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第52课时 热力学定律 能量守恒定律
考点1 热力学第一定律
1．热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能增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。 2．热力学第一定律符号意义
3．能的转化和守恒定律
(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另一种形式，或者从一个物体不变。
11不可能制成(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机。它是□的。
[例1] 一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)气体的内能怎样发生变化？变化了多少？
(2)如果气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
解析 (1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J。
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J。
答案 (1)增加' 160 J'(2)外界对气体做功'80 J
10总量保持转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的□
(1)要弄清各量的正负号含义，一定要准确掌握热力学第一定律的符号法则。
(2)考虑问题要全面，做功和热传递都能改变物体的内能，忽视任一方式都会造成错解。
1．(多选)一定质量的理想气体，当发生如下哪些状态变化时，能放出热量( ) A．体积不变，压强减小 B．压强不变，体积减小 C．温度不变，体积减小 D．温度不变，压强减小 答案 ABC
解析 根据＝C可知，体积不变，压强减小，则温度降低，内能减小，即W＝0、ΔU<0，根据ΔU＝W＋Q可知Q<0，则气体放热，A正确；同理压强不变，体积减小，则温度降低，内能减小，即W>0、ΔU＝0，根据ΔU＝W＋Q可知Q<0，气体放热，B正确；温度不变，体积减小，即ΔU＝0、W>0，则Q<0，气体放热，C正确；温度不变，压强减小，则体积变大，即ΔU＝0，W<0，则Q>0，气体吸热，D错误。
2．(粤教版选修3－3 P73·T3)在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会( )
A．降低 B．不变 C．升高 D．无法判断 答案 C
解析 电冰箱工作时，将部分电能转化为热能散发到房间内，所以房间内温度升高，C正确。
3．(多选)夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是( )
A．气体的内能减少 B．气体的内能不变
C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低 D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了 E．气体分子的平均动能减小 答案 ACE
解析 气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，即Q＝0、W<0，根据ΔU＝W＋Q可知ΔU<0，即内能减少，温度降低，气体分子的平均动能减小，A、C、E正确。
考点2 热力学第二定律的理解与应用
1．热力学第二定律的三种表述 (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：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。或表述为“第二类永动机不可能制成”。
(3)用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(热力学第二定律又叫做熵增加原理)。
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性增大的方向进行。
pVT
1．(2017·南昌模拟)(多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( ) A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 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 E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 答案 ADE
解析 第一类永动机违背能量守恒定律，A正确；能量耗散过程中能量也是守恒的，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，因为它消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，C错误；能量耗散反映了能量转化的方向性，D正确；在产生了其他影响的情况下，物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功，E正确。
2．(人教版选修3－3 P61·T2改编)(多选)下列现象中能够发生的是( ) A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 答案 CD
解析 A、B违背热力学第二定律，故不能发生，A、B错误；泥水分离是由于重力作用，能够发生，C正确；选项D可以通过消耗电能的方式实现，故能发生，D正确。
考点3 热力学定律与气体实验定律的综合
解答此类问题基本流程
[例2]
如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。已知外界大气压强为p0，活塞的横截面积为S、质量为m＝
p0S，活塞与容器底部相距h，此时4g封闭气体的温度为T0。现在活塞上放置一质量与活塞质量相等的物块，再次平衡后活塞与容9
器底部相距h，接下来通过电热丝缓慢加热气体，气体吸收热量Q时，活塞再次回到原初
10始位置。重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦。求：
(1)活塞上放置物块再次平衡后，气体的温度； (2)加热过程中气体的内能增加量。 解析 (1)由平衡条件可知
mg5
初状态：p1＝p0＋＝p0，T1＝T0，V1＝Sh，
S4
2mg39
末状态：p2＝p0＋＝p0，V2＝Sh，
S210由理想气体状态方程得：
p1V1p2V227
＝，解得T＝T0。 T0T25
(2)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，式中
h3p0hSW＝－(2mg＋p0S)＝－，
10
20
3p0hS解得ΔU＝Q＋W＝Q－。
20273p0hS答案 (1)T0 (2)Q－
2520
一定量的理想气体发生变化，一般有绝热过程(Q＝0)、无功过程(W＝0)、一般过程(Q、
W均不为零)。
(1)做功情况看体积
体积V减小→外界对气体做功→W＝pΔV>0； 体积V增大→气体对外界做功→W＝pΔV<0； 自由膨胀→W＝0