第十四章第3讲热力学定律与能量守恒定律

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第3讲　热力学定律与能量守恒定律

目标要求　1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并能用热力学第一定律解

决相关问题.2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性.3.知道第一类永动机和第二类永动

机不可能实现.

考点一　热力学第一定律

基础回扣

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)表达式中的正、负号法则：

物理量 W Q ΔU

＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加

－物体对外界做功物体放出热量内能减少

3.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其他形式，或者从一个物

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 .

技巧点拨

1.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.

(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.

例1　(2020·山东等级考模拟卷)如图 1所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热

活塞分为体积相等的 a、b两部分.已知 a部分气体为 1 mol 氧气，b部分气体为 2 mol 氧气，

两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各

自再次达到平衡态时，它们的体积分别为 Va、Vb，温度分别为 Ta、Tb.下列说法正确的是(

)

图1

A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，Ta<Tb

C.Va<Vb，Ta<Tb D.Va<Vb，Ta>Tb

答案　D

解析　解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，由于 b部分压强大，故解除锁定后活

塞左移，则平衡时 Va<Vb，pa＝pb.根据热力学第一定律，活塞左移过程中，a气体被压缩，

内能增大，温度升高；b气体对外做功，内能减小，温度降低，则平衡时 Ta>Tb，D正确.

1.(改变内能的两种方式)(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)

A.气体吸热后温度一定升高

B.对气体做功可以改变其内能

C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

答案　BD

2.(热力学第一定律的计算)如图 2是密闭的汽缸，外力推动活塞 P压缩理想气体，对缸内气

体做功 200 J，同时气体向外界放热 100 J，缸内气体的(　　)

图2

A.温度升高，内能增加 100 J

B.温度升高，内能减少 200 J

C.温度降低，内能增加 100 J

D.温度降低，内能减少 200 J

答案　A

解析　外界对气体做功，W＝200 J；气体向外界放热，则 Q＝－100 J，根据热力学第一定

律得，气体内能的增量 ΔU＝W＋Q＝200 J－100 J＝100 J，即内能增加 100 J.对于一定质量

的理想气体，内能增加，温度必然升高，故 A正确.

3.(热力学第一定律)(2020·天津卷·5)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示

意图如图 3.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门 M打

开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　)

图3

A.压强变大 B.对外界做功

C.对外界放热 D.分子平均动能变大

答案　B

解析　储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由 pV＝C可知，压强

变小，故 A错误；气体体积增大，对外界做功，故 B正确；由于一定质量的某种理想气体

的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即 ΔU＝0，由于气体对外界做功，即

W<0，由热力学第一定律 ΔU＝W＋Q可知，Q>0，因此气体从外界吸热，故 C错误；温度

不变，分子平均动能不变，故 D错误.

考点二　热力学第二定律

基础回扣

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.或表述

为“第二类永动机是不可能制成的”.

2.热力学第二定律的微观意义

一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行.

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 .

技巧点拨

1.热力学第二定律的含义

(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助.

(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不

产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等.在产生其他影响的条件下内能可以全部转

化为机械能，如气体的等温膨胀过程.

2.热力学第二定律的实质

热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认

识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.

3.热力学过程的方向性实例

(1)高温物体低温物体.

(2)功热.

(3)气体体积 V1气体体积 V2(较大).

4.(对热力学第二定律的理解)(多选)下列说法中正确的是(　　)

A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等

B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，

迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上.其原因是火罐内的气体

体积不变时，温度降低，压强减小

C.空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向

D.自发的热传递过程是向着分子热运动无序度增大的方向进行的

答案　BCD

5.(热力学第一定律与热力学第二定律的比较)(多选)(2020·江西南昌市模拟)下列说法正确的

是(　　)

A.第一类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第一定律

B.能量耗散过程中能量不守恒

C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律

D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

答案　AD

解析　第一类永动机不消耗能量却源源不断对外做功，违背了热力学第一定律，所以不可能

制成，A正确；能量耗散过程中能量仍守恒，B错误；电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱

内的热量传到外界，是压缩机做功的结果，不违背热力学第二定律，C错误；能量耗散说明

宏观热现象的发生具有方向性，D正确.

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摘要：

第3讲　热力学定律与能量守恒定律目标要求　1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并能用热力学第一定律解决相关问题.2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性.3.知道第一类永动机和第二类永动机不可能实现.考点一　热力学第一定律基础回扣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)表达式中的正、负号法则：物理量WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少3.能量守恒定律(1)内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消...

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