第3讲　热力学定律与能量守恒定律

6/6第3讲热力学定律与能量守恒定律考点一热力学第一定律能量守恒定律1.改变物体内能的两种方式：和传热。2.热力学第一定律（1）内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的与外界对它所做的功的。（2）表达式：ΔU＝。（3）ΔU＝中正、负号法则物理量意义符号WQΔU＋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，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体到别的物体，在转化或的过程中，能量的总量保持不变。（2）条件性能量守恒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。（3）第一类永动机是不可能制成的，它违背了。▢判断小题1.做功和热传递的实质是相同的。（）2.外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变。（）3.给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。（）1.热力学第一定律的理解（1）内能的变化常用热力学第一定律进行分析。（2）做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外界做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。（3）与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0。（4）如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，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。2.三种特殊情况（1）若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界（物体）对物体（外界）做的功等于物体内能的增加（减少）；（2）若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收（放出）的热量等于物体内能的增加（减少）；（3）若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界（物体）对物体（外界）做的功等于物体放出（吸收）的热量。1.【热力学第一定律的应用】（2024·九省联考吉林）某同学取一装有少量水的塑料矿泉水瓶，旋紧瓶盖，双手快速拧搓挤压水瓶。然后迅速拧松瓶盖，瓶盖被顶飞的同时瓶内出现白雾，则（）A.挤压水瓶过程中，瓶内气体分子的平均动能减小 B.挤压水瓶过程中，瓶内气体内能不变C.瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体对外做功 D.瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体温度升高2.【能量守恒定律与热力学第一定律的综合】（多选）下列有关物体内能改变的说法中，正确的是（）A.外界对物体做功，物体的内能一定增加 B.外界对物体传递热量，物体的内能一定增加C.物体对外界做功，物体的内能可能增加 D.物体向外界放热，物体的内能可能增加考点二热力学第二定律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：不可能从热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。2.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性增大的方向进行。▢判断小题1.可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。（）2.热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化。（）3.热量不可能从低温物体传给高温物体。（）1.热力学第二定律的理解（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。（2）“不产生其他影响”的含义是指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热力学第二定律的每一种表述，都揭示了一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。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初衷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库吸收热量，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定律不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律1.【热力学第二定律的理解】（多选）如图所示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。下列说法正确的是（）A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.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C.电冰箱的工作原理违背热力学第一定律D.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除2.【两类永动机的比较】关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（）A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第二定律可知从单一热库吸收热量，完全变成功是可能的考点三热力学第一定律与图像的综合应用1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程pVT＝C2.气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析。（1）由体积变化分析气体做功的情况。体积膨胀，气体对外界做功；气体被压缩，外界对气体做功。（2）由温度变化判断理想气体内能变化。温度升高，理想气体内能增大；温度降低，理想气体内能减小。（3）由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。（4）在p-V图像中，图像与横轴所围面积表示整个过程中气体对外界或外界对气体所做的功。热力学第一定律与p-V1V【例1】（多选）一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p-V图线描述，其中DA为等温线，气体在状态A时的温度为T＝300K。下列说法正确的是（）A.气体在状态C时的温度TC＝375KB.从A到C过程外界对气体做了600J的功C.从状态D变化到状态A，单位体积内的气体分子数减小，气体分子的平均动能不变D.若从D到A过程中外界对气体做功为250J，则从A→B→C→D→A（一次循环）过程中气体吸收的热量为250J听课记录【例2】（2024·江苏徐州统考模拟）一定质量的理想气体，由状态a经a→b、b→c和c→a回到状态a，其循环过程的p-1V图像如图所示，Ta、Tb、Tc分别表示气体在状态a、b、c的温度，则（A.Ta＝Tb＞Tc B.气体在b→c过程中吸收热量C.该循环过程中气体对外做负功 D.该循环过程中气体放出热量听课记录热力学第一定律与P-T图像的综合【例3】（多选）（2024·河北校联考模拟预测）一定质量的理想气体，状态变化依次经历a→b，再经历b→c的过程，其压强p和温度T的关系如图所示，根据p-T图像，下列说法正确的是（）A.状态a的体积小于状态c的体积 B.状态a的内能大于状态c的内能C.a→b的过程，气体从外界吸热 D.b→c的过程，气体的分子数密度增大听课记录热力学第一定律与V-T图像的综合【例4】（多选）如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历一系列过程到达状态d，已知V3－V2＞V2－V1，对于此气体，下列说法正确的是（）A.从状态a到状态b的过程中气体向外界放出了热量B.状态c的压强大于状态a的压强C.从状态b到状态c的过程中在单位时间内与单位面积容器壁撞击的分子数变多D.从状态a到状态b的过程中气体对外界做的功小于从状态c到状态d的过程中气体对外界做的功听课记录考点四热力学第一定律与气体实验定律的综合应用求解气体实验定律与热力学定律的综合问题的一般思路【例5】（多选）（2023·新课标卷21题）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（）

A.h中的气体内能增加 B.f与g中的气体温度相等C.f与h中的气体温度相等 D.f与h中的气体压强相等听课记录【例6】（多选）（2023·山东高考9题）一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为1×105Pa。经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K，若经等压过程，需要吸收600J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正