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1、 熱力學定律和能量守恒定律 一、熱力學第零定律 1．熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，則這兩個系統(tǒng)也一定處于熱平衡。 2．意義：兩個系統(tǒng)熱平衡由溫度表示，故熱力學第零定律給出了溫度的定義和測量方法。 二、熱力學第一定律 1．定義：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。 2．公式：ΔU=Q+W 內能變化量/ΔU 熱量/Q 做功/W 符號 內能增加 吸收熱量 外界對系統(tǒng)做正功 + 內能減少 放出熱量 系統(tǒng)對外界做正功 – 3．熱力學第一定律實際上是涉及熱現(xiàn)象的能量守恒定律。 4．能量守恒定律：能量既不會

2、憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一種形式轉化為另一種形式， 或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。 5．其他表述：第一類永動機不可能制成。 三、熱力學第二定律 1．克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。 2．開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。 3．其他表述：（1）氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。（2）第二類永動機不可能制成。 4．宏觀意義：闡述了傳熱的方向性；闡述了機械能與內能轉化的方向性：機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能；熱機的效率總是小于100%。 5．微觀意

3、義：一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。 6．熵增加原理（熱力學第二定律）：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小。 四、熱力學第三定律 1．定義：不可能通過有限的過程把一個物體冷卻到絕對零度。 2．意義：絕對零度不可能達到。 關于永動機和熱力學定律的討論，下列敘述正確的是 A．第二類永動機違反能量守恒定律 B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內能一定增加 C．外界對物體做功，則物體的內能一定增加 D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，但從能量轉化或轉移的觀點看這兩種改變方式是有區(qū)別的 【參考答案】D 【詳細解析】第二類永動機沒有違反

4、能量守恒定律，但卻不能成功制成，A錯誤；如果物體從外界吸收了熱量，且又對外做功，則物體的內能不一定增加，B錯誤；外界對物體做功，若與外界無熱量交換，則物體的內能一定增加，C錯誤；做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，但從能量轉化或轉移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的，D正確。 【名師點睛】對熱力學定律的考查主要有兩點：熱力學第一定律中兩類改變內能的方式、熱力學第二定律的理解和應用。 1．（2018·上海市師范大學附屬中學高二期末）下列說法正確的是 A．物體吸收熱量，其溫度一定升高 B．熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞 C．氣體自由膨脹的過程是可逆的 D．目前，人類消耗的能量主要來

5、自常規(guī)能源 【答案】D 【解析】根據(jù)熱力學第一定律，ΔE=W+Q，物體的內能的變化與外界做功和物體的吸收熱量有關，物體吸收熱量，同時物體對外做功，物體的內能可能減小，溫度可能降低，故A錯誤；熱量也能由低溫物體傳遞到高溫物體，但此過程會引起其他的變化，故B錯誤；氣體自由膨脹的過程是不可逆的，選項C錯誤；目前，人類消耗的能量主要來自常規(guī)能源，例如煤、石油等，選項D正確。 2．關于第二類永動機，下列說法中正確的是 A．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機 B．第二類永動機違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二類永動

6、機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能 D．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化 【答案】AD 【解析】沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機，A正確；第二類永動機不違反能量守恒定律，但違反了熱力學第二定律，所以不可能制成，B錯誤；第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化，C錯誤，D正確。 （2018·陜西省西安中學高二期末）如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)

7、a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到初態(tài)a，下列說法正確的是 A．在過程ab中氣體的外界對氣體做功 B．在過程ab中氣體對外界做功 C．在過程ca中氣體從外界吸收熱量 D．在過程bc中氣體從外界吸收熱量 【參考答案】D 【詳細解析】在過程ab中氣體體積不變，根據(jù)W=pΔV可知，氣體對外界做功為零，外界也不對氣體做功，故AB錯誤；在過程ca中壓強不變，體積減小，溫度降低，所以外界對氣體做功，內能減小，根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體放出熱量，故C錯誤；在過程bc中，屬于等溫變化，氣體膨脹對外做功，而氣體的溫度不變，則內能

8、不變；根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體從外界吸收熱量，故D正確；故選D。 【名師點睛】本題主要是考查了理想氣體的狀態(tài)方程和熱力學第一定律的知識，要能夠根據(jù)熱力學第一定律判斷氣體內能的變化與哪些因素有關（功和熱量）；熱力學第一定律在應用時一定要注意各量符號的意義；ΔU為正表示內能變大，Q為正表示物體吸熱；W為正表示外界對物體做功。 1．一定質量的理想氣體分別在T1、T2溫度下發(fā)生等溫變化，相應的兩條等溫線如圖所示，T2對應的圖線上A、B兩點表示氣體的兩個狀態(tài)，則 A．溫度為T1時氣體分子的平均動能比T2時大 B．A到B的過程中，氣體內能增加 C．A到B的過程中，氣體從外

9、界吸收熱量 D．A到B的過程中，氣體分子單位時間內對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少 【答案】ACD 【解析】由圖可知，當體積相同時，有，根據(jù)查理定律，可得，A正確；對于理想氣體，其內能僅由溫度決定，A到B的過程是等溫變化的過程，所以氣體的溫度不變，內能不變，B錯誤；A到B的過程中，氣體體積增大，對外做功而內能不變，由熱力學第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量，C正確；A到B的過程中，氣體壓強減小，則氣體分子單位時間內對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少，D正確。 2．（2018·寧夏育才中學高二期末）如圖所示，一定質量的氫氣(可看作理想氣體)由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，設由A到B、由B到C的

10、過程外界對氣體做的功分別為W1、W2，氣體從外界吸收的熱量分別為Q1、Q2，則 A．， B．， C． D． 【答案】B 【解析】氣體由A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過程中，圖象上的點與原點連線的斜率p/T減小，由氣態(tài)方程pV/T=c知，氣體的體積不斷增大，氣體對外界做功，所以W1<0，W2<0，所以A錯誤；在AB過程中，氣體的溫度不斷升高，同時對外做功，要吸熱，所以Q1>0，在BC過程中，氣體的溫度不變，內能不變，但同時對外做功，要吸熱，所以Q2>0，所以B正確；在全程中，溫度升高，內能增大，根據(jù)熱力學第一定律△U=Q+W得知，氣體吸收的熱量大于氣體對外做功，即有|W1|+|W2|

11、<|Q1|+|Q2|，所以CD錯誤。故選B。 【名師點睛】本題要知道AO、BO、CO連線可表示等容變化，根據(jù)斜率分析對應的體積大小，并掌握熱力學第一定律，能用來分析能量的變化。較好的考查了應用圖象解決物理問題的能力。 如圖所示，質量不計的活塞把一定質量的理想氣體封閉在上端開口的直立圓筒形氣缸中，活塞上堆放細沙，活塞處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)在對氣體緩慢加熱，同時不斷取走細沙，使活塞緩慢上升，直到細沙全部取走，則在此過程中 A．氣體壓強增大，內能可能不變 B．氣體溫度可能不變，氣體對外做功 C．氣體的體積增大，壓強減少，對外不做功 D．氣體對外做功，內能一定增加 【參考答案】

12、B 【詳細解析】逐漸取走細沙，直到細沙全部取走，根據(jù)活塞的受力平衡，可以判斷氣缸內的氣體壓強一定減小，A錯誤；對氣體緩慢加熱，氣缸內的氣體一定吸收熱量，據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q，Q為正數(shù)，因體積增大，氣體對外做功，W為負數(shù)，所以ΔU可能為零，溫度可能不變，B正確，CD錯誤。 【易錯警示】解氣缸–活塞問題要注意豎直放置的氣缸中活塞是否有質量，計算氣體壓強時不要漏算。 1．（2018·江蘇省蘇州新區(qū)一中高二期末復習）如圖所示，用細繩將一個導熱良好且開口向下的氣缸懸掛在天花板上，氣缸內有一定質量的氣體（不計氣體分子之間的相互作用力），氣缸內活塞可以自由滑動且不漏氣，活塞下掛個沙桶，當沙

13、桶裝滿細沙時，活塞恰好靜止，外部環(huán)境溫度恒定給沙桶底部開一小孔，細沙緩慢漏出，則在此過程中 A．氣缸內氣體體積減小，溫度降低 【名師點睛】由圖示圖象判斷氣體的狀態(tài)變化過程，應用氣態(tài)方程判斷氣體體積如何變化，然后應用熱力學第一定律答題。 5．A【解析】充氣過程中，儲氣室內氣體溫度不變，氣體的平均動能不變，氣體的質量增大，故氣體內能增大，A正確，B錯誤；噴水過程中，氣體對外做功，W<0，氣體溫度不變，，根據(jù)可知Q>0，氣體吸熱，C錯誤；噴水過程中，儲氣室內氣體體積增大，溫度不變，根據(jù)可知，壓強減小，D錯誤。 6．B【解析】由可知，p–V圖象中雙曲線表示1到2溫度不變，，氣體體積增大，

14、對外做功，，由可得，氣體吸熱，A錯誤；p–V圖象中過原點的直線上，與原點距離越大，溫度越高，從1到2溫度降低，，氣體體積減小，外界對氣體做功，，可得，氣體放熱，B正確；由可知，V–T圖象中過原點的直線上壓強不變，從1到2溫度升高，內能增加，，氣體體積增大，氣體對外界做功，，可得，氣體吸熱，C錯誤；由V–T圖象中氣體體積不變，可知，溫度升高，內能增加，，可得，氣體吸熱，D錯誤。 8．D【解析】隨著金屬筒緩慢下降，金屬筒內外液面差增大，金屬筒內氣體會被壓縮，體積減小，壓強增大，單位時間內碰撞單位面積的氣體分子數(shù)增多，A錯誤；由于不計氣體分子間相互作用，所以氣體是理想氣體，內能只與溫度有關，而

15、外界溫度不變，所以氣體溫度不變，分子平均動能不變，但并不是每一個分子的分子動能都不變，B錯誤；氣體體積減小，外界對氣體做功，W>0，氣體溫度不變，ΔU=0，由熱力學第一定律可知Q<0，氣體向外界放熱，C錯誤，D正確。 18．CDE【解析】質量和溫度都相同的氣體分子平均動能相同，但可能是不同的氣體，摩爾質量不同，分子數(shù)不同，所以分子動能不一定相同，且分子勢能不一定相同，故內能不一定相同，A錯誤；宏觀運動動能大，微觀運動的分子平均動能不一定大，內能不一定大，B錯誤；氣體被壓縮時，外界對氣體做功，如果同時還向外界放出熱量，氣體內能可能不變，C正確；理想氣體的分子勢能為零，內能等于分子動能，而分子動能只與溫度有關，D正確；理想氣體等壓膨脹過程中，由蓋–呂薩克定律可知，溫度增大，內能一定增大，E正確。 19．氣體對外界做的功為138.6 J 【解析】整個過程中，外界對氣體做功W=WAB+WCA，且WCA=pA（VC–VA） 由熱力學第一定律ΔU=Q+W，得WAB=–（Q+WCA） 代入數(shù)據(jù)得WAB=–138.6 J，即氣體對外界做的功為138.6 J 8