第3讲 热力学定律与能量守恒定律 学习目标 1.知道热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并能用热力学第一定律解决相关问题。 2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。 3.了解热力学第二定律，知道热现象的方向性。 4.知道第一类永动机和第二类永动机不可能制成及其原因。 1. 2. 3. 基础自测 1.(人教版选择性必修第三册P53T1改编)用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能改变了( ) A.900 J B.210 J C.690 J D.1 110 J 答案 C 解析 由热力学第一定律有ΔU=W+Q得ΔU=900 J-210 J=690 J，故C正确。 2.(人教版选择性必修第三册P64A组T3改编)如图所示，一绝热容器(与外界没有热交换)被隔板K隔开成a、b两部分，a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中( ) A.气体对外界做功，内能减少 B.气体对外界做功，内能增加 C.气体不做功，内能不变 D.外界对气体做功，内能增加 答案 C 解析 稀薄气体向真空扩散没有做功，W=0;绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q=0。根据热力学第一定律得知内能不变，故C正确。 考点一 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变化: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，因理想气体忽略分子势能，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.热力学第一定律的应用 (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 (2025·江苏徐州模拟)1927年，威尔逊因发明云室获诺贝尔物理学奖，如图所示，云室里封闭一定质量的气体。现迅速向下拉动活塞，则云室中的气体( ) A.温度升高 B.压强减小 C.向外放出热量 D.分子的数密度增大 答案 B 解析 迅速向下拉动活塞，时间极短，故看作绝热过程，Q=0，气体体积增大，对外做功，W<0，根据ΔU=Q+W知气体内能减少，故温度降低，A、C错误;被封气体体积增大，温度降低，由=C可知压强减小，B正确;气体体积增大，总分子数不变，则数密度减小，D错误。 “绝热”说明没有热交换，“体积增大”说明外界对气体做负功，“体积减小”说明外界对气体做正功;对一定质量的理想气体而言，内能增加(或减小)则温度升高(或降低)。 1. (2025·江苏南京二模)常见的气压式水枪玩具内部原理如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水立即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内温度始终保持不变，则罐内气体( ) A.压强变大 B.内能减少 C.对外做功 D.对外放热 答案 C 解析 喷水过程中气体体积增大，根据pV=C可知罐内气体压强减小，故A错误;温度不变，内能不变，故B错误;气体体积增大，气体对外做功，故C正确;根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知，气体吸收热量，故D错误。 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。 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 ... ...
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