開始逐點(diǎn)清(一)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用

(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)010203目錄逐點(diǎn)清(二)對熱力學(xué)第二定律的理解(重難點(diǎn)疏通)逐點(diǎn)清(三)熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)04逐點(diǎn)清(四)熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合(重難點(diǎn)疏通)第四講熱力學(xué)定律與能量守恒定律|綱舉目張|·|精要回顧|

[微點(diǎn)判斷](1)做功和傳熱的實(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)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰帷?)(4)可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功。

()(5)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化。

()(6)自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失。

()(7)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。

()×√×√××√|關(guān)鍵知能|·|升維學(xué)習(xí)|

逐點(diǎn)清(一)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)

對熱力學(xué)第一定律的理解1．對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是

(

)A．該氣體放出熱量時，其內(nèi)能一定減少B．該氣體膨脹對外做功時，其內(nèi)能一定減少C．該氣體吸收熱量同時對外膨脹做功，其內(nèi)能可能增加D．該氣體放出熱量同時膨脹對外做功，其內(nèi)能可能不變答案：C

解析：由ΔU＝W＋Q可知，改變物體內(nèi)能的方式有兩種：做功和傳熱。該氣體放熱，Q＜0，但做功W未知，所以內(nèi)能不一定減少，故選項(xiàng)A錯誤；該氣體對外做功，W＜0，但Q未知，所以內(nèi)能不一定減少，故選項(xiàng)B錯誤；該氣體吸收熱量，Q＞0，同時對外做功，W＜0，ΔU可能是正值也可能是負(fù)值，所以內(nèi)能可能增加，故選項(xiàng)C正確；該氣體放出熱量，Q＜0，同時對外做功，W＜0，所以ΔU＜0，即氣體內(nèi)能一定減少，故選項(xiàng)D錯誤。

熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用2．(2022·山東等級考)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時汽缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動90°過程中，缸內(nèi)氣體

(

)A．內(nèi)能增加，外界對氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加答案：C

解析：初始時汽缸開口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，汽缸內(nèi)外氣體對活塞的壓力差與活塞的重力平衡，則有(p1－p0)S＝mg，汽缸在緩慢轉(zhuǎn)動的過程中，汽缸內(nèi)外氣體對活塞的壓力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸內(nèi)氣體緩慢地將活塞往外推，最后汽缸水平，缸內(nèi)氣壓等于大氣壓。汽缸、活塞都是絕熱的，故缸內(nèi)氣體與外界沒有發(fā)生熱傳遞，汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)作用將活塞往外推，氣體對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得：氣體內(nèi)能減小，故缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動的平均速率減小，并不是所有分子熱運(yùn)動的速率都減小，A、B錯誤；氣體內(nèi)能減小，缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動的平均速率減小，故速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，C正確，D錯誤。

熱力學(xué)第一定律在絕熱系統(tǒng)中的應(yīng)用3．如圖是某同學(xué)利用汽缸設(shè)計的汽車加速度傳感器示意圖，將汽缸水平固定在汽車上且開口向后，內(nèi)壁光滑，用活塞封閉一定質(zhì)量氣體，通過活塞的移動判斷汽車加速和減速的情況。若汽缸和活塞均絕熱，汽車由勻速變?yōu)榧铀偾斑M(jìn)，汽缸內(nèi)氣體

(

)A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)變多B．分子的平均動能變大C．單位時間內(nèi)分子撞擊活塞的次數(shù)減少D．內(nèi)能變大答案：C解析：對活塞進(jìn)行受力分析，如圖所示，當(dāng)汽車勻速時，由平衡關(guān)系可知p0S＝pS，p0＝p，當(dāng)汽車加速前進(jìn)時，由平衡關(guān)系變?yōu)榧铀龠\(yùn)動，且加速度a方向向左，由牛頓第二定律可得p0S－pS＝ma，故可知p0>p，壓強(qiáng)變小，即體積變大。故單位體積內(nèi)的分子數(shù)變少；單位時間內(nèi)分子撞擊活塞的次數(shù)減少，故A錯誤，C正確；由熱力學(xué)第一定律可知ΔU＝Q＋W，題中汽缸和活塞均絕熱，故可知Q等于0，體積變大，W為負(fù)值，故內(nèi)能減小，分子平均動能也減小，故B、D錯誤。1．對熱力學(xué)第一定律的理解(1)做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。(2)做功過程是系統(tǒng)與外界之間的其他形式能量與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。(3)熱傳遞過程是系統(tǒng)與外界之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。2．熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況(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。(2)若過程中不做功，則W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，則W＋Q＝0，即物體吸收的熱量全部用來對外做功，或外界對物體做的功等于物體放出的熱量。逐點(diǎn)清(二)對熱力學(xué)第二定律的理解(重難點(diǎn)疏通)1．熱力學(xué)第二定律的含義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過程。2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。3．熱力學(xué)第一、第二定律的比較

熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律由定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機(jī)械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向低溫物體熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)續(xù)表4．兩類永動機(jī)的比較

第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)設(shè)計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律題點(diǎn)1對熱力學(xué)第二定律的理解1．下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說法正確的是

(

)A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能發(fā)生B．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的C．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在不產(chǎn)生其他影響的情況下，內(nèi)能可以全部用來做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的答案：B

解析：符合能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律的宏觀過程不能發(fā)生，A錯誤；一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，B正確；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在不產(chǎn)生其他影響的情況下，內(nèi)能無法全部用來做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，C錯誤；氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，D錯誤。題點(diǎn)2熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用2．如圖所示，為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是

(

)A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱除了將熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒焱?，工作過程中所產(chǎn)生的其他一切影響，有可能加以消除C．電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律D．電冰箱除了將熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒焱猓ぷ鬟^程中所產(chǎn)生的其他一切影響，有可能加以消除答案：B解析：熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C項(xiàng)錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功，A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；壓縮機(jī)工作時會發(fā)熱，將一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能消耗掉，這種影響無法消除，D項(xiàng)錯誤。題點(diǎn)3兩類永動機(jī)的比較3．關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是

(

)A．第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的答案：D

解析：第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，A、B錯誤；由熱力學(xué)第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知D項(xiàng)中現(xiàn)象是可能的，但會引起其他變化，D正確。逐點(diǎn)清(三)熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合(基礎(chǔ)點(diǎn)速過)

熱力學(xué)第一定律與p-V圖像的綜合1．(2022·湖北高考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p-V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應(yīng)該線段的中點(diǎn)。下列說法正確的是

(

)A．a(chǎn)→b是等溫過程B．a(chǎn)→b過程中氣體吸熱C．a(chǎn)→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功答案：B

熱力學(xué)第一定律與p-T圖像的綜合2.一定量理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p-T

圖上從a到b的線段所示。在此過程中 (

)A．氣體一直對外做功B．氣體一直從外界吸熱C．氣體吸收的熱量等于其對外做的功D．氣體吸收的熱量大于其內(nèi)能的增加量答案：B

熱力學(xué)第一定律與V-T圖像的綜合3．(2022·遼寧高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T變化圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)

(

)A．對外界做正功 B．壓強(qiáng)保持不變C．向外界放熱 D．內(nèi)能減少答案：A

解析：根據(jù)題意，氣體體積增加，因此對外做正功，故A正確；題目中圖像延長線沒有過原點(diǎn)，因此不是等壓線，故B錯誤；溫度升高且對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，該過程需要吸熱，故C錯誤；溫度升高，內(nèi)能增加，故D錯誤。處理熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路(1)根據(jù)氣體圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關(guān)系及做功關(guān)系。(2)在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。(3)結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問題。逐點(diǎn)清(四)熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合(重難點(diǎn)疏通)[典例]

(2023·連云港調(diào)研)絕熱的活塞與汽缸之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸開口向上置于水平面上，活塞與汽缸壁之間無摩擦，缸內(nèi)氣體的內(nèi)能UP＝72J，如圖甲所示。已知活塞面積S＝5×10－4m2，其質(zhì)量為m＝1kg，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。如果通過電熱絲給封閉氣體緩慢加熱，活塞由原來的P位置移動到Q位置，此過程封閉氣體的V-T圖像如圖乙所示，且知?dú)怏w內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比。求：(1)封閉氣體最后的體積；(2)封閉氣體吸收的熱量。[答案]

(1)6×10－4m3

(2)60J[規(guī)律方法]熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問題的解題思路[針對訓(xùn)練]

查理定律與熱力學(xué)第一定律的綜合1.如圖