《高中物理一轮复习讲义》第12章 第3讲 热力学定律和能量守恒定律

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第十二章 热学
第3讲 热力学定律和能量守恒定律
【教学目标】1、知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律
2、知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律
3、掌握能量守恒定律及其应用
【重、难点】1、热力学第一定律；2、能量守恒定律
【知识梳理】
考点一　热力学第一定律与能量守恒定律
1．热力学第一定律
（1）内容：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．
（2）表达式：ΔU＝
（3）公式中正、负号法则
物理量
意义
符号
W Q ΔU
＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加
－ 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少
2．能量守恒定律
（1）内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 转化为另一种形式，或者
从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
（2）能量守恒定律是一切自然现象都遵守的基本规律．
【思维深化】
1
ΔU＝Q＋W的三种特殊情况
过程名称 公式 内能变化 物理意义
绝热 Q＝0 ΔU＝W外界对物体做的功等于物体内能的增加
等容 W＝0Q＝ΔU物体吸收的热量等于物体内能的增加
等温 ΔU＝0W＝－Q外界对物体做的功等于物体放出的热量
典例精析
例1．（2015·北京理综·13）下列说法正确的是（　　）
A．物体放出热量，其内能一定减小
B．物体对外做功，其内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
例2．（2015·重庆·10（1））某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．
若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么（　　）
A．外界对胎内气体做功，气体内能减小 B．外界对胎内气体做功，气体内能增大
C．胎内气体对外界做功，内能减小 D．胎内气体对外界做功，内能增大
例3．木箱静止于水平地面上，现在用一个 80 N 的水平推力推动木箱前进 10 m，木箱受到的摩擦
力为 60 N，则转化为木箱与地面系统的内能 U和转化为木箱的动能 Ek分别是（　　）
A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J
C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J
例4．【热力学第一定律的应用】一定质量的气体，在从状态 1变化到状态 2的过程中，吸收热量
280 J，并对外做功 120 J，试问：
（1）这些气体的内能发生了怎样的变化？
（2）如果这些气体又返回原来的状态，并放出了 240 J 的热量，那么在返回的过程中是气体对外界
做功，还是外界对气体做功？做功多少？
2
考点二　热力学第二定律
1．热力学第二定律的三种表述
（1）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．
（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响．或表述
为“第二类永动机不可能制成．”
（3）用熵的概念进行表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小（热力学第二定律
又叫做熵增加原理）．
2．热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．
3．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．
4．两类永动机的比较
第一类永动机 第二类永动机
不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做
功的机器
从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而
不产生其他影响的机器
违背能量守恒定律，不可能制成 不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定
3
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