第三節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒,第十一章 熱 學(xué),一、熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律 1改變物體內(nèi)能的兩種方式 (1)_；(2)_ 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)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和 (2)表達(dá)式：UQW,做功,熱傳遞,3能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 (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)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變 (2)第一類永動(dòng)機(jī)：違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī)它是不可能制成的,1. (2014·高考廣東卷)用密封性好、充 滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，則袋內(nèi)氣體( ) A體積減小，內(nèi)能增大 B體積減小，壓強(qiáng)減小 C對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大 D對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小,AC,二、熱力學(xué)第二定律 1常見(jiàn)的兩種表述 (1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從_物體傳到 _物體 (2)開(kāi)爾文表述：不可能從_吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響 2第二類永動(dòng)機(jī)：違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動(dòng)機(jī)這類永動(dòng)機(jī)不違背_，但它違背了_，也是不可能制成的,低溫,高溫,單一熱庫(kù),能量守恒定律,熱力學(xué)第二定律,2.對(duì)熱力學(xué)第二定律，下列理解正確的是( ) A自然界進(jìn)行的一切宏觀過(guò)程都是可逆的 B自然界進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，是不可逆的 C熱量不可能由低溫物體傳遞到高溫物體 D由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的,BD,考點(diǎn)一 對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用,考點(diǎn)二 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解,考點(diǎn)一 對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用 1熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系 2對(duì)公式UQW符號(hào)的規(guī)定,外界對(duì)物體做功,物體吸收熱量,內(nèi)能增加,物體對(duì)外界做功,物體放出熱量,內(nèi)能減少,3.幾種特殊情況 (1)若過(guò)程是絕熱的，則Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量 (2)若過(guò)程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量 (3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ.外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量,特別提醒：(1)做功與熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是相同的，但是從運(yùn)動(dòng)形式、能量轉(zhuǎn)化的角度上看是不同的：做功是其他形式的運(yùn)動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化；而熱傳遞則是熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)移，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 (2)氣體向真空中膨脹不做功,在如圖所示的坐標(biāo)系中，一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過(guò)程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對(duì)該氣體做功為6 J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為9 J圖線AC的反向延長(zhǎng)線過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢(shì)能為零求：,(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程，該氣體對(duì)外界做的功W1和其內(nèi)能的增量U1； (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程，該氣體內(nèi)能的增量U2及其從外界吸收的熱量Q2. 解析 (1)由題意知從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程，氣體發(fā)生等容變化 該氣體對(duì)外界做的功W10 根據(jù)熱力學(xué)第一定律U1W1Q1 內(nèi)能的增量U1Q19 J.,(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程，體積減小，溫度升高 該氣體內(nèi)能的增量U2U19 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有U2W2Q2 從外界吸收的熱量Q2U2W23 J. 答案 (1)0 9 J (2)9 J 3 J,總結(jié)提升 (1)做功看體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正 (2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q0. (3)由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要 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,1.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài) a沿abc變化到狀態(tài)c，吸收了340 J的熱量，并對(duì)外做功120 J若 該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時(shí)，對(duì)外做功40 J，則這一 過(guò)程中氣體_(填“吸收”或“放出”)熱量_J.,吸收,260,解析：對(duì)該理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，由熱力學(xué)第一定律可得：UQW340 J120 J220 J，即從a狀態(tài)到c狀態(tài)，理想氣體的內(nèi)能增加了220 J；若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時(shí)，對(duì)外做功40 J，此過(guò)程理想氣體的內(nèi)能增加還是220 J，所以可以判定此過(guò)程是吸收熱量，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得：UQW，得QUW220 J40 J260 J.,考點(diǎn)二 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解 1在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義 (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的幫助 (2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(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，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程,3兩類永動(dòng)機(jī)的比較,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,從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器,違背能量守恒定律,不可能制成,不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成,關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是( ) A為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量 B對(duì)某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加 C可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?D不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體 E功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程,ACE,解析 選項(xiàng)A，內(nèi)能的改變可以通過(guò)做功或熱傳遞進(jìn)行，故A正確；選項(xiàng)B，對(duì)某物體做功，物體的內(nèi)能不一定增加，B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C，在引起其他變化的情 況下，可以從單一熱源吸收熱量，將其全部變?yōu)楣Γ珻正確；選項(xiàng)D，在引起其他變化的情況下，可以使熱量從低溫物體傳向高溫物體，D錯(cuò) 誤；選 項(xiàng) E，涉 及熱 現(xiàn) 象 的 宏 觀 過(guò) 程都具有方向性， 故E正確,2.(2015·廣東汕頭模擬)以下哪個(gè)現(xiàn)象不違背熱力學(xué)第二定律( ) A一杯熱茶在打開(kāi)蓋后，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱 B沒(méi)有漏氣、沒(méi)有摩擦的理想熱機(jī)，其效率可能是100% C桶中渾濁的泥水在靜置一段 時(shí)間后，泥 沙下沉，上面的水變清，泥、水自動(dòng)分離 D熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 解析：茶不會(huì)自發(fā)地變得更熱，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；無(wú) 論什 么樣的熱機(jī)，效率永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到100%，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱量不 會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項(xiàng)D錯(cuò)誤,C,方法技巧氣態(tài)方程與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用,(2013·高考山東卷)我國(guó)“蛟龍”號(hào)深海探測(cè)船載人下潛超過(guò)七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號(hào)探測(cè)到990 m深處的海水溫度為280 K某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來(lái)研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化如圖所示，導(dǎo)熱良好的汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，汽缸所處海平面的溫度T0300 K，壓強(qiáng)p01 atm，封閉氣體的體積V03 m3，如果將該汽缸下潛至990 m深處，此過(guò)程中封閉氣體可視為理想氣體,(1)求990 m深處封閉氣體的體積(1 atm相當(dāng)于10 m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)) (2)下潛過(guò)程中封閉氣體_(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量_(填“大于”或“小于”)外界對(duì)氣體所做的功 審題點(diǎn)睛 (1)分析封閉氣體的初、末狀態(tài)，明確氣體狀態(tài)變化遵守的規(guī)律，選用公式列方程求解 (2)根據(jù)溫度變化確定內(nèi)能的變化情況，根據(jù)體積的變化，確定做功情況，由熱力學(xué)第一定律確定吸、放熱情況及與做功的關(guān)系,答案2.8×102 m3,放熱,大于,3.(2014·高考新課標(biāo)全國(guó)卷)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示下列判斷正確的是( ) A過(guò)程ab中氣體一定吸熱 B過(guò)程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 Da、b和c三個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小 Eb和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,ADE,由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定吸收熱量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；過(guò)程ca壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能減少，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，放出的熱量一定大于外界對(duì)氣體做的功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，由pT圖象可知，a狀態(tài)氣體溫度最低，則平均動(dòng)能最小，選項(xiàng)D正確；b、c兩狀態(tài)溫度相等，分子平均動(dòng)能相等，由于壓強(qiáng)不相等，所以單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同，選項(xiàng)E正確,