第3講　熱力學定律與能量守恒定律

6/6第3講熱力學定律與能量守恒定律考點一熱力學第一定律能量守恒定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式：和傳熱。2.熱力學第一定律（1）內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的與外界對它所做的功的。（2）表達式：ΔU＝。（3）ΔU＝中正、負號法則物理量意義符號WQΔU＋外界對物體做功物體熱量內(nèi)能－物體對外界做功物體熱量內(nèi)能3.能量守恒定律（1）內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體到別的物體，在轉(zhuǎn)化或的過程中，能量的總量保持不變。（2）條件性能量守恒是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。（3）第一類永動機是不可能制成的，它違背了。?判斷小題1.做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的。（）2.外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能可能不變。（）3.給自行車打氣時，發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為打氣筒從外界吸熱。（）1.熱力學第一定律的理解（1）內(nèi)能的變化常用熱力學第一定律進行分析。（2）做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外界做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正。（3）與外界絕熱，則不發(fā)生傳熱，此時Q＝0。（4）如果研究對象是理想氣體，因理想氣體忽略分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。2.三種特殊情況（1）若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界（物體）對物體（外界）做的功等于物體內(nèi)能的增加（減少）；（2）若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收（放出）的熱量等于物體內(nèi)能的增加（減少）；（3）若在過程的初、末狀態(tài)，物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界（物體）對物體（外界）做的功等于物體放出（吸收）的熱量。1.【熱力學第一定律的應用】（2024·九省聯(lián)考吉林）某同學取一裝有少量水的塑料礦泉水瓶，旋緊瓶蓋，雙手快速擰搓擠壓水瓶。然后迅速擰松瓶蓋，瓶蓋被頂飛的同時瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧，則（）A.擠壓水瓶過程中，瓶內(nèi)氣體分子的平均動能減小 B.擠壓水瓶過程中，瓶內(nèi)氣體內(nèi)能不變C.瓶蓋被頂飛過程中，瓶內(nèi)氣體對外做功 D.瓶蓋被頂飛過程中，瓶內(nèi)氣體溫度升高2.【能量守恒定律與熱力學第一定律的綜合】（多選）下列有關物體內(nèi)能改變的說法中，正確的是（）A.外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增加 B.外界對物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能一定增加C.物體對外界做功，物體的內(nèi)能可能增加 D.物體向外界放熱，物體的內(nèi)能可能增加考點二熱力學第二定律1.熱力學第二定律的兩種表述（1）克勞修斯表述：熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。（2）開爾文表述：不可能從熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。2.熱力學第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的性增大的方向進行。?判斷小題1.可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功。（）2.熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變成機械能而不引起其他變化。（）3.熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體。（）1.熱力學第二定律的理解（1）“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量。（2）“不產(chǎn)生其他影響”的含義是指發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。2.熱力學第二定律的實質(zhì)熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，即一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。3.兩類永動機的比較分類第一類永動機第二類永動機設計初衷不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律1.【熱力學第二定律的理解】（多選）如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是（）A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理違背熱力學第一定律D.電冰箱除了將熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫外，工作過程中所產(chǎn)生的其他一切影響，無論用任何辦法都不可能加以消除2.【兩類永動機的比較】關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是（）A.第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律B.第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D.由熱力學第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可能的考點三熱力學第一定律與圖像的綜合應用1.氣體的狀態(tài)變化可由圖像直接判斷或結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程pVT＝C2.氣體的做功情況、內(nèi)能變化及吸、放熱關系可由熱力學第一定律分析。（1）由體積變化分析氣體做功的情況。體積膨脹，氣體對外界做功；氣體被壓縮，外界對氣體做功。（2）由溫度變化判斷理想氣體內(nèi)能變化。溫度升高，理想氣體內(nèi)能增大；溫度降低，理想氣體內(nèi)能減小。（3）由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q判斷氣體是吸熱還是放熱。（4）在p-V圖像中，圖像與橫軸所圍面積表示整個過程中氣體對外界或外界對氣體所做的功。熱力學第一定律與p-V1V【例1】（多選）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p-V圖線描述，其中DA為等溫線，氣體在狀態(tài)A時的溫度為T＝300K。下列說法正確的是（）A.氣體在狀態(tài)C時的溫度TC＝375KB.從A到C過程外界對氣體做了600J的功C.從狀態(tài)D變化到狀態(tài)A，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)減小，氣體分子的平均動能不變D.若從D到A過程中外界對氣體做功為250J，則從A→B→C→D→A（一次循環(huán)）過程中氣體吸收的熱量為250J聽課記錄【例2】（2024·江蘇徐州統(tǒng)考模擬）一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)a→b、b→c和c→a回到狀態(tài)a，其循環(huán)過程的p-1V圖像如圖所示，Ta、Tb、Tc分別表示氣體在狀態(tài)a、b、c的溫度，則（A.Ta＝Tb＞Tc B.氣體在b→c過程中吸收熱量C.該循環(huán)過程中氣體對外做負功 D.該循環(huán)過程中氣體放出熱量聽課記錄熱力學第一定律與P-T圖像的綜合【例3】（多選）（2024·河北校聯(lián)考模擬預測）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)變化依次經(jīng)歷a→b，再經(jīng)歷b→c的過程，其壓強p和溫度T的關系如圖所示，根據(jù)p-T圖像，下列說法正確的是（）A.狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)c的體積 B.狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)c的內(nèi)能C.a→b的過程，氣體從外界吸熱 D.b→c的過程，氣體的分子數(shù)密度增大聽課記錄熱力學第一定律與V-T圖像的綜合【例4】（多選）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷一系列過程到達狀態(tài)d，已知V3－V2＞V2－V1，對于此氣體，下列說法正確的是（）A.從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體向外界放出了熱量B.狀態(tài)c的壓強大于狀態(tài)a的壓強C.從狀態(tài)b到狀態(tài)c的過程中在單位時間內(nèi)與單位面積容器壁撞擊的分子數(shù)變多D.從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體對外界做的功小于從狀態(tài)c到狀態(tài)d的過程中氣體對外界做的功聽課記錄考點四熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用求解氣體實驗定律與熱力學定律的綜合問題的一般思路【例5】（多選）（2023·新課標卷21題）如圖，一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分，活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時彈簧處于原長，三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等?，F(xiàn)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達到穩(wěn)定后（）

A.h中的氣體內(nèi)能增加 B.f與g中的氣體溫度相等C.f與h中的氣體溫度相等 D.f與h中的氣體壓強相等聽課記錄【例6】（多選）（2023·山東高考9題）一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強為1×105Pa。經(jīng)等容過程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K，若經(jīng)等壓過程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K。下列說法正