第3讲 热力学定律与能量守恒定律
一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递． 2．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功的和． (2)表达式：ΔU＝Q＋W. (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：
物理量 意义 符号 ＋ －
二、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． 三、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．
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W Q ΔU 外界对物体做功 物体对外界做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能增加 内能减少 (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．
1．判断下列说法是否正确．
(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的．( × )
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变．( × )
(3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热．( × ) (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( √ )
2．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×10J，气体内能减少1.3×10J，则此过程( )
A．气体从外界吸收热量2.0×10J B．气体向外界放出热量2.0×10J C．气体从外界吸收热量6.0×10J D．气体向外界放出热量6.0×10J 答案 B
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( ) A．U＝200J，Ek＝600J B．U＝600J，Ek＝200J C．U＝600J，Ek＝800J D．U＝800J，Ek＝200J 答案 B
解析 U＝Ffx＝60×10J＝600J
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4
5
2
Ek＝F·x－U＝80×10J－600J＝200J
4．(人教版选修3－3P61第2题改编)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
5．(粤教版选修3－3P73第3题)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
命题点一 热力学第一定律与能量守恒定律
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳． 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 (2016·全国Ⅲ卷·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
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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
pV＝C可知，如果等温压缩，则内能不T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．
1．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( ) A．保持气体的压强不变，改变其体积，可以实现其内能不变 B．保持气体的压强不变，改变其温度，可以实现其内能不变 C．若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变 D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E．当气体体积逐渐增大时，气体的内能一定减小 答案 CD
解析 一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关系，温度变化则其内能一定变化，B项错；保持气体的压强不变，改变其体积，则其温度一定改变，故内能变化，A项错误；气体温度升高的同时，若其体积也逐渐变大，由理想气体状态方程＝C可知，则其压强可以不变，C项正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体温度每升高1 K所吸收的热量Q与做功W有关，即与气体经历的过程有关，D选项正确；当气体做等温膨胀时，其内能不变，E项错．故C、D正确．
2．(2015·北京理综·13)下列说法正确的是( ) A．物体放出热量，其内能一定减小 B．物体对外做功，其内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变 答案 C
解析 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，改变物体内能的方式有两种：做功和热传递．若物体放热Q＜0，但做功W未知，所以内能不一定减小，A选项错误；物体对外做功W＜0，
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pVT