热力学定律

一、 热力学第一定律

在一般情况下, 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程, 那么, 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q, 等于物体内能的增加△U, 即△U= W + Q

①内容：物体内能的增量△E等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和。 ②表达式：W+Q=△U ③符号规则：

物体内能增加, △U＞0；物体内能减少, △U＜ 0 外界对物体做功W ＞0；物体对外界做功W ＜ 0 物体从外界吸热 Q＞0； 物体向外界放热Q ＜ 0

二. 热力学第二定律

表述形式1：热量总是从高温物体传到低温物体, 但是不可能自动从低温物体传递到高温物体, 而不引起其它变化。（这是按照热传导的方向性来表述的。）

表述形式2：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功, 而不引起其它变化。机械能可以全部转化为内能, 内能却不可能全部转化为机械能而不引起其它变化。 （这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的。） 注意：两种表述是等价的, 并可从一种表述导出另一种表述。 表述形式3、第二类永动机是不可能制成的。

三、能量转化和守恒定律

功是能量转化的量度．热力学第一定律表示, 做功和热传递提供给一个物体多少能量, 物体的内能就增加多少, 能量在转化或转移过程中守恒．

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别的形式, 或者从一个物体转移到别的物体, 在转化和转移的过程中其总量不变。

12．(选修3-3) (2) 若对一定质量的理想气体做1500 J的功, 可使其温度升高5℃．改用热传递的方式, 使气体温度同样升高5℃, 那么气体应吸收 J的热量．如果对该气体做了

2000 J的功, 其温度升高了8℃, 表明该过程中, 气体还 （填“吸收”或“放出”）热量 J． 答：（2）1500、吸收、400 前两空各2分, 第3个空4分 12.A⑴（选修模块3—3）空气压缩机在一次压缩过程中, 活塞对气缸中的气体做功为2.0×105J, 同时气体的内能增加了1.5×l05J．试问：此压缩过程中, 气体 （填“吸收”或“放出”）的热量等于 J．

答：放出；5×104；解析：由热力学第一定律△U = W＋Q, 代入数据得：1.5×105 = 2.0×105＋Q, 解得Q =－5×104J；12.（2）一定质量的理想气体, 在绝热膨胀过程中①对外做功5J, 则其内能 （选填“增加”或“减少”） J; ②试从微观角度分析其压强变化情况. 答：①减小 5

②气体体积增大, 则单位体积内的分子数减少；内能减少, 则温度降低, 其分子运动的平均速率减小；则气体的压强减小。14、下列说法正确的是 （ D ） A．物体吸收热量, 其温度一定升高

B．热量只能从高温物体向低温物体传递 C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现 D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式

解析：由热力学第一定律可知, 做功与热传递可以改变物体的内能, D正确；故物体吸收热量时, 其内能不一定增大, A错；由热力学第二定律可知, 宏观的热现象有方向性, 但若通过外界做功, 热量也可以从低温物体传到高温物体, B、C错．10．对于一定质量的理想气体, 下列说法正确的是 （ A D ）

A．体积不变, 压强减小的过程, 气体一定放出热量, 内能减少 B．若气体内能增加, 则外界一定对气体做功

C．若气体的温度升高, 则每个气体分子的速度一定增大

D．若气体压强不变, 气体分子平均距离增大时, 则气体分子的平均动能一定增大 9．下列说法正确的是 ( C D ) A．机械能全部变成内能是不可能的

B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生, 也不会凭空消失, 只能从一个物体转移到另一个物体, 或从一种形式转化成另一种形式。 C．根据热力学第二定律可知, 热量也可能从低温物体传到高温物体 D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的

10．被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度增加, 压强保持不变, 则 ( C ) A．气缸中每个气体分子的速率都增大 B．气缸中单位体积气体分子数增多

C．气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量 D．气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量 13．（9分）（选做, 适合选修3—3的同学）注意观察的同学会发现, 用来制冷的空调室内机通常挂在高处, 而用来取暖的暖气片却安装在较低处, 这是由于要利用热空气密度小而冷空气密度大来形成对流的缘故。请你解释, 为什么热空气密度小而冷空气密度大？将一氢气球放飞, 随着气球高度的不断增大, 若高空气压不断降低, 气球的体积也不断增大, 而温度基本不变。请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的？ 解：（1）根据盖·吕萨克定律可知, 对于质量一定的气体（2分）, 在压强一定的情况下（1分）, 温度越高, 体积越大（2分）, 故密度越小。

（2）气球要不断从外界吸热（2分）, 将吸取的能量用来不断对外做功（2分）。 13．（1）（6分）（选做, 适合选修3—3的同学）

汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时, 气体体积膨胀推动活塞对外做功。已知在某次对外做功的冲程中汽油燃烧释放的化学能为1×103J, 因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为2.5×102J, 则该内燃机对外所做的功为 J,该内燃机的效率为 。随着科技的进步, 不断设法减小热量损失, 则内燃机的效率不断提高, 效率

（填“有可能”、“仍不可能”）达到100%。

本小题考查对热力学第一定律和效率概念的理解, 考查实验探究能力。 7.5×102J（2分）, 75%（2分）。仍不可能（2分）

9．如图所示, 绝热的容器内密闭一定质量的气体（不计分子势能）, 用电阻丝对气体缓慢加热, 绝热活塞可无摩擦地缓慢上升, 下列说法正确的是（ D ） A．气体对外做功, 其内能减少

B．气体分子在单位时间内撞击活塞的个数增加 C．气体分子在单位时间内对活塞的冲量增大

D．对气体加热产生的热量一定大于气体对外所做的功 12．（3）（本题4分）如图所示, 绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分, S与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同E 种气体a和b．气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝

S a b 对气体a缓慢加热一段时间后, a、b各自达到新的平衡状态．试分U

析a、b两部分气体与初状态相比, 体积、压强、温度、内能各如何变化？

答：气缸和隔板绝热, 电热丝对气体a加热, a温度升高, 体积增大, 压强增大, 内能增大；………………………………………………………………………… （2分） a对b做功, b的体积减小, 温度升高, 压强增大, 内能增大．…………（2分） 36、（8分）【物理－物理3－3】

喷雾器内有10 L水, 上部封闭有1 atm的空气2 L．关闭喷雾阀门, 用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3 L（设外界环境温度一定, 空气可看作理想气体）．

⑴当水面上方气体温度与外界温度相等时, 求气体压强, 并从微观上解释气体压强变化的原因． ⑵打开喷雾阀门, 喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀, 此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由．

解：⑴设气体初态压强为p1, 体积为V1；末态压强为p2, 体积为V2, 由玻意耳定律p1V1＝ p1V1 代入数据得：p2＝2.5 atm

微观解释：温度不变, 分子平均动能不变, 单位体积内分子数增加, 所以压强增加． ⑵吸热．气体对外做功而内能不变, 根据热力学第一定律可知气体吸热 14．【物理3－3】(8分)如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置, 开始时封闭的空气柱长度为22cm, 现用竖直向下的外力F压缩气体, 使封闭的空气柱长度变为2cm,

F 人对活塞做功100J, 大气压强为p0=1×105Pa, 不计活塞的重力．问：

①若用足够长的时间缓慢压缩, 求压缩后气体的压强多大?

②若以适当的速度压缩气体, 向外散失的热量为20J, 则气体的内能增加多少?(活 塞的横截面积S=1cm2)

解：(8分)解①设压缩后气体的压强为p, 活塞的横截面积为S,

l0=22cm, l =2cm, V0= l0S, V=LS．缓慢压缩, 气体温度不变, 由玻意耳定律： p0V0=pV (3分)

解出p=1.1×106 Pa (1分)

②大气压力对活塞做功W1 =p0 S ( l0-l ) =2J, 人做功W2=l00J, (1分) 由热力学第一定律：

△U=W1+W2+Q (2分)

将Q＝－20J等代入, 解出△U=82J (1分)12.I．(12分)(选修3-3试题)

如图所示, 一气缸竖直放置, 用一质量为m的活塞在缸内封闭了一定量的理想气体, 在气缸的底部安装有一根电热丝, 用导线和外界电源相连, 已知气缸壁和活塞都是绝热的, 气缸壁与活塞间接触光滑且不漏气．现接通电源, 电热丝对缸内气体缓慢加热． (1)关于气缸内气体, 下列说法正确的是________

A．单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少 B．所有分子的速率都增加

电热丝 C．分子平均动能增大

D．对外做功, 内能减少

(2)设活塞横截面积为S, 外界大气压强为p0, 电热丝热功率为P, 测得通电t电源 时间内活塞缓慢向上移动高度h, 求： ①气缸内气体压强的大小；

② t时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量． 解：(1) CD

(2) ①由活塞受力平衡,

②气体对外做功W=pSh=p0Sh+mgh 内能的变化量△E=Q-W=Pt-mgh- p0Sh

p0?mg?pS