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第二节热力学定律及能量守恒第二节热力学定律及能量守恒气体气体本节目录本节目录基础梳理基础梳理自学导引自学导引要点透析要点透析直击高考直击高考考点探究考点探究讲练互动讲练互动知能演练知能演练轻巧夺冠轻巧夺冠技法提炼技法提炼思维升华思维升华基础梳理基础梳理自学导引自学导引一、热力学定律一、热力学定律1热力学第一定律热力学第一定律(1)内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸加上物体从外界吸收的热量收的热量Q等于物体等于物体_的增加的增加U.(2)表达式：表达式：U_.2热力学第二定律热力学第二定律两种表述：两种表述：(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而_内能内能WQ不引起其他变化不引起其他变化(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而_3热力学第三定律热力学第三定律(1)内容：热力学零度不可达到内容：热力学零度不可达到(2)热力学温度热力学温度T与摄氏温度与摄氏温度t的关系：的关系：Tt_ K.4两类永动机两类永动机不引起其他变化不引起其他变化273.15第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机不消耗能量却可以源源不不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器断地对外做功的机器从单一热源吸热，全部用从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他来对外做功而不引起其他变化的机器变化的机器违背能量守恒定律，不可违背能量守恒定律，不可能实现能实现违背热力学第二定律，不违背热力学第二定律，不可能实现可能实现二、能量守恒定律二、能量守恒定律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，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，其总量不变或转移的过程中，其总量不变三、气体的状态参量三、气体的状态参量1温度温度(1)宏观上：表示物体的宏观上：表示物体的_程度程度(2)微观上：表示气体分子无规则热运动的微观上：表示气体分子无规则热运动的_程度程度(3)温标：常用的温标有温标：常用的温标有_和摄氏温标和摄氏温标冷热冷热激烈激烈热力学温标热力学温标2体积体积(1)宏观上：容纳气体的宏观上：容纳气体的_(2)微观上：气体分子所能达到的微观上：气体分子所能达到的_(3)单位：国际单位为单位：国际单位为m3，且，且1 m3103 dm3_cm3.3压强压强(1)宏观上宏观上:器壁单位面积上受到的器壁单位面积上受到的_(2)微观上微观上:大量气体分子单位时间作用在单位面积上的大量气体分子单位时间作用在单位面积上的_.(3)单位：国际单位为帕，符号为单位：国际单位为帕，符号为Pa，且，且1 atm_ Pa76 cmHg.(4)大小决定因素大小决定因素宏观上：气体的宏观上：气体的_、_和物质的量和物质的量微观上：单位体积内的分子数和微观上：单位体积内的分子数和_体积体积空间空间106 冲力冲力冲量冲量1.013105温度温度体积体积分子平均动能分子平均动能名师点拨：名师点拨：一定质量的气体，一定质量的气体，p与与T、V有关三个参量中不可有关三个参量中不可能只有一个参量发生变化，至少有两个或三个同时改变能只有一个参量发生变化，至少有两个或三个同时改变四、气体分子动理论四、气体分子动理论1气体分子运动的特点：气体分子运动的特点：由于气体分子间距大，气体分子的由于气体分子间距大，气体分子的大小可以忽略，分子间的作用力很小，也可以忽略因此，除大小可以忽略，分子间的作用力很小，也可以忽略因此，除分子间及分子与器壁间碰撞外，分子间无相互作用力，所以不分子间及分子与器壁间碰撞外，分子间无相互作用力，所以不计计_，气体的内能只与气体的物质的量和，气体的内能只与气体的物质的量和_有有关，分子处于自由运动状态关，分子处于自由运动状态2气体分子运动的统计规律气体分子运动的统计规律(1)气体分子沿各个方向运动的机会气体分子沿各个方向运动的机会(机率机率)_ 分子势能分子势能温度温度均等均等(2)大量气体分子的速率分布呈现大量气体分子的速率分布呈现_ (中等速率的分子中等速率的分子数目多数目多)、_ (速率大或小的分子数目少速率大或小的分子数目少)的规律的规律(3)当温度升高时，当温度升高时，“中间多中间多”的这一的这一“高峰高峰”向向_的一的一方移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，方移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率分子的平均速率_,但不是每个气体分子的速率均增大但不是每个气体分子的速率均增大.名师点拨：名师点拨：理想气体是实际气体在一定条件下近似的一种物理理想气体是实际气体在一定条件下近似的一种物理模型，在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可当成模型，在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可当成理想气体来处理，理想气体没有分子势能，内能只由温度和气理想气体来处理，理想气体没有分子势能，内能只由温度和气体物质的量来决定体物质的量来决定中间多中间多两头少两头少速率大速率大增大增大要点透析要点透析直击高考直击高考一、对热力学第一定律的理解一、对热力学第一定律的理解1由由UQW，可知改变物体的内能有两种方式：做功和，可知改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，只考虑其中之一无法确定内能的变化热传递，只考虑其中之一无法确定内能的变化2在在UQW中，中，W表示做功情况，说明内能和其他形式表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；的能可以相互转化；Q表示吸热或放热的情况，说明内能可以表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而从一个物体转移到另一个物体，而UQW是能量守恒定律是能量守恒定律的具体体现的具体体现3对公式对公式UQW符号的规定符号的规定符号符号WQU外界对物体做功外界对物体做功 物体吸收热量物体吸收热量内能增加内能增加物体对外界做功物体对外界做功 物体放出热量物体放出热量内能减少内能减少4.几种特殊情况几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等，外界对物体做的功等于物体内能的增加于物体内能的增加(2)若过程中不做功，即若过程中不做功，即W0，则，则QU，物体吸收的热量等，物体吸收的热量等于物体内能的增加于物体内能的增加(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物体放出的热量特别提醒：特别提醒：( (1) )应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统个物体或者是哪个热力学系统.( (2) )应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据.对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义.即时应用即时应用 1(2010高考广东卷高考广东卷)如图是密闭的汽缸，外力推动如图是密闭的汽缸，外力推动活塞活塞P压缩气体，对缸内气体做功压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的，缸内气体的()A温度升高，内能增加温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少温度降低，内能减少200 J解析：选解析：选A.对一定质量的气体，由热力学第一定律对一定质量的气体，由热力学第一定律UWQ可知，可知，U800 J(200 J)600 J，U为正表示内能增加了为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项度升高，选项A正确正确二、对热力学第二定律的理解二、对热力学第二定律的理解1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”、“不产生其不产生其他影响他影响”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热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性象的宏观过程都具有方向性3热力学过程方向性实例热力学过程方向性实例特别提醒：特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程如气体的等温膨胀过程.即时应用即时应用 2(2013合肥模拟合肥模拟)地球上有很多的海水，它的总质地球上有很多的海水，它的总质量约为量约为1.41018吨，如果这些海水的温度降低吨，如果这些海水的温度降低0.1 ，将要放，将要放出出5.81023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是其原因是()A内能不能转化成机械能内能不能转化成机械能B内能转化成机械能不满足热力学第一定律内能转化成机械能不满足热力学第一定律C只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律热力学第二定律D上述三种原因都不正确上述三种原因都不正确解析：选解析：选C.内能可以转化成机械能，如热机，内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确正确三、热力学第一定律与气态变化三、热力学第一定律与气态变化1气体的温度、压强、体积间的关系气体的温度、压强、体积间的关系一定质量的气体，如果三个状态参量都不变，则该气体处于一定质量的气体，如果三个状态参量都不变，则该气体处于一定的状态三个状态参量可以同时变化，也可以是其中一一定的状态三个状态参量可以同时变化，也可以是其中一个参量保持不变，其他两个参量发生变化，只有一个状态参个参量保持不变，其他两个参量发生变化，只有一个状态参量发生变化是不可能的当一个参量不变时，另两个参量的量发生变化是不可能的当一个参量不变时，另两个参量的关系为：关系为：(1)温度不变：分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积温度不变：分子的平均动能不变，若体积减小，单位体积内分子数目增多，气体的压强增加内分子数目增多，气体的压强增加(2)体积不变：单位体积内的分子数目不变，温度升高，分子体积不变：单位体积内的分子数目不变，温度升高，分子的平均动能增加，气体的压强增加的平均动能增加，气体的压强增加即时应用即时应用 3 (2011高考新课标全国卷高考新课标全国卷)对于一定量的理想气对于一定量的理想气体，下列说法正确的是体，下列说法正确的是_A若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B若气体的内能不变，其状态也一定不变若气体的内能不变，其状态也一定不变C若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D气体温度每升高气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关所吸收的热量与气体经历的过程有关E当气体温度升高时，气体的内能一定增大当气体温度升高时，气体的内能一定增大答案：答案：ADE考点探究考点探究讲练互动讲练互动例例1考点考点1热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用 (2012高考广东卷高考广东卷)景颇族的祖先发明的点火器如图所景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒猛推推杆，艾示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒猛推推杆，艾绒即可点燃对筒内封闭的气体，在此压缩过程中绒即可点燃对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()A气体温度升高，压强不变气体温度升高，压强不变B气体温度升高，压强变大气体温度升高，压强变大C气体对外界做正功，气体内能增加气体对外界做正功，气体内能增加D外界对气体做正功，气体内能减少外界对气体做正功，气体内能减少【思路点拨】【思路点拨】解此题的关键有三点：解此题的关键有三点：(1)“猛推猛推”的过程可看成绝热过程的过程可看成绝热过程(2)正确理解热力学第一定律的内容及符号正确理解热力学第一定律的内容及符号(3)用状态方程分析压强的变化用状态方程分析压强的变化【答案】【答案】B【规律总结】【规律总结】解决有关热力学第一定律问题的思路：分析解决有关热力学第一定律问题的思路：分析题干确定内能改变的方式题干确定内能改变的方式(Q、W)判断判断W、Q的符号的符号代入代入公式公式UQW得出结论得出结论跟踪训练跟踪训练 (2011高考广东卷高考广东卷)如图所示为某种椅子与其升降部如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，两筒间密闭了一定质量的气体，M可可沿沿N的内壁上下滑动设筒内气体不与外界发生热交换，在的内壁上下滑动设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中向下滑动的过程中()A外界对气体做功，气体内能增大外界对气体做功，气体内能增大B外界对气体做功，气体内能减小外界对气体做功，气体内能减小C气体对外界做功，气体内能增大气体对外界做功，气体内能增大D气体对外界做功，气体内能减小气体对外界做功，气体内能减小解析：选解析：选A.因为因为M、N内被封闭气体体积减小内被封闭气体体积减小,所以外界对气体所以外界对气体做功由热力学第一定律及做功由热力学第一定律及M、N内气体与外界没有热交换可内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功知外界对气体做功,内能一定增加内能一定增加,故故A正确，正确，B、C、D错误错误.例例2考点考点2热力学第二定律的应用热力学第二定律的应用 如图为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强如图为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外量到箱体外(1)下列说法正确的是下列说法正确的是_A热量可以自发地从冰箱内传到冰热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？量相比，有怎样的关系？【解析】【解析】(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故有的热学过程，故C正确，正确，D错误；由热力学第二定律可知，错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需响或帮助电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故应选要压缩机的帮助并消耗电能，故应选B、C.(2)由热力学第一定律可知，电冰箱从冰箱内吸收热量，同时由热力学第一定律可知，电冰箱从冰箱内吸收热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多.【答案】【答案】(1)BC(2)见解析见解析技法提炼技法提炼思维升华思维升华易错辨析易错辨析不能正确选取研究对象和初末状态不能正确选取研究对象和初末状态【范例】【范例】如图所示，如图所示，A、B是体积相同的气缸，是体积相同的气缸，B内有一导热内有一导热的、可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞的、可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞C，D为不导为不导热的阀门，起初，阀门关闭，热的阀门，起初，阀门关闭，A内装有压强内装有压强p12.0105 Pa，温度温度T1300 K的氮气的氮气B内装有压强内装有压强p21.0105 Pa，温度，温度T2600 K的氧气打开阀门的氧气打开阀门D，活塞，活塞C向右移动，最后达到平衡向右移动，最后达到平衡,以以V1和和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积，则分别表示平衡后氮气和氧气的体积，则V1 V2_(假定氧气和氮气均为理想气体，假定氧气和氮气均为理想气体，并与外界无热交换，连接气缸的管道体积并与外界无热交换，连接气缸的管道体积可忽略可忽略)【答案】【答案】41【真知灼见】【真知灼见】解决有关两部分气体相关联的问题时，要注意解决有关两部分气体相关联的问题时，要注意两方面的问题两方面的问题.首先，要把两部分气体分开看待，分别对每一部分气体分析出首先，要把两部分气体分开看待，分别对每一部分气体分析出初、末状态的初、末状态的p、V、T情况，分别列出相应的方程情况，分别列出相应的方程( (应用相应的应用相应的定律、规律定律、规律) )切不可将两部分气体视为两种状态切不可将两部分气体视为两种状态.其次，要找出两部分气体之间的联系，如总体积不变，平衡时其次，要找出两部分气体之间的联系，如总体积不变，平衡时压强相等，等等压强相等，等等.例如本题中，阀门关闭时两边气体体积相等，例如本题中，阀门关闭时两边气体体积相等，阀门打开时两边气体压强相等，温度相等，利用这些关系，可阀门打开时两边气体压强相等，温度相等，利用这些关系，可以消去方程中的未知因素，否则，也解不出正确结果以消去方程中的未知因素，否则，也解不出正确结果.
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