1、基础课基础课3热力学定律与能量守恒定律热力学定律与能量守恒定律知识点一、热力学第一定律知识点一、热力学第一定律1改变物体内能的两种方式改变物体内能的两种方式(1)_；(2)热传递。热传递。2热力学第一定律热力学第一定律(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_与外界对它所做的功的和。与外界对它所做的功的和。(2)表达式：表达式：U_。做功做功热量热量QW(3)UQW中正、负号法则：中正、负号法则：物理量物理量WQU外界对物体做功外界对物体做功物体物体_热量热量内能内能_物体对外界做功物体对外界做功物体物体_热量热量内能内能_意义意义
2、符号符号吸收吸收增加增加放出放出减少减少知识点二、能量守恒定律知识点二、能量守恒定律1内容内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式_为另一种形式，或者是从一个物体为另一种形式，或者是从一个物体_到别的物到别的物体，在体，在_或或_的过程中，能量的的过程中，能量的_保持不变。保持不变。2条件性条件性能量守恒定律是自然界的能量守恒定律是自然界的_，某一种形式的能是否，某一种形式的能是否守恒是有条件的。守恒是有条件的。3第一类永动机是不可能制成的，它违背了第一类永动机是不可能制成的，它违背了_。转化转化转移转移转化转化转移转移总量总
3、量普遍规律普遍规律能量守恒定律能量守恒定律知识点三、热力学第二定律知识点三、热力学第二定律1热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能克劳修斯表述：热量不能_从低温物体传到高温物体。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，而功，而_。或表述为。或表述为“_“_永动机是不永动机是不可能制成的可能制成的”。自发地自发地不产生其他影响不产生其他影响第二类第二类2用熵的概念表示热力学第二定律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在任何自然过程中
4、，一个孤立系统的总熵不会_。3热力学第二定律的微观意义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一切自发过程总是沿着分子热运动的_增大的方向进增大的方向进行。行。4第二类永动机不可能制成的原因是违背了第二类永动机不可能制成的原因是违背了_。减小减小无序性无序性热力学第二定律热力学第二定律思考判断思考判断(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的。和热传递的实质是相同的。()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。，气体的内能可能不变。
5、()(3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。筒从外界吸热。()(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。()答案答案(1)(2)(3)(4)热力学第一定律与能量守恒定律热力学第一定律与能量守恒定律1做功和热传递的区别做功和热传递的区别做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的。做功是其他形式的运动式、能量转化的角度上看是不同的。做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式
6、的能与内能之间的转化；而热和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移。传递则是热运动的转移，是内能的转移。2三种特殊情况三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。等于物体内能的增加量。(2)若过程中不做功，即若过程中不做功，即W0，则，则QU，物体吸收的热量，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。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，即若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则，则WQ0或或WQ。外界对物体做的功等于物体放出的热量。外界对物体做的功等于
7、物体放出的热量。1热力学第一定律的理解热力学第一定律的理解(多选多选)关于一定质量的理想气体，关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A气体体积增大时，其内能一定减少气体体积增大时，其内能一定减少B外界对气体做功，气体内能可能减少外界对气体做功，气体内能可能减少C气体从外界吸收热量，其内能一定增加气体从外界吸收热量，其内能一定增加D气体温度升高，其分子平均动能一定增加气体温度升高，其分子平均动能一定增加E气体温度升高，气体可能向外界放热气体温度升高，气体可能向外界放热答案答案BDE2能量守恒定律的应用能量守恒定律的应用木箱静止于水平地面上，现在用一个木箱静止于水平地面上，现
8、在用一个80 N的水平推力推动木箱前进的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能和转化为木箱的动能Ek分别是分别是()AU200 J，Ek600 JBU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek200 J解析解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能增量，即乘积为系统的内能增量，即U6010 J600 J，由能量守，由能量守恒定律可得恒定律可得EkW总总U8010 J600
9、J200 J。故正确。故正确答案为答案为B。答案答案B3热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用如图如图1所示，一定质量的理想气体所示，一定质量的理想气体由状态由状态a沿沿abc变化到状态变化到状态c，吸收了，吸收了340 J的热量，并对外做的热量，并对外做功功120 J。若该气体由状态。若该气体由状态a沿沿adc变化到状态变化到状态c时，对外做功时，对外做功40 J，则这一过程中气体，则这一过程中气体_(填填“吸收吸收”或或“放放出出”)_J热量。热量。图图1解析解析由热力学第一定律可得，该气体由状态由热力学第一定律可得，该气体由状态a沿沿abc变化到状变化到状态态c的过程中内能的变化量的过
10、程中内能的变化量UWQ120 J340 J220 J，因此该气体由状态因此该气体由状态a沿沿adc变化到状态变化到状态c时，时，Q1UW1220 J(40 J)260 J，显然此过程中气体从外界吸收热量。，显然此过程中气体从外界吸收热量。答案答案吸收吸收260应用热力学第一定律的三点注意应用热力学第一定律的三点注意(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，做功看体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩为负；体积缩小，外界对气体做功，小，外界对气体做功，W为正。气体向真空中自由膨胀，对外为正。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，界不做功，W0。(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时与外界绝热
11、，则不发生热传递，此时Q0。(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主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。化。反思总结反思总结对热力学第二定律的理解对热力学第二定律的理解1对热力学第二定律关键词的理解对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，在热力学第二定律的表述中，“自发地自发地”、“不产生其他影不产生其他影响响”的涵义。的涵义。(1)“自发地自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不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
12、能量的帮助。需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在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。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实质自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如3两类永动机的比较两类永动机的比较分类分类第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机设计要求设计要求不需要任何动力或不需要任何动力或燃料，却能不断地燃料，却能不断地对外做
13、功的机器对外做功的机器从单一热源吸收热量，从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不使之完全变成功，而不产生其他影响的机器产生其他影响的机器不可能制不可能制成的原因成的原因违背能量守恒违背能量守恒不违背能量守恒，违背不违背能量守恒，违背热力学第二定律热力学第二定律1热力学第二定律的理解热力学第二定律的理解(多选多选)关于热力学定律，下列说法关于热力学定律，下列说法正确的是正确的是()A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B对某物体做功，必定会使该物体的内能增加对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
14、可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D不可能使热量从低温物体传向高温物体不可能使热量从低温物体传向高温物体E功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析解析内能的改变可以通过做功或热传递进行，故内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A对；对某对；对某物体做功，若物体向外放热，则物体的内能不一定增加，物体做功，若物体向外放热，则物体的内能不一定增加，B错；错；在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，变为功，C对；在引起其他变化的情况下，可以将热量从低温对；在引起其他变化的情况下，可以将热
15、量从低温物体传向高温物体，物体传向高温物体，D错；涉及热现象的宏观过程都具有方向错；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故性，故E对。对。答案答案ACE2对两类永动机的理解对两类永动机的理解(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A压缩气体总能使气体的温度升高压缩气体总能使气体的温度升高B能量耗散过程中能量是守恒的能量耗散过程中能量是守恒的C第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律D第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第一定律一定律E能量耗散过程从能量转化的角度反映了自然界中
16、的宏观能量耗散过程从能量转化的角度反映了自然界中的宏观过程具有方向性过程具有方向性解析解析内能的变化取决于做功和热传递两个方面，只压缩气体内能的变化取决于做功和热传递两个方面，只压缩气体并不一定能使气体温度升高，选项并不一定能使气体温度升高，选项A错误；由能量守恒定律可错误；由能量守恒定律可知，选项知，选项B正确；第一类永动机是指不消耗能量却可以不断向正确；第一类永动机是指不消耗能量却可以不断向外做功的机器，违背了能量守恒定律，选项外做功的机器，违背了能量守恒定律，选项C正确；第二类永正确；第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，选项动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定
17、律，选项D错误；由热力学第二定律可知，选项错误；由热力学第二定律可知，选项E正确。正确。答案答案BCE3热力学定律的理解热力学定律的理解(多选多选)关于热力学定律，以下说法正确关于热力学定律，以下说法正确的是的是()A热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否定了创造和消灭能量的可能性，告诉我们第一类永动机不可定了创造和消灭能量的可能性，告诉我们第一类永动机不可能制成能制成B热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，告诉我们第二类永动机不可能制成程都具有方向性，告诉我们第
18、二类永动机不可能制成C做功和热传递都能改变物体的内能，根据最后的结果可做功和热传递都能改变物体的内能，根据最后的结果可以区分是做功还是热传递使物体温度升高的以区分是做功还是热传递使物体温度升高的D热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，热力学第二定律指出内能不可能完全转化为机械能，故二者是热力学第二定律指出内能不可能完全转化为机械能，故二者是相互矛盾的相互矛盾的E热力学第一定律和热力学第二定律分别从不同的角度揭示热力学第一定律和热力学第二定律分别从不同的角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又了与热现象有关的物理
19、过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础相互补充，都是热力学的理论基础解析解析 做功和热传递都能改变物体的内能，根据最后的结果无做功和热传递都能改变物体的内能，根据最后的结果无法判断是做功还是热传递使物体温度升高的，选项法判断是做功还是热传递使物体温度升高的，选项C错误；热错误；热力学第二定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二力学第二定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，二者并不矛盾，选项定律则指出了能量转化的方向性，二者并不矛盾，选项D错误。错误。答案答案ABE热力学定律与气体实验定律的综合应用热力学定律与气体实验定律的综
20、合应用【典例】【典例】如图如图2甲所示，用面积为甲所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为质量的理想气体，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m。现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，汽缸内的气现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，汽缸内的气体从状态体从状态A变化到状态变化到状态B。若该过程中气体内能发生了变化，。若该过程中气体内能发生了变化，气体柱高度增加了气体柱高度增加了L。外界大气压强为。外界大气压强为p0。图图2(1)(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是_。A该过程中汽缸内气体的压强始终为该
21、过程中汽缸内气体的压强始终为p0B该过程中气体的内能不断增大该过程中气体的内能不断增大C该过程中气体不断从外界吸收热量该过程中气体不断从外界吸收热量D气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功EA和和B两个状态，汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分两个状态，汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同子撞击的次数相同(2)汽缸内气体的温度为汽缸内气体的温度为T1时，气体柱的高度为时，气体柱的高度为L_(用用图中和题目中给出的字母表示图中和题目中给出的字母表示)。(3)若气体从状态若气体从状态A变化到状态变化到状态B的过程中从外界吸收的热量为的过
22、程中从外界吸收的热量为Q，则被封闭气体的内能变化了多少？则被封闭气体的内能变化了多少？1热力学定律与气体图象结合热力学定律与气体图象结合(2016深圳第一次调研深圳第一次调研)如图如图3所示，一定质量的理想气体从状态所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态变化到状态b，在这一过，在这一过程中，下列说法正确的是程中，下列说法正确的是()图图3A气体体积变大气体体积变大B气体温度升高气体温度升高C气体从外界吸收热量气体从外界吸收热量D气体的内能不变气体的内能不变E气体放出热量气体放出热量答案答案ABC2热力学定律与气体实验定律综合热力学定律与气体实验定律综合一定质量的理想气体被活一定质量的理想气
23、体被活塞封闭在汽缸内，如图塞封闭在汽缸内，如图4所示水平放置。活塞的质量所示水平放置。活塞的质量m20 kg，横截面积，横截面积S100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L112 cm，离汽缸口的距离离汽缸口的距离L23 cm。外界气温为。外界气温为27，大气压强为，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，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，定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽
24、缸口相平，已知已知g10 m/s2，求：，求：(1)此时气体的温度为多少？此时气体的温度为多少？(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，则气体增加的内能的热量，则气体增加的内能U多大？多大？图图4解析解析(1)当汽缸水平放置时，当汽缸水平放置时，p01.0105 Pa，V0L1S，T0(27327)K当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所示，有示，有p1Sp0Smg答案答案(1)450 K(2)310 J解题步骤解题步骤方法技巧方法技巧
25、1(2014全国卷全国卷)一定量的理想气体从状态一定量的理想气体从状态a开始，经历三个开始，经历三个过程过程ab、bc、ca回到原状态，其回到原状态，其pT图象如图图象如图5所示。下列判所示。下列判断正确的是断正确的是_。(填正确答案标号填正确答案标号)图图5A过程过程ab中气体一定吸热中气体一定吸热B过程过程bc中气体既不吸热也不放热中气体既不吸热也不放热C过程过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热中外界对气体所做的功等于气体所放的热Da、b和和c三个状态中，状态三个状态中，状态a分子的平均动能最小分子的平均动能最小Eb和和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子两个状态中，
26、容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同撞击的次数不同解析解析对封闭气体，由题图可知对封闭气体，由题图可知ab过程，气体体积过程，气体体积V不变，没不变，没有做功，而温度有做功，而温度T升高，则为吸热过程，升高，则为吸热过程，A项正确；项正确；bc过程为过程为等温变化，压强减小，体积增大，对外做功，则为吸热过程，等温变化，压强减小，体积增大，对外做功，则为吸热过程，B项错；项错；ca过程为等压变化，温度过程为等压变化，温度T降低，内能减少，体积降低，内能减少，体积V减减小，外界对气体做功，依据小，外界对气体做功，依据WQU，外界对气体所做的功，外界对气体所做的功小于气体所放的热，小于
27、气体所放的热，C项错；温度是分子平均动能的标志，项错；温度是分子平均动能的标志，TaTbTc，故，故D项正确；同种气体的压强由气体的分子数密度项正确；同种气体的压强由气体的分子数密度和和温度温度T决定，由题图可知决定，由题图可知TbTc，pbpc，显然，显然E项正确项正确。答案答案ADE22016全国卷全国卷，33(1)关于热力学定律，下列说法正确的关于热力学定律，下列说法正确的是是_。(填正确答案标号填正确答案标号)A气体吸热后温度一定升高气体吸热后温度一定升高B对气体做功可以改变其内能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
28、物体传到高温物体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，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那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡答案答案BDE32016海南单科，海南单科，15(1)一定量的理想气体从状态一定量的理想气体从状态M可以经可以经历过程历过程1或者过程或者过程2到状态到状态N，其，其pV图象如图图象如图6所示。在过程所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正
29、确等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是的是_。(填正确答案标号填正确答案标号)图图6A气体经历过程气体经历过程1，其温度降低，其温度降低B气体经历过程气体经历过程1，其内能减小，其内能减小C气体在过程气体在过程2中一直对外放热中一直对外放热D气体在过程气体在过程2中一直对外做功中一直对外做功E气体经历过程气体经历过程1的内能改变量与经历过程的内能改变量与经历过程2的相同的相同答案答案ABE4(2016长春市二模长春市二模)如图如图7所示，一定质量的理想气体从状态所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态依次经过状态B、C和和D后再回到状态后再回到状态A。其中，。其中，AB
30、和和CD为为等温过程，等温过程，BC为等压过程，为等压过程，DA为等容过程，则在该循环过为等容过程，则在该循环过程中，下列说法正确的是程中，下列说法正确的是_。(填正确答案标号填正确答案标号)图图7AAB过程中，气体放出热量过程中，气体放出热量BBC过程中，气体分子的平均动能增大过程中，气体分子的平均动能增大CCD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多DDA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化E若气体在若气体在BC过程中内能变化量的数值为过程中内能变化量的数值为2 kJ，与外界交换，与外界交换的热量为的热量为7 kJ，则在此过程中气体对外做的功为，则在此过程中气体对外做的功为5 kJ答案答案ABE
