专题11 热力学三定律-【教育机构专用】2021年春季高二物理辅导讲义

专题11 热力学三定律（学生版） 一、目标要求 目标要求 重、难点 热力学第一定律 重难点 热力学第二定律 重点 二、知识点解析 1．热力学第一定律 (1)改变系统内能的两种方式：做功和热传递； (2)热力学第一定律 ①定义：一个热力学系统内能的增量等于外界对它做的功与外界向它传递的热量的和：ΔU=W+Q 若外界对系统做功，则W>0，若系统对外界做功，则W<0； 若外界向系统传热，则Q>0，若系统向外界传热，则Q<0． ②意义：热力学第一定律是能量守恒定律的一种表现形式； (3)能量守恒定律：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成另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变； (4)第一类永动机：不消耗任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功的机器称为第一类永动机，第一类永动机不可制成，原因就是因为违背了能量守恒定律． 2．热力学第二定律 (1)宏观热现象的方向性 红墨水滴入清水中，很快整杯水就会变红，但不可能出现散在水中的红色颗粒自发地重新聚集成一滴红墨水、其余部分变成清水的现象 滚动的足球因为受到摩擦作用逐渐停止，其机械能转化为内能，但不可能出现足球自发地降低自身温度、使内能转化成机械能而重新运动的现象 热咖啡倒入杯中，久置后温度会降至室温，但不可能出现室内温度自发地降低而咖啡温度上升、重新变为热咖啡的现象 (2)热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律称为热力学第二定律，它有如下几种表述形式； ①克劳修斯表述：热量不可能自发地从低温物体传向高温物体； 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，而不引起其他变化；开尔文表述还可以描述成工质不可能将从某热源吸收的热量全部用于做功，它必然会向其他温度低于自身的热源排出部分热量，即任何热机的效率都不可能达到100%，如图所示； 热机的效率： (3)第二类永动机：能从单一热源吸收热量，并将这些热量全部转化为有用功的机器称为第二类永动机；第二类永动机不可制成，虽然它没有违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律； 3．热力学第三定律 (1)绝对零度：热力学的最低温度，是以开尔文温标定义的零点，即0 K，0 K≈－273.15 ℃； (2)热力学第三定律：绝对零度不可达到； 4．热力学第零定律 (1)热平衡：若某个与外界接触的热力学系统，其内部各部分之间、整个系统与外界之间均没有热交换，我们称这个系统处于热平衡； (2)热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡； 由于该条定律的提出比热力学三大定律要晚，但它却是三大定律的基础，因此将其命名为热力学第零定律；热力学第零定律定义了温标的概念，即两个热力学系统若彼此处于热平衡，则称这两个热力学系统的温度相同，温度计的诞生就建立在热力学第零定律的基础之上． 三、考查方向 题型1：对热力学第一定律的理解 典例一：（2020•海淀区一模）容器内一定质量的理想气体，在温度保持不变的条件下，若气体体积减小，则　　 A．气体分子热运动的平均动能增大 B．气体分子对器壁撞击的密集程度变大 C．气体中每个分子对器壁的撞击的作用力都变大 D．气体需要从外界吸收热量 题型2：热力学第一定律的计算 典例二：（2020·江苏）（3）一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q. 题型3：热力学定律与气体图像的综合应用 典例三：（2017•新课标Ⅲ）如图，一定质量的理想气体从状态出发，经过等容过程到达状态，再经过等温过程到达状态，最后经等压过程回到状态。下列说法正确的是　　 A．在过程中气体的内能增加 B．在过程中外界对气体做功 C．在过程中气体对外界做功 D．在过程中气体从外界吸收热量 E．在过程中气体从外界吸收热量 题型4：对热力学第二定律的理解 典例四：(多选)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触2点插在冷水中，如图，所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象，正确说法是( ) A．这一实验过程不违反热力学第二定律 B．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温 C．在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 四、模拟训练 一、基础练习 1.(多选)一个带活塞的气缸内封闭有一定量的气体，对气缸内的气体，下列说法正确的是( ) A．气体吸收热量，气体温度一定升高 B．压缩气体，气体温度可能降低 C．压缩气体，同时气体向外界放热，气体温度可能不变 D．压缩气体，同时气体从外界吸热，气体温度可能不变 2