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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它所做的功的和． (2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W,做功,熱傳遞,3．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 (1)內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變． (2)第一類永動機(jī)：違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動機(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，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，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．對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大 D．對外界做正功，壓強(qiáng)減小,AC,二、熱力學(xué)第二定律 1．常見的兩種表述 (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機(jī)．這類永動機(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,能量守恒定律,熱力學(xué)第二定律,2.對熱力學(xué)第二定律，下列理解正確的是( ) A．自然界進(jìn)行的一切宏觀過程都是可逆的 B．自然界進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，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,考點一 對熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用,考點二 對熱力學(xué)第二定律的理解,考點一 對熱力學(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．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定,外界對物體做功,物體吸收熱量,內(nèi)能增加,物體對外界做功,物體放出熱量,內(nèi)能減少,3.幾種特殊情況 (1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量． (2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量． (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.外界對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，但是從運動形式、能量轉(zhuǎn)化的角度上看是不同的：做功是其他形式的運動和熱運動的轉(zhuǎn)化，是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化；而熱傳遞則是熱運動的轉(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)變化過程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對該氣體做功為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的反向延長線過坐標(biāo)原點O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢能為零．求：,(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1； (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量ΔU2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的過程，氣體發(fā)生等容變化 該氣體對外界做的功W1＝0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU1＝W1＋Q1 內(nèi)能的增量ΔU1＝Q1＝9 J.,(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，體積減小，溫度升高 該氣體內(nèi)能的增量ΔU2＝ΔU1＝9 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU2＝W2＋Q2 從外界吸收的熱量Q2＝ΔU2－W2＝3 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，氣體對外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對氣體做功，W為正． (2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0. (3)由于理想氣體沒有分子勢能，所以當(dāng)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．,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，并對外做功120 J．若 該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做功40 J，則這一 過程中氣體______(填“吸收”或“放出”)熱量________J.,吸收,260,解析：對該理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，由熱力學(xué)第一定律可得：ΔU＝Q－W＝340 J－120 J＝220 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，對外做功40 J，此過程理想氣體的內(nèi)能增加還是220 J，所以可以判定此過程是吸收熱量，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得：ΔU＝Q′－W′，得Q′＝ΔU－W′＝220 J＋40 J＝260 J.,考點二 對熱力學(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．,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(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性． 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程．,3．兩類永動機(jī)的比較,不需要任何動力或燃料,卻能不斷地對外做功的機(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，下列說法正確的是( ) A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對物體做功或向它傳遞熱量 B．對某物體做功，必定會使該物體的內(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)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程,ACE,[解析] 選項A，內(nèi)能的改變可以通過做功或熱傳遞進(jìn)行，故A正確；選項B，對某物體做功，物體的內(nèi)能不一定增加，B錯誤；選項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?，C正確；選項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 誤；選 項 E，涉 及熱 現(xiàn) 象 的 宏 觀 過 程都具有方向性， 故E正確．,2.(2015·廣東汕頭模擬)以下哪個現(xiàn)象不違背熱力學(xué)第二定律( ) A．一杯熱茶在打開蓋后，茶會自動變得更熱 B．沒有漏氣、沒有摩擦的理想熱機(jī)，其效率可能是100% C．桶中渾濁的泥水在靜置一段 時間后，泥 沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離 D．熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 解析：茶不會自發(fā)地變得更熱，選項A錯誤；無 論什 么樣的熱機(jī)，效率永遠(yuǎn)不會達(dá)到100%，選項B錯誤；熱量不 會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項D錯誤．,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“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄．在某次深潛實驗中，“蛟龍”號探測到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，不計活塞的質(zhì)量和摩擦，汽缸所處海平面的溫度T0＝300 K，壓強(qiáng)p0＝1 atm，封閉氣體的體積V0＝3 m3，如果將該汽缸下潛至990 m深處，此過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”)外界對氣體所做的功． [審題點睛] (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]2.8×10－2 m3,放熱,大于,3.(2014·高考新課標(biāo)全國卷Ⅰ)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖所示．下列判斷正確的是( ) A．過程ab中氣體一定吸熱 B．過程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C．過程ca中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱 D．a(chǎn)、b和c三個狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動能最小 E．b和c兩個狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時間內(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B錯誤；過程ca壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能減少，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，放出的熱量一定大于外界對氣體做的功，選項C錯誤；溫度是分子平均動能的標(biāo)志，由p－T圖象可知，a狀態(tài)氣體溫度最低，則平均動能最小，選項D正確；b、c兩狀態(tài)溫度相等，分子平均動能相等，由于壓強(qiáng)不相等，所以單位面積單位時間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同，選項E正確．,