第3讲 热力学定律与能量守恒定律

第3讲热力学定律与能量守恒定律

主干梳理对点激活

知识点热力学第一定律Ⅰ

1．改变物体内能的两种方式

01做功；

(2)热传递。

2．热力学第一定律

(1)内容

02热量与外界对它所做的功的和。

(2)表达式：ΔU03Q＋W。

(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则

物理量

意义

符号

W Q ΔU

＋外界对物体

做功

物体04吸收热量内能05增加

－物体对外界

做功

物体06放出热量内能07减少

(4)ΔU＝Q＋W的三种特殊情况

①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU08内能的增加。

②若外界对系统做功为0，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体09内能的增加。此处的W包含机械功、电流功等一切功。对于不涉及其他力做功的气体的等容过程，W＝0，Q＝ΔU。

③对于理想气体，若过程是等温的，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，10

外界对物体做的功等于物体放出的热量。

知识点热力学第二定律Ⅰ

1．热力学第二定律的三种表述

(1)克劳修斯表述

热量不能01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02不产生其他影响。或表述为“03第二类永动机是不可能制成的。”

(3)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04减小。(熵增加原理)

2．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05无序性增大的方向进行。

知识点能量守恒定律Ⅰ

1．能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从01转化为另一种形式，02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。例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律。

3．两类永动机

(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。

03能量守恒定律，因此不可能实现。

(2)第二类永动机：从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。

04热力学第二定律，不可能实现。

4．能源的利用

(1)存在能量耗散和05品质降低。

(2)重视利用能源时对06环境的影响。

(3)要开发新能源(如07太阳能、生物质能、风能、水能等)。

一堵点疏通

1．做功和热传递的实质是相同的。()

2．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少20 J。() 3．根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传导中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体。()

4．熵增加原理说明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。()

5．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－283 ℃。()

6．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。() 7．在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。()

8．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。()

9．利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。()

10．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。()

答案 1.× 2.× 3.√ 4.√ 5.× 6.×7.√

8．×9.√10.×

二对点激活

1．(人教版选修3－3·P56·T1改编)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()

A．增加了1100 J B．减少了1100 J

C．增加了690 J D．减少了690 J

答案 C

解析由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，内能增

加690 J，C正确。

2．(人教版选修3－3·P61·T2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

答案CD

解析热量只会自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体，故A错误；机械能可以完全转化为内能，而内能却不能完全转化为机械能，故B错误；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、水自动分离是因为泥沙的密度大于水，故可以分离，C正确；电冰箱通电后由于压缩机做功从而将低温物体的热量传到箱外的高温物体，故D正确。

3.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三

个过程(a到b、b到c、c到a)回到原状态，其V－T图象

如图所示，p a、p b、p c分别表示状态a、b、c时气体的压

强，下列说法正确的是()

A．由a到b的过程中，气体一定吸热

B．p c>p b＝p a

C．由b到c的过程中，气体放出的热量一定大于外界对气体做的功

D．由b到c的过程中，每一个气体分子的速率都减小

E．由c到a的过程中，气体分子的平均动能不变

答案ACE

解析由a到b的过程中，气体温度升高，根据一定量的理想气体内能只与温度有关可知，气体内能增大，又因为气体体积不变，外界对气体不做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸热，A正确；根据理想气体状态方程可知，p a