精品解析：15.4 热力学定律与能量守恒定律（讲）

第十五章 热学 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 一　热力学第一定律　能量守恒定律 1.改变物体内能的两种方式 （1）________；（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________与外界对它所做的功的和。 （2）表达式：ΔU＝________。 （3）表达式中的正、负号法则： 物理量 ＋ － W ____对____做功 ____对____做功 Q 物体______热量 物体______热量 ΔU 内能________ 内能________ 3.能量守恒定律 （1）内容 能量既不会凭空________，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量________________。 （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。（例如：机械能守恒） （3）第一类永动机是不可能制成的，它违背了________________________。 二　热力学第二定律 1.热力学第二定律的两种表述 （1）克劳修斯表述：热量不能________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“________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______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。 考点一　热力学第一定律　能量守恒定律 1.热力学第一定律的理解 （1）内能变化常用热力学第一定律进行分析。 （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，则不发生传热，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，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（物体）对物体（外界）做的功等于物体内能的增加（减少）； （2）若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收（放出）的热量等于物体内能的增加（减少）； （3）若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界（物体）对物体（外界）做的功等于物体放出（吸收）的热量。 典例精析 变式巩固 （2022·山东高考） 1. 如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动过程中，缸内气体（ ） A. 内能增加，外界对气体做正功 B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小 C. 温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D. 温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 2. 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程（　　） A. 气体从外界吸收热量2.0×105 J B. 气体向外界放出热量2.0×105 J C. 气体从外界吸收热量6.0×104 J D. 气体向外界放出热量6.0×104 J （2021·湖南卷·15（1）改编） 3. 如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A. 整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 B. 整个过程，理想气体的内能增大 C. 整个过程，理想气体向外界释放的热量小于（p0S1h＋mgh） D 左端活塞到达B位置时，外力F等于 考点二　热力学第二定律 1.热力学第二定律的含义 （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。 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。 （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） 3.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计