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,课前自主梳理,课堂互动探究,高考模拟演练,基础课,3,热力学定律与能量守恒定律,知识点一、热力学第一定律,1,改变物体内能的两种方式,(1)_,；,(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,_,与外界对它所做的功的和。,(2),表达式：,U,_,。,做功,热量,Q,W,(3),U,Q,W,中正、负号法则：,物理量,W,Q,U,外界对物体做功,物体,_,热量,内能,_,物体对外界做功,物体,_,热量,内能,_,意义,符号,吸收,增加,放出,减少,知识点二、能量守恒定律,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,_,为另一种形式，或者是从一个物体,_,到别的物体，在,_,或,_,的过程中，能量的,_,保持不变。,2,条件性,能量守恒定律是自然界的,_,，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,_,。,转化,转移,转化,转移,总量,普遍规律,能量守恒定律,知识点三、热力学第二定律,1,热力学第二定律的两种表述,(1),克劳修斯表述：热量不能,_,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,_,。或表述为,“_,永动机是不可能制成的,”,。,自发地,不产生其他影响,第二类,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,_,。,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,_,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,_,。,减小,无序性,热力学第二定律,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,，气体的内能可能不变。,(,),(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。,(,),答案,(1),(2),(3),(4),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。,2,三种特殊情况,(1),若过程是绝热的，则,Q,0,，,W,U,，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。,(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量。,(3),若过程的始末状态物体的内能不变，即,U,0,，则,W,Q,0,或,W,Q,。外界对物体做的功等于物体放出的热量。,1,热力学第一定律的理解,(,多选,),关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是,(,),A,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,C,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,E,气体温度升高，气体可能向外界放热,答案,BDE,2,能量守恒定律的应用,木箱静止于水平地面上，现在用一个,80 N,的水平推力推动木箱前进,10 m,，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,U,和转化为木箱的动能,E,k,分别是,(,),A,U,200 J,，,E,k,600 JB,U,600 J,，,E,k,200 J,C,U,600 J,，,E,k,800 J D,U,800 J,，,E,k,200 J,解析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,U,60,10 J,600 J,，由能量守恒定律可得,E,k,W,总,U,80,10 J,600 J,200 J,。故正确答案为,B,。,答案,B,3,热力学第一定律的应用,如图,1,所示，一定质量的理想气体由状态,a,沿,abc,变化到状态,c,，吸收了,340 J,的热量，并对外做功,120 J,。若该气体由状态,a,沿,adc,变化到状态,c,时，对外做功,40 J,，则这一过程中气体,_(,填,“,吸收,”,或,“,放出,”,)_J,热量。,图,1,解析由热力学第一定律可得，该气体由状态,a,沿,abc,变化到状态,c,的过程中内能的变化量,U,W,Q,120 J,340 J,220 J,，因此该气体由状态,a,沿,adc,变化到状态,c,时，,Q,1,U,W,1,220 J,(,40 J),260 J,，显然此过程中气体从外界吸收热量。,答案吸收,260,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，,W,为负；体积缩小，外界对气体做功，,W,为正。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，,W,0,。,(2),与外界绝热，则不发生热传递，此时,Q,0,。,(3),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化。,反思总结,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,在热力学第二定律的表述中，,“,自发地,”,、,“,不产生其他影响,”,的涵义。,(1),“,自发地,”,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能量的帮助。,(2),“,不产生其他影响,”,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。如吸热、放热、做功等。,2,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,3,两类永动机的比较,分类,第一类永动机,第二类永动机,设计要求,不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器,从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器,不可能制,成的原因,违背能量守恒,不违背能量守恒，违背热力学第二定律,1,热力学第二定律的理解,(,多选,),关于热力学定律，下列说法正确的是,(,),A,为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量,B,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,D,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,解析内能的改变可以通过做功或热传递进行，故,A,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，,B,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变为功，,C,对；在引起其他变化的情况下，可以将热量从低温物体传向高温物体，,D,错；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故,E,对。,答案,ACE,2,对两类永动机的理解,(,多选,),下列说法正确的是,(,),A,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,C,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的宏观过程具有方向性,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外做功的机器，违背了能量守恒定律，选项,C,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,D,错误；由热力学第二定律可知，选项,E,正确。,答案,BCE,3,热力学定律的理解,(,多选,),关于热力学定律，以下说法正确的是,(,),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,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程都具有方向性，告诉我们第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,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，又相互补充，都是热力学的理论基础,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,D,错误。,答案,ABE,热力学定律与气体实验定律的综合应用,【典例】如图,2,甲所示，用面积为,S,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,m,。现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，汽缸内的气体从状态,A,变化到状态,B,。若该过程中气体内能发生了变化，气体柱高度增加了,L,。外界大气压强为,p,0,。,图,2,(1)(,多选,),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,p,0,B,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,D,气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功,E,A,和,B,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,(2),汽缸内气体的温度为,T,1,时，气体柱的高度为,L,_(,用图中和题目中给出的字母表示,),。,(3),若气体从状态,A,变化到状态,B,的过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？,1,热力学定律与气体图象结合,(2016,深圳第一次调研,),如图,3,所示，一定质量的理想气体从状态,a,变化到状态,b,，在这一过程中，下列说法正确的是,(,),图,3,A,气体体积变大,B,气体温度升高,C,气体从外界吸收热量,D,气体的内能不变,E,气体放出热量,答案,ABC,2,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塞封闭在汽缸内，如图,4,所示水平放置。活塞的质量,m,20 kg,，横截面积,S,100 cm,2,，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,L,1,12 cm,，离汽缸口的距离,L,2,3 cm,。外界气温为,27,，大气压强为,1.0,10,5,Pa,，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，已知,g,10 m/s,2,，求：,(1),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,Q,370 J,的热量，则气体增加的内能,U,多大？,图,4,解析,(1),当汽缸水平放置时，,p,0,1.0,10,5,Pa,，,V,0,L,1,S,，,T,0,(273,27)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示，有,p,1,S,p,0,S,mg,答案,(1)450 K,(2)310 J,解题步骤,方法技巧,1,(2014,全国卷,),一定量的理想气体从状态,a,开始，经历三个过程,ab,、,bc,、,ca,回到原状态，其,p,T,图象如图,5,所示。下列判断正确的是,_,。,(,填正确答案标号,),图,5,A,过程,ab,中气体一定吸热,B,过程,bc,中气体既不吸热也不放热,C,过程,ca,中外界对气体所做的功等于气体所放的热,D,a,、,b,和,c,三个状态中，状态,a,分子的平均动能最小,E,b,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撞击的次数不同,解析对封闭气体，由题图可知,a,b,过程，气体体积,V,不变，没有做功，而温度,T,升高，则为吸热过程，,A,项正确；,b,c,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，,B,项错；,c,a,过程为等压变化，温度,T,降低，内能减少，体积,V,减小，外界对气体做功，依据,W,Q,U,，外界对气体所做的功小于气体所放的热，,C,项错；温度是分子平均动能的标志，,T,a,T,b,T,c,，故,D,
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