第十五章　第82课时　热力学定律与能量守恒定律.docx

第82课时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，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.知道热力学第一定律和气体实验定律的结合点，能综合应用解决相关问题。

考点一热力学定律

1.改变物体内能的两种方式

(1)做功；(2)传热。

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：

符号

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

(4)解题时特殊字眼“翻译”：

①绝热：没有传热(Q＝0)；

②等容：体积不变，不做功(W＝0)；

③膨胀：体积变大，物体对外界做功(W0)；

④等温：分子平均动能不变，理想气体内能不变(理想气体ΔU＝0)；

⑤等压，体积变化ΔV：外界对物体做的功W＝－pΔV。

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)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。

1.如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。已知A内有一定量的稀薄气体，B内为真空。抽开隔板K后，A内气体进入B，最终达到平衡状态。此过程中气体内能如何变化？

答案不变。因为A中气体膨胀过程中不做功，即W＝0，绝热Q＝0，故内能不发生变化。

2.如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。则Q1和Q2哪个大些？

答案Q2大些

解析把活塞和汽缸固定，使空气升温，属于等容升温过程，W＝0，空气内能的变化等于吸收的热量Q1，即ΔU＝Q1。如果让活塞可以自由滑动，汽缸内空气做等压升温变化，气体体积增加，气体对外界做功，W0，由热力学第一定律知ΔU＝Q2＋W，由于空气升高相同的温度，两种情况中内能增量相同，则Q2＝ΔU－WQ1(W0)。

4.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”。

(3)说明：

①“自发地”指明了传热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。

5.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。

(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)不同气体A和B混合气体AB。

6.两类永动机的比较

第一类永动机

第二类永动机

设计要求

不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器

从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器

不可能制成的原因

违背能量守恒定律

不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律

1.可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。(√)

2.热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化。(×)

3.热量不可能从低温物体传给高温物体。(×)

例1(多选)(2025·山东烟台市开学考)下列说法正确的是()

A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律

B.自发的热传导是不可逆的

C.可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响

D.气体向真空膨胀具有方向性

答案BD

解析有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A错误；由热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；气体可自发地向真空膨胀，具有方向性，D正确。

例2如图是小魔术“浮沉子”的模型，在密封的矿泉水瓶中，一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气，可看作理想气体。现用手挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开矿泉水瓶后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中小瓶内气体温度保持不变，则上浮过程中小瓶内气体()

A.体积不变，内能不变

B.体积不变，压强不变

C.对外界做正功，并放出热量

D.体积增大，对外界做正功

答案D

解析