PAGE6-第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律學(xué)問點(diǎn)一|熱力學(xué)第肯定律1．變更物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞。2．熱力學(xué)第肯定律(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。3．ΔU＝W＋Q中正、負(fù)號法則物理量WQΔU＋外界對物體做功物體汲取熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能削減eq\o([推斷正誤])(1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的。 (×)(2)外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能可能不變。 (√)(3)給自行車打氣時，發(fā)覺打氣筒的溫度上升，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰帷?(×)eq考法1對熱力學(xué)第肯定律的理解1.(多選)(2024·全國卷Ⅱ)如圖所示，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有志向氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開，氣體會自發(fā)擴(kuò)散至整個汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是()A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)擴(kuò)散過程中，氣體對外界做功D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功E．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變ABD[氣體向真空膨脹時不受阻礙，氣體不對外做功，由于汽缸是絕熱的，沒有熱交換，所以氣體擴(kuò)散后內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確。氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，且沒有熱交換，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律，氣體的內(nèi)能增大，選項(xiàng)B、D正確。氣體在真空中自發(fā)擴(kuò)散的過程中氣體不對外做功，選項(xiàng)C錯誤。氣體在壓縮過程中，內(nèi)能增大，由于肯定質(zhì)量的志向氣體的內(nèi)能完全由溫度確定，溫度越高，內(nèi)能越大，氣體分子的平均動能越大，選項(xiàng)E錯誤。]2.(多選)(2024·全國卷Ⅲ)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能肯定相同B．氣體溫度不變，整體運(yùn)動速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時，內(nèi)能可能不變D．肯定量的某種志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E．肯定量的某種志向氣體在等壓膨脹過程中，內(nèi)能肯定增加CDE[氣體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積確定，質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能可能不同，說法A錯誤。內(nèi)能與物體的運(yùn)動速度無關(guān)，說法B錯誤。氣體被壓縮時，同時對外傳熱，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律知內(nèi)能可能不變，說法C正確。肯定量的某種志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，說法D正確。依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程，肯定量的某種志向氣體在壓強(qiáng)不變的狀況下，體積變大，則溫度肯定上升，內(nèi)能肯定增加，說法E正確。][考法指導(dǎo)]1．熱力學(xué)第肯定律的理解不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式變更內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變更量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。2．幾種特別狀況(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，物體汲取的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。(3)若過程的初、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。(4)氣體向真空中自由膨脹時不做功。eq考法2熱力學(xué)第肯定律與氣體試驗(yàn)定律的綜合3.(多選)(2024·全國卷Ⅰ)如圖，肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a起先，經(jīng)驗(yàn)過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e。對此氣體，下列說法正確的是()A．過程①中氣體的壓強(qiáng)漸漸減小B．過程②中氣體對外界做正功C．過程④中氣體從外界汲取了熱量D．狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等E．狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小BDE[由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，pb>pa，即過程①中氣體的壓強(qiáng)漸漸增大，選項(xiàng)A錯誤；由于過程②中氣體體積增大，所以過程②中氣體對外做功，選項(xiàng)B正確；過程④中氣體體積不變，氣體對外做功為零，溫度降低，內(nèi)能減小，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律，過程④中氣體放出熱量，選項(xiàng)C錯誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等，選項(xiàng)D正確；由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pdVd,Td)＝eq\f(pbVb,Tb)并結(jié)合題圖可知，狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小，選項(xiàng)E正確。]4.(多選)如圖，肯定量的志向氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b，其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中()A．氣體溫度始終降低B．氣體內(nèi)能始終增加C．氣體始終對外做功D．氣體始終從外界吸熱E．氣體汲取的熱量始終全部用于對外做功BCD[對于肯定量的志向氣體有eq\f(pV,T)＝恒量。從a到b，p漸漸增大，V漸漸增大，所以p與V的乘積pV增大，可知T增大，則氣體的內(nèi)能始終增加，故A錯誤，B正確。由于V漸漸增大，可知?dú)怏w始終對外做功，故C正確。由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，因ΔU>0，W<0，可知Q>0，即氣體始終從外界吸熱，且汲取的熱量大于對外做的功，故D正確，E錯誤。]5.(2024·長沙模擬)如圖所示，一個內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸，高度為L、底面積為S，缸內(nèi)有一個質(zhì)量為m的活塞，封閉了肯定質(zhì)量的志向氣體。溫度為熱力學(xué)溫標(biāo)T0時，用繩子系住汽缸底，將汽缸倒過來懸掛起來，汽缸處于豎直狀態(tài)，缸內(nèi)氣體高為L0。已知重力加速度為g，大氣壓強(qiáng)為p0，不計活塞厚度及活塞與缸體的摩擦，求：(1)采納緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離，缸內(nèi)氣體的溫度至少要上升到多少？(2)從起先升溫到活塞剛要脫離汽缸，缸內(nèi)氣體壓力對活塞做功多少？(3)當(dāng)活塞剛要脫離汽缸時，缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為ΔU，則氣體在活塞下移的過程中汲取的熱量為多少？解析：(1)氣體等壓變更，由蓋—呂薩克定律得：eq\f(L0S,T0)＝eq\f(LS,T)，解得：T＝eq\f(LT0,L0)。(2)對活塞，由平衡條件得：mg＋pS＝p0S，氣體做功：W＝Fl＝pSl＝pS(L－L0)，解得：W＝(p0S－mg)(L－L0)。(3)由熱力學(xué)第肯定律得：ΔU＝－W＋Q，氣體汲取的熱量：Q＝ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)。答案：(1)eq\f(L,L0)T0(2)(p0S－mg)(L－L0)(3)ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)[考法指導(dǎo)]求解此類綜合問題的通用思路學(xué)問點(diǎn)二|熱力學(xué)其次定律的理解1．熱力學(xué)其次定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開爾文表述：不行能從單一熱庫汲取熱量，使之完全變勝利，而不產(chǎn)生其他影響。或表述為“其次類永動機(jī)是不行能制成的”。2．用熵的概念表示熱力學(xué)其次定律在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小(選填“增大”或“減小”)。3．熱力學(xué)其次定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。eq\o([推斷正誤])(1)可以從單一熱源汲取熱量，使之完全變勝利。 (√)(2)熱量不能從低溫物體傳給高溫物體。 (×)(3)熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變更。 (×)1．(多選)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，必需對物體做功或向它傳遞熱量B．可以從單一熱源汲取熱量，使之完全變?yōu)楣．不行能使熱量從低溫物體傳向高溫物體D．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是不行逆過程ABD[內(nèi)能的變更可以通過做功或熱傳遞進(jìn)行，故A正確；在引起其他變更的狀況下，可以從單一熱源汲取熱量，將其全部變?yōu)楣Γ珺正確；在有外界影響的狀況下，可以使熱量從低溫物體傳向高溫物體，C錯誤；涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，故D正確。]2．(多選)以下哪個現(xiàn)象不違反熱力學(xué)其次定律()A．一杯熱茶在打開蓋后，茶會自動變涼B．沒有漏氣、沒有摩擦的志向熱機(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、水自動分別D．熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E．在地面上運(yùn)動的物體漸漸停下來，機(jī)械能全部變?yōu)閮?nèi)能ACE[熱茶自動變涼是熱從高溫物體傳遞到低溫物體，A正確；任何熱機(jī)效率都不行能達(dá)到100%，B錯誤；泥水分別是機(jī)械能(重力勢能)向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，C正確；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，D錯誤；物體因摩擦力而停下來，是機(jī)械能(動能)向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是自發(fā)過程，E正確。]學(xué)問點(diǎn)三|能量守恒定律和兩類永動機(jī)1．能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消逝，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。2．兩類永動機(jī)(1)第一類永動機(jī)：不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機(jī)器。違反能量守恒定律，因此不行能實(shí)現(xiàn)。(2)其次類永動機(jī)：從單一熱源汲取熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變更的機(jī)器。違反熱力學(xué)其次定律，不行能實(shí)現(xiàn)。eq\o([推斷正誤])(1)自由搖擺的秋千搖擺幅度越來越小，能量正在消逝。 (×)(2)利用河水的能量使船逆水航行的設(shè)想，符合能量守恒定律。 (√)1．(多選)下列說法正確的是()A．壓縮氣體總能使氣體的溫度上升B．能量耗散過程中能量是守恒的C．第一類永動機(jī)不行能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律D．其次類永動機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第肯定律E．能量耗散過程從能量轉(zhuǎn)化的角度反映了自然界中的宏觀過程具有方向性BCE[內(nèi)能的變更取決于做功和熱傳遞兩個方面，只壓縮氣體并不肯定能使氣體溫度上升，選項(xiàng)A錯誤；由能量守恒定律可知，選項(xiàng)B正確；第一類永動機(jī)是指不消耗能量卻可以不斷向外做功的機(jī)器，違反了能量守恒定律，選項(xiàng)C正確；其次類永動機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)其次定律，選項(xiàng)D錯誤；由熱力學(xué)其次定律可知，選項(xiàng)E正確。]2．(多選)(2024·南昌模擬)下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是()A．第一類永動機(jī)不行能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律B．能量耗散過程中能量不守恒C．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，違反了熱力學(xué)其次定律D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)