升高，内能增加．选项A、B正确．

【变式3】如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器后

A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少

B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加

C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少

D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加

【答案】C

【解析】打开卡子，气体冲开胶塞时，气体对胶塞做功，将内能转化为胶塞的机械能；气体对外做功，内能减小，气体的温度降低。

类型二、热力学第二定律

例2、关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是（）

A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大