幻灯片 1
第十一章 热 学
第三讲 热力学定律与能量守恒
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幻灯片 4知识点一 热力学第一定律和能量守恒定律
1．改变物体内能的两种方式及异同点
(1)做功：对物体做功可以改变物体的内能．
(2)热传递：热传递可以改变物体的内能．
(3)异同点：做功和热传递都能够引起系统内能的改变，改变系统内能的效果相同．做功是其他形式的能和内能发生 ，热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的 ．
转化
转移
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幻灯片 52．热力学第一定律
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的功的和．即当外界既对系统做功又对系统传热时，系统的内能增量ΔU＝ .
3．能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空 ，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
W＋Q
消失
转移
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1．ΔU＝W＋Q中正、负号法则
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幻灯片 72.ΔU＝Q＋W的三种特殊情况
(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)若过程是等容的，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．
(3)若过程是等温的，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．Z xx k
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幻灯片 83．对温度、内能、热量和功的三点说明
(1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量．当物体的内能改变时，温度不一定改变．只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发生变化．
(2)热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样是过程量，离开过程谈热量毫无意义．就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”．
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(3)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，只有物体的内能变化比较大时，做的功或传递的热量才会多．Z xx k
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1．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程( )
A．气体从外界吸收热量2.0×105 J
B．气体向外界放出热量2.0×105 J
C．气体从外界吸收热量6.0×104 J
D．气体向外界放出热量6.0×104 J
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解析：根据热力学第一定律，W＋Q＝ΔU，所以Q＝ΔU－W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，即气体向外界放出热量2.0×105 J.
答案：B
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幻灯片 12知识点二 热力学第二定律
1．常见的两种表述
(1)克劳修斯表述(按热传递的方向性来表述)：热量不能自发地从 物体传到 物体．
(2)开尔文表述(按机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从 吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．
低温
高温
单一热源
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2．第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机．这类永动机不违背 ，但它违背了 ，也是不可能制成的．
能量守恒守律
热力学第二定律
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1．对热力学第二定律的理解
在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”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．
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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．Zx x k
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热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化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．
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2．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律Zx x k
B．第一类永动机不可能制成是因为违反热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
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解析：第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D对．
答案：D
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幻灯片 20知识点三 能源与环境，能源的开发和应用
1．能量耗散
集中度较高因而也是有序度较高的能量(如机械能、电能、化学能等)，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散因而也是无序度更大的能量，我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散．
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2．能量品质降低
各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的．而内能向机械能的转化过程是有条件的，即环境中必须存在着温度差，而且内能不能全额转化为机械能．因此，从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．
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3．节约能源
能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．故能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源．
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(2011·广东高考)如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中Zx x k
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
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解析：M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，W>0，下滑过程不与外界发生热交换，Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知内能增大，A正确，B、C、D错误．
答案：A
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判定物体内能变化的方法
1．当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就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．
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【变式训练】1.(2013·江西重点中学联考)关于物体的内能变化，下列说法正确的是( )
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
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解析：物体吸收热量，若同时对外做功，内能不一定增大，选项A错误；物体对外做功，若同时吸收热量，内能不一定减小，选项B错误；物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变，选项C正确；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减小，选项D错误．
答案：C
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如图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．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．
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幻灯片 30(1)下列说法正确的是
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？
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幻灯片 31解析：(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助．电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故B正确，A错误．
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(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸了收热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多．
答案：(1)BC (2)见解析
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幻灯片 33【变式训练】2.(2013·南宁模拟)下列说法正确的是( )
A．在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低
B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274℃
C．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律
D．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
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幻灯片 34解析：根据能量守恒定律，在一房间内，打开一台冰箱的门， 电能转化为内能，室内温度就会升高，选项A错误，根倨热力学第三定律，从目前的理论看来，不管实验设备如何高级，不可以使温度降低到－274℃，选项B错误；第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律，选项C正确；机械能可以自发地全部转化为内能，根据热力学第二定律，内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化，选项D错误．
答案：C
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(6分)(2012·山东高考)如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm.(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)
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(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．
(2)此过程中左管内的气体对外界__________(选填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，气体将__________(选填“吸热”或“放热”)．
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幻灯片 37 (1)设U形管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.
左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2①
p1＝p0②
p2＝p＋ph③
V1＝l1S④
V2＝l2S⑤
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幻灯片 38由几何关系得
h＝2(l2－l1)⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得
p＝50 cmHg.(4分)
(2)左管内气体的体积增大，说明气全体膨胀对外做正功；由于气体温度不变，根据热力第一定律可得W＋Q＝0，故气体对外界吸热．(2分)
答案：(1)50 cmHg (2)做正功 吸热
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气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法
1．气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体．
2．解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决．
3．对理想气体，只要体积变化外界对气体(或气体对外界)要做功W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能要发生变化．
4．结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题．
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幻灯片 40【变式训练】3.(2012·江苏高考)如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量．
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幻灯片 41答案：5.0×102 J
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幻灯片 43活页作业（三十四）
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幻灯片 44
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