第3讲 热力学定律与能量守恒定律

第3讲热力学定律、能量守恒知识巩固练1.(2023年湛江二模)一同学在室内空调显示屏上看到室内的空气温度，为了测出室外的空气温度，他将一近似球形的气球在室内吹大并放置较长一段时间后，测量其直径为L1之后拿到室外并放置较长一段时间后，测量其直径为L2，L2＞L1若不考虑气球表皮的弹力变化，且气球吹大后视为球体，大气压不变，室内、外的温度均保持不变，则()A.气球内气体对外界做负功B.气球内气体对外界不做功C.室外温度比室内温度高D.气球在室外放出了热量【答案】C【解析】气球直径变大，说明气体体积变大，说明气体对外界做功，A、B错误；根据V1T1=V2T2，可知体积变大，温度升高，所以室外温度比室内温度高，C正确；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知温度升高，气体内能增大；体积变大，气体对外界做功，所以气体从外界吸收热量，D错误.2.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成.开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示.在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A.对外做正功，分子的平均动能减小B.对外做正功，内能增大C.对外做负功，分子的平均动能增大D.对外做负功，内能减小【答案】A3.(2023年北京东城一模)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经过两个状态变化过程，先后到达状态b和状态c.下列说法正确的是()A.从a 到b 的过程中，气体从外界吸热B.从a 到b 的过程中，气体的内能增加C.从b 到c 的过程中，气体的压强减小D.从b 到c 的过程中，气体对外界做功【答案】C 【解析】从a 到b 的过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功.ΔU =0，W ＞0，由热力学第一定律ΔU =W +Q ，得Q ＜0，气体向外界放热，A 、B 错误；从b 到c 的过程中，体积不变，气体对外界不做功.从b 到c 的过程中，温度降低，体积不变，由查理定律得，气体的压强减小，C 正确，D 错误.综合提升练4.(2022年辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b ，其体积V 和热力学温度T 变化图像如图所示，此过程中该系统 ( )A.对外界做正功B.压强保持不变C.向外界放热D.内能减少【答案】A 【解析】理想气体从状态a 变化到状态b ，体积增大，理想气体对外界做正功，A 正确；由题图V -T 图像可知V =V 0+kT ，根据理想气体的状态方程有pV T =C ，联立有p =Ck +V 0T ，可看出T 增大，p 增大，B 错误；理想气体从状态a 变化到状态b ，温度升高，内能增大，D 错误；理想气体从状态a 变化到状态b ，A 、D 可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，C 错误.5.(2022年河北卷)如图，绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后，容器中气球外部气体的压强将________(填“增大”“减小”或“不变”)；温度将________(填“升高”“降低”或“不变”).【答案】增大 升高 【解析】假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变，当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，容器中气球外部气体的压强将增大.当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，原来气球外部气体绝热压缩，与外界无热交换，即Q =0，外界对气体做功，即W ＞0，根据绝热情况下的热力学第一定律ΔU =W ，可知气体内能增加，温度T 升高.6.如图所示是某种家庭便携式喷雾消毒桶及其原理图，内部可用容积为2 L ，工作人员装入稀释过的1.2 L 药液后旋紧壶盖，关闭喷水阀门，拉动压柄打气，每次打入压强为1 atm ，体积为0.1 L 的气体，此时大气压强为1 atm ，当壶内压强增大到2 atm 时，开始打开喷阀消杀，假设壶内温度保持不变，若不计管内液体体积.下列说法正确的是 ( )A.工作人员共打气9次B.打开阀门，当壶内不再喷出消毒液时，壶内剩余消毒液的体积为0.4 LC.打开阀门，当壶内不再喷出消毒液时，壶内剩余消毒液的体积为0.1 LD.消毒液喷出过程，气体对外做功，对外做功大于从外界吸收热量【答案】B【解析】设工作人员共打气n次，根据玻意耳定律有1 atm×(2 L-1.2 L)+n·1 atm×0.1 L=2 atm×(2 L-1.2 L)，解得n=8，故A错误；打开阀门后，根据玻意耳定律有2 atm×(2 L-1.2 L)=1 atm×V气，解得V气=1.6 L，壶内不再喷出消毒液时，壶内气体的体积为1.6 L，则壶内剩余消毒液的体积为0.4 L，B正确，C错误；由于壶内温度保持不变，则壶内气体的内能不变，则根据热力学第一定律ΔU=Q+W，可知气体对外做的功等于从外界吸收的热量，D错误.。

热力学中的能量守恒与热力学定律一、能量守恒定律1.定义：能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总值保持不变。

（1）能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。

（2）在转化或转移的过程中，能量的总值保持不变。

（3）能量的转化和转移具有方向性，如热能自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体。

二、热力学定律1.热力学第一定律（1）定义：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的具体体现，指出在任何热力学过程中，一个系统的内能变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量的和。

（2）公式：ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统做的功。

2.热力学第二定律（1）定义：热力学第二定律是关于热力学过程方向性的一条定律，指出在自然过程中，一个系统的总熵（无序度）不会自发地减少，即自然过程总是朝着熵增加的方向进行。

（2）内容：① 熵增原理：在自然过程中，孤立系统的熵总是增加，或至少保持不变。

② 熵减原理：在一个热力学过程中，熵的减少必须通过外界输入能量来实现，并且熵的减少量不能大于外界输入的能量。

③ 可逆过程与不可逆过程：可逆过程是指系统在经历一系列变化后，可以完全恢复到初始状态的过程，其熵变为零；而不可逆过程则是指系统在经历一系列变化后，不能完全恢复到初始状态的过程，其熵变大于零。

3.热力学第三定律（1）定义：热力学第三定律是关于绝对零度的定律，指出在接近绝对零度时，熵趋向于一个常数，这个常数称为零熵。

（2）内容：① 绝对零度不可达到：根据热力学第三定律，绝对零度是一个理论上的极限，实际上无法达到。

② 熵的度量：熵是一个衡量系统无序度的物理量，热力学第三定律表明，在接近绝对零度时，系统的无序度趋于最小，即熵趋于零。

第三讲热力学定律与能量守恒定律➢知识梳理一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功。

(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变化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＝Q＋W。

(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：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，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

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。

3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。

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：热量不能自发地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，而不产生其他影响。

2．能量耗散：分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它只不过能使地球大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。

3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。

考点一、热力学第一定律1．对热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。

(2)做功情况看气体的体积：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。

(气体向真空自发扩散过程中，气体对外界不做功)(3)与外界绝热，则不发生热传递，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，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。

2．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。

(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。

(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。

第3节热力学定律与能量守恒一、热力学第一定律1。

改变物体内能的两种方式(1）做功:将其他形式的能转化为内能。

(2)热传递：物体间内能的转移。

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热量与外界对它所做的功的和.（2)表达式：ΔU=Q+W。

二、热力学第二定律及微观意义1。

热力学第二定律的两种表述（1)克劳修斯表述:不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。

(2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。

或表述为“第二类永动机不可能制成.”三、能量守恒定律和两类永动机1。

能量守恒定律能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体,而能量的总值保持不变.2.两类永动机（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.违背能量守恒定律,因此不可能实现.（2)第二类永动机：从单一热源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.违背热力学第二定律，不可能实现。

1。

思考判断(1)做功和热传递的实质是相同的.（×）（2）外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能减少.（√)（3）在给自行车打气时,会发现打气筒的温度升高,这是因为外界对气体做功.(√)(4)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。

（×)(5)电冰箱将热量从低温物体向高温物体传递过程违背了热力学第二定律。

(×)(6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失.(×) 2。

一定质量的理想气体在某一过程中,外界对气体做功7。

0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程(B)A.气体从外界吸收热量2。

0×105 JB。

气体向外界放出热量2.0×105 JC。

气体从外界吸收热量6。

0×104 JD。

气体向外界放出热量6.0×104 J解析:由热力学第一定律ΔU=Q+W得Q=ΔU—W=-1。

3.23.3热力学第一定律能量守恒定律知识点一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的．2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定2.(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功．(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量．(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)．3．判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化．①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0.4．应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况．知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，则Q ＝ΔU －W ，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程知识点三、能量守恒定律1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU ＝W ＋Q 知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．[例题1] （多选）（2023秋•密山市期末）某同学用喝完的饮料罐，制作一个简易气温计。