第第3講熱力學(xué)定律與能量守恒講熱力學(xué)定律與能量守恒 基礎(chǔ)梳理 1. 改變物體內(nèi)能的兩種方式： (1) _.(2) _. 2. 絕熱過程：系統(tǒng)不從外界_，也不向外界_. 3. 熱傳遞：熱量從_物體傳到_物體熱傳遞有三種方式：_、_和_. 4. 熱力學(xué)第一定律：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它_與外界對它_公式為U_. 做功做功熱傳遞熱傳遞吸熱吸熱放熱放熱高溫高溫低溫低溫熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)熱對流熱對流熱輻射熱輻射傳遞的熱量傳遞的熱量所做的功的和所做的功的和WQ 5. 熱力學(xué)第二定律的兩種表述： (1) 熱量不能自發(fā)地從_物體傳到_物體 (2) 不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響 6. 能量守恒定律：能量既不會_，也不會_，它只能從一種形式_為其他形式，或者從一個物體_到別的物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變. 低溫低溫高溫高溫憑空產(chǎn)生憑空產(chǎn)生憑空消失憑空消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 7. 兩類永動機 (1) 第一類永動機：不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機器違背_，因此不可能實現(xiàn) (2) 第二類永動機：從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化的機器違背_，因此不可能實現(xiàn)能量守恒定律能量守恒定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 1. 符號規(guī)定對熱力學(xué)第一定律的理解對熱力學(xué)第一定律的理解做功W外界對物體做功W0物體對外界做功W0物體向外界放出熱量Q0物體內(nèi)能減少U0 2. 幾種特殊情況 (1) 若過程是絕熱的，則 Q0，WU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 (2) 若過程中不做功，即 W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 (3) 若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，外界對物體做的功等于物體放出的熱量 3. 判定物體內(nèi)能變化的方法 (1) 當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進行綜合分析 (2) 做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正 (3) 與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q0. (4) 如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化 典題演示1(2016南通一模)如圖所示，一輕活塞將體積為V、溫度為2T0的理想氣體，密封在內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，已知大氣壓強為p0，大氣的溫度為T0，氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為UaT(a為正的常數(shù))在汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢降為T0的過程中，求： (1) 氣體內(nèi)能減少量U. 【答案】 aT0 (2) 氣體放出的熱量Q. 1. 在熱力學(xué)第二定律中，理解“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)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響如吸熱、放熱、做功等對熱力學(xué)第二定律的理解對熱力學(xué)第二定律的理解 2. 熱力學(xué)第二定律的實質(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程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 4. 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)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程 典題演示2關(guān)于永動機和熱力學(xué)定律的討論，下列說法中正確的是() A. 第二類永動機違反能量守恒定律，因此不可能制成 B. 熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 C. 由熱力學(xué)第二定律可以判斷宏觀物理過程能否自發(fā)進行 D. 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的 【解析】 第二類永動機不可能制成，是因它違反了熱力學(xué)第二定律，故A錯誤；由熱力學(xué)第二定律知熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故B錯誤；由熱力學(xué)第二定律可以判斷宏觀物理過程能否自發(fā)進行，故C正確；做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但方式不同，故D正確. CD 氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的處理方法：熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的綜合熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的綜合 典題演示3(2016蘇錫常鎮(zhèn)三模)如圖所示，內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸豎直放置，內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體已知活塞截面積為S，外界大氣壓強為p0、缸內(nèi)氣體溫度為T1.現(xiàn)對汽缸緩慢加熱，使體積由V1增大到V2的過程中，氣體吸收的熱量為Q1，停止加熱并保持體積V2不變，使其降溫到T1.求： (1) 停止加熱時缸內(nèi)的氣體的溫度 (2) 降溫過程中氣體放出的熱量 典題演示4(2016南京最后一卷)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體先從狀態(tài)A經(jīng)等容過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)C.在狀態(tài)C時氣體的體積V3.0103 m3，溫度與狀態(tài)A相同求氣體： (1) 在狀態(tài)B時的體積 【答案】 5103 m3 (2) 在整個過程中放出的熱量 【答案】 600J (2) 由題，A、C兩狀態(tài)溫度，則氣體的內(nèi)能相同，即有U0. AB過程，氣體發(fā)生了等容變化，體積不變，氣體不做功； BC過程，氣體的體積減小，外界對氣體做功為 WpVp(VBVC)600J， 根據(jù)熱力學(xué)第一定律UQW得 QUW0600J600J. 即在整個過程中放出的熱量為600J. 1. (2015南通一模)一定質(zhì)量的理想氣體分別在T1、T2溫度下發(fā)生等溫變化，相應(yīng)的兩條等溫線如圖所示，T2對應(yīng)的圖線上有A、B兩點，表示氣體的兩個狀態(tài)則() A. 溫度為T1時氣體分子的平均動能比T2時大 B. A到B的過程中，氣體內(nèi)能增加 C. A到B的過程中，氣體從外界吸收熱量 D. A到B的過程中，氣體分子單位時間內(nèi)對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少CD 【解析】 由圖象可知T1T2，溫度是分子平均動能的標志，A項錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只取決于溫度，A到B過程溫度不變，氣體內(nèi)能不變，B項錯誤；A到B過程氣體的體積變大，氣體對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知氣體從外界吸收熱量，C項正確；根據(jù)氣體壓強的微觀解釋知，氣體的壓強取決于平均動能和氣體分子單位時間內(nèi)對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)，A到B過程氣體壓強變小，分子平均動能不變，故碰撞次數(shù)肯定減少，D項正確 2. (2016新課標全國卷改編)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O.下列說法中正確的是() A. 氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B. 在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 C. 在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 D. 在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功AD 3. (2016蘇北四市一模)如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體等壓變化的pT圖象從A到B的過程，該氣體內(nèi)能_(填“增大”“減小”或“不變”)、_(填“吸收”或“放出”)熱量 【解析】 一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只取決于溫度，從A到B氣體內(nèi)能增大根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知氣體體積變大，由UWQ得出Q取正值，說明氣體吸收熱量增大增大吸收吸收 4. (2015常州一模)如圖所示，固定在水平地面上的汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸和活塞導(dǎo)熱性能良好，活塞可無摩擦地自由滑動，外界大氣壓恒為p，開始時氣體的體積為V，環(huán)境溫度為300 K. 當環(huán)境升高到350 K時，該氣體的體積為_；此過程中，氣體的內(nèi)能增加了E，則氣體從外界吸收的熱量為_ 5. (2015南通、揚州、泰州三模)如圖所示，內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸水平放置，一定質(zhì)量的理想氣體被封閉在汽缸內(nèi)，外界大氣壓強為p0、溫度為T0.現(xiàn)對汽缸緩慢加熱，體積由V1增大為V2，此過程氣體吸收熱量Q1；然后固定活塞，停止加熱，封閉氣體的溫度逐漸降低至與外界大氣溫度相同求： (1) 剛停止加熱時封閉氣體的溫度T. (2) 停止加熱后，封閉氣體向外傳遞的熱量Q2. 【答案】 Q1p0(V2V1) 6. (2016南通、泰州、揚州、淮安二模)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ABCDA循環(huán)，p1、p2、V1、V2均為已知量. 已知A狀態(tài)的溫度為T0，求： (1) C狀態(tài)的溫度T. (2) 完成一個循環(huán)，氣體與外界交換的熱量Q. 【答案】 (p2p1)(V2V1)