第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律

6/6第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律考點(diǎn)一熱力學(xué)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(xué)第一定律（1）內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的與外界對(duì)它所做的功的。（2）表達(dá)式：ΔU＝。（3）ΔU＝中正、負(fù)號(hào)法則物理量意義符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體熱量?jī)?nèi)能－物體對(duì)外界做功物體熱量?jī)?nèi)能3.能量守恒定律（1）內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體到別的物體，在轉(zhuǎn)化或的過(guò)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(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了。?判斷小題1.做功和熱傳遞的實(shí)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(shí)，發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰帷＃ǎ?.熱力學(xué)第一定律的理解（1）內(nèi)能的變化常用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行分析。（2）做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外界做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正。（3）與外界絕熱，則不發(fā)生傳熱，此時(shí)Q＝0。（4）如果研究對(duì)象是理想氣體，因理想氣體忽略分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，體現(xiàn)在分子動(dòng)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(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界（物體）對(duì)物體（外界）做的功等于物體內(nèi)能的增加（減少）；（2）若過(guò)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(guò)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(duì)物體（外界）做的功等于物體放出（吸收）的熱量。1.【熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用】（2024·九省聯(lián)考吉林）某同學(xué)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(shí)瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧，則（）A.擠壓水瓶過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小 B.擠壓水瓶過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能不變C.瓶蓋被頂飛過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體對(duì)外做功 D.瓶蓋被頂飛過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體溫度升高2.【能量守恒定律與熱力學(xué)第一定律的綜合】（多選）下列有關(guān)物體內(nèi)能改變的說(shuō)法中，正確的是（）A.外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能一定增加 B.外界對(duì)物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能一定增加C.物體對(duì)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(diǎn)二熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)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(kāi)爾文表述：不可能從熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的性增大的方向進(jìn)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(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變成機(jī)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(xué)第二定律的理解（1）“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。2.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。3.兩類永動(dòng)機(jī)的比較分類第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)初衷不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)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(xué)第二定律1.【熱力學(xué)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(jī)工作時(shí)，強(qiáng)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(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)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?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律D.電冰箱除了將熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)外，工作過(guò)程中所產(chǎn)生的其他一切影響，無(wú)論用任何辦法都不可能加以消除2.【兩類永動(dòng)機(jī)的比較】關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說(shuō)法正確的是（）A.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C.由熱力學(xué)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(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能D.由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱庫(kù)吸收熱量，完全變成功是可能的考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)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(guān)系可由熱力學(xué)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(duì)外界做功；氣體被壓縮，外界對(duì)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(xué)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(gè)過(guò)程中氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體所做的功。熱力學(xué)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(guò)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(shí)的溫度為T＝300K。下列說(shuō)法正確的是（）A.氣體在狀態(tài)C時(shí)的溫度TC＝375KB.從A到C過(guò)程外界對(duì)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(dòng)能不變D.若從D到A過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為250J，則從A→B→C→D→A（一次循環(huán)）過(guò)程中氣體吸收的熱量為250J聽(tīng)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(guò)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(guò)程中吸收熱量C.該循環(huán)過(guò)程中氣體對(duì)外做負(fù)功 D.該循環(huán)過(guò)程中氣體放出熱量聽(tīng)課記錄熱力學(xué)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(yù)測(cè)）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(guò)程，其壓強(qiáng)p和溫度T的關(guān)系如圖所示，根據(jù)p-T圖像，下列說(shuō)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(guò)程，氣體從外界吸熱 D.b→c的過(guò)程，氣體的分子數(shù)密度增大聽(tīng)課記錄熱力學(xué)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(kāi)始，經(jīng)歷一系列過(guò)程到達(dá)狀態(tài)d，已知V3－V2＞V2－V1，對(duì)于此氣體，下列說(shuō)法正確的是（）A.從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過(guò)程中氣體向外界放出了熱量B.狀態(tài)c的壓強(qiáng)大于狀態(tài)a的壓強(qiáng)C.從狀態(tài)b到狀態(tài)c的過(guò)程中在單位時(shí)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(guò)程中氣體對(duì)外界做的功小于從狀態(tài)c到狀態(tài)d的過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功聽(tīng)課記錄考點(diǎn)四熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用求解氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律的綜合問(wèn)題的一般思路【例5】（多選）（2023·新課標(biāo)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(méi)有摩擦。初始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等?，F(xiàn)通過(guò)電阻絲對(duì)f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達(dá)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(qiáng)相等聽(tīng)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(qiáng)為1×105Pa。經(jīng)等容過(guò)程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K，若經(jīng)等壓過(guò)程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K。下列說(shuō)法正