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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

自测1　一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×

104J，气体内能减少1.3×

105J，则此过程（　　）

A.气体从外界吸收热量2.0×

105J

B.气体向外界放出热量2.0×

C.气体从外界吸收热量6.0×

104J

D.气体向外界放出热量6.0×

答案　B

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.”

2.用熵的概念表示热力学第二定律

在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小.

3.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.

4.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.

自测2　教材P61第2题改编（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

三、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另一种形式，或者是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.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.

3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律.

自测3　木箱静止于水平地面上，现在用一个80N的水平推力推动木箱前进10m，木箱受到地面的摩擦力为60N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是（空气阻力不计）（　　）

A.U＝200J，Ek＝600JB.U＝600J，Ek＝200J

C.U＝600J，Ek＝800JD.U＝800J，Ek＝200J

解析　U＝Ffx＝60×

10J＝600J

Ek＝F·

x－U＝80×

10J－600J＝200J

命题点一　热力学第一定律的理解和应用

1.热力学第一定律的理解

（1）内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析.

（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，则不发生热传递，此时Q＝0.

（4）如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要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，外界对物体做的功等于物体内能的增加；

（2）若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；

（3）若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量.

例1　（多选）（2017·

全国卷Ⅱ·

33

（1））如图1，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法正确的是（　　）

图1

A.气体自发扩散前后内能相同

B.气体在被压缩的过程中内能增大

C.在自发扩散过程中，气体对外界做功

D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

答案　ABD

解析　因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功.根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；

气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误.

变式1　（多选）（2016·

全国卷Ⅲ·

33

（1））关于气体的内能，下列说法正确的是（　　）

A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同

B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大

C.气体被压缩时，内能可能不变

D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关

E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

答案　CDE

解析　质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A错误；

宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；

根据＝C可知，如果等温压缩，则内能不变；

等压膨胀，温度增大，内能一定增大，C、E正确；

理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D正确.

命题点二　热力学第一定律与图象的综合应用

例2　（多选）（2017·

33

（1））如图2，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是（　　）

图2

A.在过程ab中气体的内能增加

B.在过程ca中外界对气体做功

C.在过程ab中气体对外界做功

D.在过程bc中气体从外界吸收热量

E.在过程ca中气体从外界吸收热量

解析　在过程ab中，体积不变，气体对外界不做功，压强增大，温度升高，内能增加，故选项A正确，C错误；

在过程ca中，气体的体积缩小，外界对气体做功，压强不变，温度降低，内能变小，气体向外界放出热量，故选项B正确，E错误；

在过程bc中，温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故选项D正确.

变式2　（多选）（2016·

33

（1））一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其pT图象如图3所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是（　　）

图3

A.气体在a、c两状态的体积相等

B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能

C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功

答案　ABE

解析　由理想气体状态方程＝C得，p＝T，由题图可知，Va＝Vc，选项A正确；

理想气体的内能只由温度决定，而Ta>

Tc，故气体在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；

由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变，内能不变，则Q＝－W，选项C错误；

da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于对外界做的功，选项D错误；

由理想气体状态方程知：

＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.设过程bc中压强为p0＝pb＝pc，过程da中压强为p0′＝pd＝pa.由外界对气体做功W＝p·

ΔV知，过程bc中外界对气体做的功Wbc＝p0（Vb－Vc）＝C（Tb－Tc），过程da中气体对外界做的功Wda＝p0′（Va－Vd）＝C（Ta－Td），Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，选项E正确.

命题点三　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用

基本思路

例3　（2017·

河北冀州2月模拟）如图4甲所示，横截面积为S，质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使其温度从T1升高了ΔT，气柱的高度增加了ΔL，吸收的热量为Q.不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g.求：

图4

（1）此加热过程中气体内能增加了多少？

（2）若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？

答案　

（1）Q－（p0S＋Mg）ΔL　

（2）

解析　

（1）设缸内气体的温度为T1时压强为p1，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，则有

Mg＋p0S＝p1S

气体膨胀对外界做功为W＝p1SΔL

根据热力学第一定律有Q－W＝ΔU

联立可得ΔU＝Q－（p0S＋Mg）ΔL

（2）设所放砝码的质量为m，缸内气体的温度为T2时压强为p2，活塞和砝码整体受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，则有

（M＋m）g＋p0S＝p2S

根据查理定律有＝，又T2＝T1＋ΔT

联立可得：

m＝

变式3　（2017·

广东华南三校联考）如图5所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口h＝50cm，活塞面积S＝10cm2，封闭气体的体积为V1＝1500cm3，温度为0℃，大气压强p0＝1.0×

105Pa，重物重力G＝50N，活塞重力及一切摩擦不计.缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了Q＝60J的热量，使活塞刚好升到缸口.整个过程重物未触地，求：

图5

（1）活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？

（2）汽缸内气体对外界做多少功？

（3）气体内能的变化量为多少？

答案　

（1）364K　

（2）25J　（3）35J

解析　

（1）封闭气体的初态：

V1＝1500cm3，T1＝273K

末态：

V2＝1500cm3＋50×

10cm3＝2000cm3

缓慢升高环境温度，封闭气体做等压变化

则有＝

解得T2＝364K

（2）设封闭气体做等压变化时的压强为p

对活塞：

p0S＝pS＋G

汽缸内气体对外界做功W＝pSh

解得W＝25J

（3）由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量

ΔU＝Q－W

得ΔU＝35J

故汽缸内的气体内能增加了35J

命题点四　热力学第二定律

1.热力学第二定律的涵义

（1）“自发地”指明了热传递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”的涵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，如气体的等温膨胀过程.

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.

3.热力学过程的方向性实例

（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.

4.两类永动机的比较

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

例4　如图6所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发