热力学定律与能量守恒

第3讲热力学定律与能量守恒【思维驱动】

给旱区送水的消防车停于水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体(

)．

A．从外界吸热

B．对外界做负功

C．分子平均动能减小

D．内能增加热力学第一、二定律Ⅰ(考纲要求)

能量守恒定律Ⅰ(考纲要求)

解析胎内气体发生的是等温变化，在缓慢放水过程中，压强减小，体积增大，因温度不变，所以分子平均动能和内能不变，而体积增大，气体膨胀对外界做正功，根据热力学第一定律可知气体一定从外界吸热，A对．答案A【知识存盘】1．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热量与外界对它所做的功的和．

(2)表达式：ΔU＝2．热力学第二定律

(1)表述一：热量不能

从低温物体传到高温物体．

(2)表述二：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而

．Q＋W自发地不产生其他影响3．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，在转化或转移的过程中其总量保持不变．

(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．转化转移(3)两类永动机①第一类永动机不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器．不能制成的原因：违背

定律．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，而不引起其他变化的机器．不能制成的原因：违背了

．能量守恒热力学第二定律1．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU.(2)若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU.(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.考点一热力学定律及能量守恒定律的应用【典例1】

(2012·课标全国卷)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【典例2】

(2011·江苏卷)如图11-3-1所示，内壁光滑的汽缸水平放置．一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2.则在此过程中，气体分子平均动能________(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了________．图11-3-1解析由于对汽缸缓慢加热，温度升高，气体分子平均动能增大；根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，其中气体对外做功W＝－p0(V2－V1)，气体内能变化ΔU＝Q－p0(V2－V1)．答案增大Q－p0(V2－V1)借题发挥1．热力学过程的方向性实例(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积V1气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B

混合气体AB2．热力学第一定律的符号规定做功W外界对物体做功W>0物体对外界做功W<0吸、放热Q物体从外界吸收热量Q>0物体向外界放出热量Q<0内能变化ΔU物体内能增加ΔU>0物体内能减少ΔU<0备课札记考点二热力学第一定律与气体实验定律的综合问题【典例3】

(2012·山东卷，36)(1)以下说法正确的是________．

a．水的饱和汽压随温度的升高而增大

b．扩散现象表明，分子在永不停息地运动

c．当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小

d．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能减小(2)如图11-3-2所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10cm.(环境温度不变，大气压强p0＝75cmHg)

①求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．②此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)．图11-3-2解析(1)饱和汽压随温度的升高而增大，选项a正确；扩散现象说明分子在永不停息地运动，选项b正确；当分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，选项c错误；根据＝C(常量)知，一定质量的理想气体，在等压膨胀时，温度升高，分子的平均动能增大，选项d错误．②左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W且W＜0，所以Q＝－W＞0，气体将吸热．答案(1)ab

(2)①50cmHg

②做正功吸热【变式跟踪2】

(2012·江苏卷，12)(1)密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大．从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的________增大了．该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图1133所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2. (2)如图11-3-4所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105

Pa，吸收的热量Q＝7.0×102

J，求此过程中气体内能的增量．图11-3-3图11-3-4

借题发挥1．气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法

(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体．

(2)解决具体问题时，根据不同的变化过程，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决．

(3)对理想气体，只要体积变化外界对气体(或气体对外界)要做功W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能要发生变化．

(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题．2．有关气体问题的易出错点：

(1)不能正确地分析气体的状态参量，特别是压强参量．

(2)对于多过程的问题不能恰当地选取两个状态列方程．

(3)对于两部分气体不能正确地建立起它们之间状态参量的关系．

(4)不能挖掘关键词语的隐含条件，如“绝热”、“导热”、“缓慢”的含义等．

(5)不能根据气体体积的变化判断做功的正负，从而不能应用热力学第一定律正确地求解．备课札记一、热力学定律及能量守恒1．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能) (

)． A．内能增大，放出热量 B．内能减小，吸收热量 C．内能增大，对外界做功 D．内能减小，外界对其做功

解析不计分子势能，空气内能由温度决定，随温度降低而减小，A、C均错误；薄塑料瓶因降温而变扁、空气体积减小，外界压缩空气做功，D正确；空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热，B错误．答案D2．(2012·四川卷，14)物体由大量分子组成，下列说法正确的是 (

)． A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大 B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小 C．物体的内能跟物体的温度和体积有关 D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能 解析分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，但不一定是每个分子的动能都大，故A错．分子间的引力和斥力都是随着分子间距离的减小而增大，故B错．物体的内能由物质的量、物态、体积及温度决定，即所有分子动能和分子势能之和，故C正确．物体内能的变化由做功和热传递共同决定，故D错． 答案C4．对热力学第二定律，下列理解正确的是 (

)． A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的 B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C．热量不可能由低温物体传递到高温物体 D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成 解析由热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C错；第二类永动机并不违反能量守恒，却违背了热力学第二定律，故A、D错，B正确． 答案B5．如图11-3-5所示，一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中________． A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变图11-3-5解析绝热容器a内的稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0.稀薄气体向真空扩散不做功，W＝0.根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变．稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小．故选B、D.答案BD二、热力学定律与气体实验定律的综合问题6．封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图11-3-6所示，该气体的摩尔质量为M，状态A的体积为V0，温度为T0，O、A、D三点在同一直线上，阿伏加德罗常数为NA. (1)由状态A变到状态D过程中 (

)． A．气体从外界吸收热量，内能增加 B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少 C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大 D．气体的密度不变(2)在上述过程中，气体对外做功为5J，内能增加9J，则气体________(填“吸收”或“放出”)热量________J.(3)在状态D，该气体的密度为ρ，体积为2V0，则状态D的温度为多少？该气体的分子数为多少？图11-3-67．在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致．已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2.5atm，温