热力学定律与能量守恒
热力学定律与能量守恒
知识点一热力学第一定律
1.改变内能的两种方式
(1) .
(2) .
2.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与外界对它所做的功的和.
(2)表达式：ΔU＝.
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则
答案：1.(1)做功(2)热传递 2.(1)热量(2)Q＋W(3)吸收增加放出减少
知识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.
(2)开尔文表述：不可能从单一热源，使之完全变成功，而不产生.或表述为“第二类永动机不可能制成”.
(3)用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵(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的方向进行.
答案：1.(1)从低温物体传到高温物体(2)吸收热量其他影响(3)不会减小 2.增大知识点三能量守恒定律
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，能量的保持不变.
2.能源的利用
(1)存在能量耗散和.
(2)重视利用能源时对的影响.
(3)要开发新能源(如、生物质能、风能、水流能等).
答案：1.转化转移总量 2.品质降低环境(3)太阳能
考点对热力学第一定律的理解
1.内能和改变内能的两种方式
(1)内能是物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能.
(2)做功和热传递能够改变物体的内能，二者在改变内能上是等效的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的：做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移.
2.对公式ΔU＝Q＋W符号的确定
(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)若过程的始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.
考向1 对内能的理解
[典例1](2016·新课标全国卷Ⅲ)(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是( )
A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C.气体被压缩时，内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
[解题指导] (1)物体的内能与物体的机械运动无关.
(2)一定量的实际气体的内能与气体体积、温度都有关，而一定量的理想气体的内能只与温度有关.
[解析] 温度相同的气体分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，气体的动能也不同，所以内能不一定相同，A项错误；气体的内能与整体运
动的机械能无关，B项错误；理想气体等温压缩过程中，其内能不变，C项正确；理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以D项正确；由盖—吕萨克定律可知，一定量的理想气体，等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，E项正确.
[答案] CDE
考向2 对热力学第一定律的理解
[典例2](多选)关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是( )
A.气体体积增大时，其内能一定减少
B.外界对气体做功，气体内能可能减少
C.气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D.气体温度升高，其分子平均动能一定增加
E.气体温度升高，气体可能向外界放热
[解析] 做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，选项A、C错误，B正确.温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，其分子平均动能一定增加，内能增加，若外界对气体做的功大于内能的增加量，则气体向外放热，故D、E正确.
[答案] BDE
考向3 热力学第一定律的计算
[典例3]如图所示p-V图象中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，放出热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J.
(1)ACB过程中气体的内能如何变化？变化了多少？
(2)BDA过程中气体吸收还是放出多少热量？
[解析] (1)ACB过程中W1＝－280 J，Q1＝－410 J
由热力学第一定律U B－U A＝W1＋Q1＝－690 J
气体内能的减少量为690 J.
(2)因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA过程中气体内能变化量U A－U B＝
690 J
由题知W2＝200 J
由热力学第一定律U A－U B＝W2＋Q2
解得Q2＝490 J，即气体吸收热量490 J.
[答案] (1)减少了690 J (2)吸收490 J
考点对热力学第二定律的理解
1.对热力学第二定律关键词的理解
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
自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.如：
热量Q能自发传给
低温物体
(1)高温物体
热量Q不能自发传给
能自发地完全转化为
(2)功
热
不能自发地且不能完全转化为
能自发膨胀到
气体体积V2(较大)
(3)气体体积V1
不能自发收缩到
能自发混合成
(4)不同气体A和B
混合气体AB
不能自发分离成
3.两类永动机的比较
考向1 对热力学第二定律的理解
[典例4](多选)根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是( )
A.机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性.在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
C.尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%
D.制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
E.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
[解析] 机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，C正确；由能量守恒知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量，故D正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，E错误.
[答案] ACD
考向2 热力学定律的综合应用
[典例5](多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( )
A.第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
B.能量耗散过程中能量不守恒
C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律
D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
[解析] 第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功，违背了能量守恒定律，所以不可能制成，故A正确；能量耗散过程中能量也守恒，故B错误；电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是由于压缩机做功，并不违背热力学第二定律，故C错误；能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确；根据热力学第二定律可知：气体不可能从单一热源吸热，并全部用来对外做功，而不引起其他变化，若引起外界变化则可以，故E正确.
[答案] ADE
考点热力学定律与气体图象的综合应用
1.判断理想气体内能变化的方法
(1)若做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化要用热力学第一定律进行分析.
(2)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，即外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能
的增加量(减少量).
(3)等容变化，W ＝0，Q ＝ΔU ，即物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加量(减少量).
(4)等温变化，ΔU ＝0，则W ＋Q ＝0或W ＝－Q ，即外界对物体做的功等于物体放出的热量(物体对外界做的功等于物体吸收的热量).
2.理想气体与热力学第一定律相结合的解题步骤
(1)以一定质量的理想气体作为研究对象.
(2)应用气体实验定律或理想气体状态方程分析气体的状态变化规律.
(3)结合理想气体状态方程与热力学第一定律，抓住不变量，共同确定内能与其他物理量的变化情况.
[典例6] (2016·新课标全国卷Ⅱ)(多选)一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p -T 图象如图所示，其中对角线ac 的延长线过原点O .下列判断正确的是( )
A.气体在a 、c 两状态的体积相等
B.气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能
C.在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D.在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E.在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功
[解析] 由pV T ＝C 可知，p -T 图象中过原点的一条倾斜的直线是等容线，A 项正确；气体从状态c 到状态d 的过程温度不变，内能不变，从状态d 到状态a 的过程温度升高，内能增加，B 项正确；由于过程cd 中气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外放出的热量等于外界对气体做的功，C 项错误；在过程da 中气体内能增加，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，D 项错误；过程bc 中，外界对气体做的功W bc ＝p b (V b －V c )＝p b V b －p c V c ，过程da 中气体对外界做的功W da ＝p d (V a －V d )＝p a V a －p d V d ，由于p b V b ＝p a V a ，p c V c ＝p d V d ，因此过程bc 中外界对气体做的功与过程da 中气体对外界做的功相等，E 项正确.
[答案] ABE
[变式] 如图所示，一定质量的理想气体经历A →B 、B →C 、C →A 三个变化过程，则：
(1)符合查理定律的变化过程是 ；C →A 过程中气体 (填“吸收”或“放出”)热量， (填“外界对气体”或“气体对外界”)做功，气体的内能 (填“增加”“减少”或“不变”).
(2)已知理想气体在状态A 时的温度是27 ℃，求气体在状态C 时的温度.
答案：(1)B →C 吸收 气体对外界 增加 (2)150 K
解析：(1)B →C 过程中，体积不变，为等容变化过程，符合查理定律；C →A 过程为等压变化，随着温度升高，气体内能增加，气体膨胀对外界做功，根据热力学第一定律可知：气体吸收热量.
(2)C →A 过程中气体压强不变，由盖—吕萨克定律可知：V C T C ＝V A
T A
，可得T C ＝150 K. 专项精练
1.[对热力学第一定律的理解]在一锅正在沸腾的水中，一个小气泡由底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的压强不断减小，则气泡在上浮过程中( )
A.内能增大
B.内能减小
C.外界对气泡做功
D.吸收热量
答案：D 解析：在沸腾的水中，此环境下，气泡的温度恒定，则气泡的内能不变，故选项A 、B 错误；根据玻意耳定律，pV ＝C ，气泡在上升过程中，压强减小，则体积增大，即气泡对外做功，故选项C 错误；通过上述分析，得知气泡内能不变，且对外做功，根据ΔU ＝W ＋Q ，则气泡吸收了热量，故选项D 正确.
2.[对热力学第二定律的理解](多选)根据热力学定律，下列说法中正确的是( )
A.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D.压缩气体总能使气体的温度升高
答案：AB 解析：热力学第二定律的表述之一是热量不能自发地从低温物体传到高
温物体，即自发的热传递具有方向性，选项A 中热量并非自发地从低温物体传到高温物体，选项A 正确；空调机制冷过程中一方面从室内吸收热量，另一方面所消耗电能中的一部分又变为热量散失在室外，使排放到室外的热量多于从室内吸收的热量，选项B 正确；由热力学第二定律的表述“不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化”
可知选项C错误；内能的变化决定于做功和热传递两个方面，压缩气体的同时向外界放热，气体的温度可能不变，也可能降低，选项D错误.
3.[热力学第一、第二定律综合]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
B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
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
答案：D 解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于零，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确.
4.[气体图象](多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V-t图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是( )
A.气体的内能增大
B.气体的内能不变
C.气体的压强减小
D.气体的压强不变
E.气体对外做功，同时从外界吸收热量
答案：ACE 解析：由状态A到状态B，温度升高，内能增大，A正确，B错误；由理想气体状态方程可知，由状态A到状态B，压强减小，C正确，D错误；气体内能增加，从外界吸收热量，压强减小，对外做功，E正确.
5.[气体图象](多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图象如图所示，下列判断正确的是( )
A.过程ab中气体一定吸热
B.过程bc中气体既不吸热也不放热
C.过程ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D.a 、b 和c 三个状态中，状态a 分子的平均动能最小
E.b 和c 两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
答案：ADE 解析：因为pV T ＝常数，从题图中可看出，ab 过程p T
不变，则体积V 不变，因此ab 过程是温度升高、压强增大、体积不变，根据热力学第一定律可知，过程ab 一定是吸热过程，A 正确；bc 过程温度不变，但是压强减小，体积膨胀对外做功，应该是吸收热量，B 错误；ca 过程压强不变、温度降低、体积减小，外界对气体做功，但由于温度降低，说明对外放热大于外界对其做的功，故C 错误；状态a 温度最低，而温度是分子平均动能的标志，所以状态a 分子的平均动能最小，D 正确；bc 过程体积增大了，容器内分子数密度减小，温度不变，分子平均速率不变，因此c 状态单位面积容器壁在单位时间内受到分子碰撞的次数减少了，E 正确.
第一章 热力学第一、二定律试题及解答
第一章 热力学第一定律 一、选择题 1．下述说法中，哪一种正确（ ） (A)热容C 不是状态函数； (B)热容C 与途径无关； (C)恒压热容C p 不是状态函数；(D)恒容热容C V 不是状态函数。 2．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是（ ） (A) 体系处于一定的状态，具有一定的内能； (B) 对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值； (C) 状态发生变化，内能也一定跟着变化； (D) 对应于一个内能值，可以有多个状态。 3．某高压容器中盛有可能的气体是O 2 ,Ar, CO 2, NH 3中的一种，在298K 时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，温度降低21K ，则容器中的气体（ ） (A) O 2 (B) Ar (C) CO 2 (D) NH 3 4．戊烷的标准摩尔燃烧焓为-3520kJ·mol -1，CO 2(g)和H 2O(l)标准摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol -1和-286 kJ·mol -1，则戊烷的标准摩尔生成焓为（ ） (A) 2839 kJ·mol -1 (B) -2839 kJ·mol -1 (C) 171 kJ·mol -1 (D) -171 kJ·mol -1 5．已知反应)()(2 1)(222g O H g O g H =+的标准摩尔反应焓为)(T H m r θ ?，下列说法中不正确的是（ ）。 (A). )(T H m r θ?是H 2O(g)的标准摩尔生成焓 (B). )(T H m r θ ?是H 2O(g)的标准摩尔燃烧焓 (C). )(T H m r θ?是负值 (D). )(T H m r θ?与反应的θ m r U ?数值相等 6．在指定的条件下与物质数量无关的一组物理量是（ ） (A) T , P, n (B) U m , C p, C V (C) ΔH, ΔU, Δξ (D) V m , ΔH f,m (B), ΔH c,m (B) 7．实际气体的节流膨胀过程中，下列那一组的描述是正确的（ ） (A) Q=0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 (B) Q=0 ΔH<0 ΔP> 0 ΔT>0 (C) Q>0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT<0 (D) Q<0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 8．已知反应 H 2(g) + 1/2O 2(g) →H 2O(l)的热效应为ΔH ，下面说法中不正确的是（ ） (A) ΔH 是H 2O(l)的生成热 (B) ΔH 是H 2(g)的燃烧热 (C) ΔH 与反应 的ΔU 的数量不等 (D) ΔH 与ΔH θ数值相等 9．为判断某气体能否液化，需考察在该条件下的（ ） (A) μJ-T > 0 (B) μJ-T < 0 (C) μJ-T = 0 (D) 不必考虑μJ-T 的数值 10．某气体的状态方程为PV=RT+bP(b>0)，1mol 该气体经等温等压压缩后其内能变化为（ ）
第二章-热力学第一定律--题加答案
第二章热力学第一定律 1. 始态为25 °C，200 kPa的5 mol某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到-28.47 °C，100 kPa，步骤的功；再恒容加热到压力 200 kPa的末态，步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。（天大2.5题） 解：先确定系统的始、末态 对于途径b，其功为 根据热力学第一定律 2. 2 mol某理想气体，。由始态100 kPa，50 dm3，先恒容加热使压力增大到200 dm3，再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的。（天大2.10 题） 解：过程图示如下 由于，则，对有理想气体和只是温度的函数 该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是方便的
根据热力学第一定律 3. 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5 mol，摩尔分数，始态温 度，压力。今该混合气体绝热反抗恒外压膨胀到平 衡态。求末态温度及过程的。（天大2.18题） 解：过程图示如下 分析：因为是绝热过程，过程热力学能的变化等于系统与环境间以功的形势所交换的能量。因此， 单原子分子，双原子分子 由于对理想气体U和H均只是温度的函数，所以 4. 1.00mol（单原子分子）理想气体，由10.1kPa、300K按下列两种不同的途 径压缩到25.3kPa、300K，试计算并比较两途径的Q、W、ΔU及ΔH。
(1）等压冷却，然后经过等容加热； （2）等容加热，然后经过等压冷却。 解：C p,m=2.5R, C V,m=1.5R （1） 10.1kPa、300K 10.1kPa、119.8 25.3kPa、300K 0.2470dm30.09858 dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×2.5R×(119.8-300)+ 1.00×1.5R×(300-119.8) =-3745+2247=-1499(J) W=W1+W2=-10.1×103×(0.09858-0.2470)+0=1499(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 （2） 10.1kPa、300K 25.3kPa、751.6 25.3kPa、300K 0.2470dm30.2470dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×1.5R×(751.6-300)+ 1.00×2.5R×(300-751.6) =5632-9387=-3755(J) W=W1+W2=0-25.3×103×(0.09858-0.2470) =3755(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 计算结果表明，Q、W与途径有关，而ΔU、ΔH与途径无关。 5. 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。隔板靠活塞一侧为2 mol，0 °C的单原子理想气体A，压力与恒定的环境压力相等；隔板的另一侧为6 mol，100 °C的双原子理想气体B，其体积恒定。今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板，求系统达平衡时的T 及过程的。 解：过程图示如下 显然，在过程中A为恒压，而B为恒容，因此
第五章--热力学基础Word版
第五章 热力学基础 一、基本要求 1．掌握理想气体的物态方程。 2．掌握内能、功和热量的概念。 3．理解准静态过程。 4．掌握热力学第一定律的内容，会利用热力学第一定律对理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能增量进行计算。 5．理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系。掌握卡诺循环系统效率的计算，会计算其它简单循环系统的效率。 6．了解热力学第二定律和熵增加原理。 二、本章要点 1．物态方程 理想气体在平衡状态下其压强、体积和温度三个参量之间的关系为 RT M m PV = 式中是m 气体的质量，M 是气体摩尔质量。 2．准静态过程 准静态过程是一个理想化的过程，准静态过程中系统经历的任意中间状态都是平衡状态，也就是说状态对应确定的压强、体积、和温度。可用一条V P -曲线来表示 3．内能 是系统的单值函数，一般气体的内能是气体温度和体积的函数),(V T E E =，而理想气体的内能仅是温度的函数)(T E E =。 4．功、热量 做功和传递热量都能改变内能，内能是状态参量，而做功和传递热量都与过程有关。气体做功可表示为 ?=2 1 V V PdV W 气体在温度变化时吸收的热量为 T C M m Q ?= 5．热力学第一定律 在系统状态发生变化时，内能、功和热量三者的关系为 W E Q +?= 应用此公式时应注意各量正负号的规定：0>Q ，表示系统吸收热量，0 6．摩尔热容 摩尔热容是mol 1物质在状态变化过程中温度升高K 1所吸收的热量。对理想气体来说 dT dQ C V m V = , dT dQ C P m P =, 上式中m V C ,、m P C ,分别是理想气体的定压摩尔热容和定体摩尔热容，两者之差为 R C C m V m P =-,, 摩尔热容比：m V m P C C ,,/=γ。 7．理想气体的几个重要过程 8．循环过程和热机效率 （1）循环过程 系统经过一系列变化后又回到原来状态的过程，称为循环过程。 （2）热机的效率 吸 放吸 净Q Q Q W - == 1η （3）卡诺循环 卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。其效率为 1 2 1T T - =η 工作在相同的高温热源和相同低温热源之间的热机的效率与工作物质无关，且以可逆卡诺热机的效率最高。 第3节热力学第一定律 目标导航 1?知道热力学第一定律的内容及其表达式 2?理解能量守恒定律的内容 3?了解第一类永动机不可能制成的原因 诱思导学 1.热力学第一定律 (1).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。这个关系叫做热力学第一定律。 其数学表达式为：A U=W+Q (2).与热力学第一定律相匹配的符号法则 (3)热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时 也进一步揭示了能量守恒定律。 (4)应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则写出各已知量( W、Q、A U)的正、负； ②根据方程A U=W+Q求出未知量； ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。 2.能量守恒定律 ⑴自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能 ;分子热运动对应内 能；电磁运动对应电磁能。 ⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。 ⑶.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其总量不变。这就是能量守恒定律。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 (6).能量守恒定律的重要意义 第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更 重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实岀发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能 量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣 告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能 制造出来的。 典例探究 例1一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8X104尚功，气体的内能减少了1.2杓勺，则下列 第3讲热力学定律与能量守恒 考点一热力学第一定律的理解及应用 1．热力学第一定律的理解 不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。 2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 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 三种特殊的状态变化过程 (1)如图所示的绝热过程：有Q＝0，则W＝ΔU，外界对系统做的功等于系统内能的增加。 (2)不做功过程：即W＝0，则Q＝ΔU，系统吸收的热量等于系统内能的增加。 (3)内能不变过程：即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对系统做的功等于系统放出的热量。 [思维诊断] (1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。() (2)绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功，气体的内能可能减少。() (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量并没有消失。() (4)热传递和做功的实质不相同。() 答案：(1)√(2)×(3)√(4)√ [题组训练] 1．[热力学第一定律与热学知识的组合](多选)下列说法中正确的是() A．尽管技术不断进步，但热机的效率仍不能达到100%，而制冷机却可以使温度降到 热力学零度 B．雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的 C．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气压强的比值E．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越不明显 解析：热力学零度只能接近而不能达到，A错误；雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的，B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，温度每升高1 K，内能增加，但既可能是吸收热量，也可能是对气体做功使气体的内能增加，C正确；空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值，故D错误；微粒越大，某一瞬间撞击它的分子数越多，受力越容易平衡，布朗运动越不显著，E正确。 答案：BCE 2．[应用热力学第一定律定量计算] 如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c时，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量。 解析：一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J，由热力学第一定律有ΔU＝Q1＋W1＝340 J－120 J＝220 J，即从状态a到状态c，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能增加还是220 J，所以可以判定此过程是吸收热量，由热力学第一定律有ΔU＝Q2＋W2，得Q2＝ΔU－W2＝220 J＋40 J ＝260 J 答案：吸热260 J 3．[热力学第一定律与气体实验定律的综合应用]一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程，该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。求： 第一章 热力学第一定律及应用练习题 一、 填空：（填＜、＞或＝） 1、理想气体的自由膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 2、理想气体的等压膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0；△H △U ； 3、理想气体的等容升压：△U 0；△H 0；Q 0；W 0；△H △U ； 4、理想气体的等温压缩：△U 0；△H 0；Q 0；W 0；Q W ； 5、理想气体的节流膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 6、理想气体绝热抗恒外压膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 7、实际气体的绝热自由膨胀：△U 0； Q 0；W 0；△T 0； 8、实际气体的恒温自由膨胀：△U 0； Q 0；W 0；△U Q ； 9、实际气体的节流膨胀：△H 0； Q 0； 10、实际气体经循环过程恢复原状：△U 0；△H 0； 11、0℃、P 压力下冰融化为水：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 12、水蒸气通过蒸气机对外作功后恢复原状： △U 0；△H 0；Q 0；W 0；Q W ； 13、100℃、P 压力下的H 2O （l ）向真空蒸发成同温同压下的蒸气： △U 0；△H 0；Q 0；W 0；△U Q ； 14、H 2（g ）和O 2（g ）在一绝热恒容反应器中剧烈反应生成水： △U 0； Q 0；W 0； 15、对于理想气体：V T U ??? ???? 0；P T U ??? ???? 0；T V U ??? ???? 0； T P U ??? ???? 0；V T H ??? ???? 0；P T H ??? ???? 0；T V H ??? ???? 0； T P H ??? ???? 0；V T U ??? ???? P T U ??? ????；V T H ??? ???? P T H ??? ????； 二、单项选择题： 1．热力学第一定律的数学表达式△U ＝Q —W 只能适用于 (A)理想气体 ; (B)封闭物系; (C)孤立物系 ; (D)敞开物系 2、1mol 单原子理想气体，在300K 时绝热压缩到500K ，则其焓变△H 约为 （A ）4157J ；（B ）596J ；（C ）1255J ；（D ）994J 3、同一温度下，同一气体物质的等压摩尔热容Cp 与等容摩尔热容C V 之间 存在 （A ）Cp 对热力学第三定律的理解及应用 在学习了物理书中的“热学”篇后，对于书中提到的热力学四大定律很感兴趣。其中热力学第一定律与热力学第二定律在书中都有了较为详尽的介绍，并且我们也认真地做了相关的习题，可以说对于这两个定律较为熟悉，而对于热力学第零定律与第三定律却了解不多。因此，在课下，我查阅了相关资料。对于这两个定律有了一定了解。 热力学第零定律表述为：“如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。” 热力学第三定律表述为：“热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时趋于定值，特别地，对于完整晶体，这个定值为零。”可以用这一公式表达，0)(lim 0=?=s t 而另一种表述为：“不可能通过有限的步骤，将一个物体冷却到绝对温度的零度。” 对于第三定律中提到的，“不能通过有限步骤，达到绝对零度”我感到了困惑与好奇。 对于这一定律有这么一种解释：理论上，若粒子动能低到量子力学的最低点时，物质即达到绝对零度，不能再低。然而，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量热量。 另一种解释是：当原子达到绝对零度后，就会处于静止状态，而这违反了海森堡不确定原理指出的“不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量”。 尽管，绝对零度在实际生活中似乎无法达到，但科学家还是不遗余力的尝试着接近绝对零度。据报道，由德国、美国、奥地利等国科学家组成的一个国际科研小组在实验室内创造了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度纪录，而此前的纪录是比绝对零度高3纳开。这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳开以内的极端低温。 而通过研究物体在接近绝对零度度过程中材料属性的变化，可以为工程应用提供材料，而在微观领域也可研究低温环境对于原子产生的影响，比如原子在接近绝对零度时是如何运动的，物体呈现一种什么样的状态，这对于原子物理的发展有巨大促进作用。 热力学第三定律在生活中也得到了应用。比如在研究过程中，发现了一些物体存在着超导现象，这一发现对于降低能耗，减少能源浪费都有着不可估量的意义。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。即磁悬浮。对于磁悬浮技术的应用，主要是磁悬浮列车，其优点在于耗能不仅低于普通火车，更大大低于汽车和飞机。在驱动功率相同时，其耗能仅为汽车的1/3，飞机的1/4，而降低能耗是环境保护的最主要问题。 通过科学家对于绝度零度都不断的追求，我们可以看出科学永无止境，作为科学工作者要有一种锲而不舍的精神。 第3讲热力学定律与能量守恒定律 知识要点 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递。 2.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＝Q＋W。 (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则： 物理量 意义 W Q ΔU 符号 ＋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 1.热力学第二定律的两种表述 (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。 (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 2.用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 3.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。 4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。 三、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，或者是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.条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。 3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。 基础诊断 1.(多选)下列说法正确的是() A.外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变 B.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机 E.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加 答案ABE 2.(多选)下列说法正确的是() A.分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大 B.当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大 C.一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量 D.一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量 E.熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度 解析分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，A错误；当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大，B正确；等温膨胀，温度不变，气体内能不变，体积增大，对外做功，要保持内能不变，所以需要从外界吸收热量，C正确；等压膨胀，压强不变，体积增大，根据公式 pV ＝C可得温度升高，内能增大，需要吸收热量，故D错误；熵的物理意义反T 映了宏观过程对应的微观状态的多少，标志着宏观状态的无序程度，即熵是物体内分子运动无序程度的量度，E正确。 热力学第一定律与能量守恒定律 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳． 2．三种特殊情况 (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关于气体的内能，下列说法正确的是() A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C．气体被压缩时，内能可能不变 D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 答案CDE 解析质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A错误；宏观运动和微观运动没有关系， 所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；根据pV T＝C可知，如果等温压缩，则内能不 变；等压膨胀，温度增大，内能一定增大，C、E正确；理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D正确．练习题 1．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是() A．保持气体的压强不变，改变其体积，可以实现其内能不变 B．保持气体的压强不变，改变其温度，可以实现其内能不变 C．若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变 D．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E．当气体体积逐渐增大时，气体的内能一定减小 答案CD 2.3热容 2.3.1热容 在以下三种情况下体系与环境之间能量可能以热的形式进行传递： 1.体系中物质的化学性质和聚集状态不变而温度变化的过程或称单纯物理 变温过程。 2.相变过程； 3.化学反应过程。 本节着重讨论第一类情况。 任何一个物体（或系统），升高单位温度所吸收的热量称为该物体的热容。它属于热响应函数，自然是状态函数。 加热可以使体系温度升高，所需热量与温升程度成正比： Q∝ ΔT 或(2-16) 故(2-17) 称为“平均热容”，相当于在一定温度范围内体系温度升高1o 所需热量的平均值。当所取物质数量为一摩尔，则称为“摩尔平均热容”： (2-18) 或(2-19) 热容随温度变化，只有当所取温度间隔ΔT愈小时，所求得的值才愈接近于指定温度下热容的数值。定义“真实热容” C为： (2-20) 而摩尔热容 (2-21) 或 (2-22) 物质的摩尔热容C m与比热C s ()之间有如下关系 (2-23) 式中M为物质的摩尔质量。 以下谈及“热容”如无特别指明,均系指“摩尔热容”而言，“摩尔”二字从略。 2.3.2 等容热容与等压热容 热与途径有关，故热容也与只有在完成过程的途径指定之后，它们才有确定的数值。在物理化学中最常用到的热容有两种形式：“等容热容”C v（或C v.m）和“等压热容”C p（或C p.m）。它们也都称为热响应函数。 对于无非膨胀功发生的封闭体系，第一定律可以表示为： dU =δQ -pdV (2-24) 或δQ =dU +pdV (2-25) 等容条件下，dV =0 δQ v =dU (2-26) 而 (2-27) 故等容热容 (2-28) 若定义一新热力学函数H，称为“焓” H≡U +pV (2-29) 由于U、p、V均为状态函数，而U和pV均具有能量的量纲，故H必然为一具有能量量纲的状态函数。定义H之后，可以看到很有意义的结果： ∵δQ =dU +pdV (2-25) 在等压条件下： 热力学： 1.热力学第一定律：自然界中的一切物质都有能量，能量不可能被创造，也不 可能被消灭，但可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转换过程中能量的总量保持不变。 2.热力学第二定律： 克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价的从低温物体传至高温物体。 开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。 第二类永动机是不存在的。 3．热力学第三定律： 奈斯特定理：当温度趋于绝对温度时，任何物质系统中所发生的过程，其熵变也趋于零。 不可能通过有限过程将系统冷却至绝对零度。 绝对零度只能无限逼近，而不能最终达到。 4．热力学第零定律： 两个系统分别通过导热壁与第三个物体达热平衡，则这两个物体彼此间也必然达热平衡。 5．卡诺定理： （1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆卡诺机，其效率都相等，与工作物质无关。 （2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热卡诺机，其效率必小于可逆机的效率。 燃气轮机： 工作原理：： 燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。 空气与燃料混合燃烧后的高温高压燃气推动涡轮做功带动发电机发电。 机械设计基础： 自由度：构件可能出现的独立运动的数目。对构建自由度的限制叫做约束。 零件—静连接—构件—运动副—机构—动静连接—机器—机械。 英语： 热能与动力工程—Thermal energy and power engineering 机械动力—Mechanical power 机械设计基础—Mechanical design basis 热力学—Thermodynamics 传热学—Heat-transfer 专业—major 高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒 （含标准答案及解析） 时间：45分钟分值：100分 1．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是() A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量不守恒 C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 2．根据热力学第二定律，下列说法中正确的是() A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能 D．机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能 3．关于一定量的气体，下列叙述正确的是() A．气体吸收的热量可以完全转化为功 B．气体体积增大时，其内能一定减少 C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．外界对气体做功，气体内能可能减少 4．(2013·东北三校二模)一个气泡从湖底缓慢上升到湖面，在上升的过程中温度逐渐升高，气泡内气体可视为理想气体，在此过程中，关于气泡内气体下列说法正确的是() A．气体分子平均动能变小 B．气体吸收热量 C．气体对外做功 D．气体内能增加 5．(2012·高考广东卷)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中() A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 6．(2011·高考重庆卷)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体() A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小 选修3-3 第3讲 一、选择题 1．有关“温度”的概念，下列说法中正确的是( ) A．温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B．温度是分子平均动能的标志 C．一定质量的某种物质，内能增加，温度一定升高 D．温度较高的物体，每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大 [答案] B [解析] 温度是分子平均动能的标志，但不能反映每个分子的运动情况，所以A、D错误，由ΔU＝Q＋W可知C错，故选项B正确． 2．第二类永动机不可能制成，这是因为( ) A．违背了能量守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 [答案] D [解析] 第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成，选项D正确． 3．(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( ) A．从外界吸热B．对外界做负功 C．分子平均动能减小D．内能增加 [答案] A [解析] 该题考查了热力学定律，由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变，放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热．A选项正确． 4．如图所示，两相同的容器装同体积的水和水银，A、B两球完全 相同，分别浸没在水和水银的同一深度，A、B两球用同一种特殊的材料 制成，当温度稍升高时，球的体积会明显变大．如果开始时水和水银的 温度相同，且两液体同时缓慢地升高同一值，两球膨胀后，体积相等， 则( ) A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多 第二小组测试卷一 2012—2013学年第一学期 一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 物质临界点的性质与什么有关？------------------ -----------( ) A. 与外界温度有关 B. 与外界压力有关 C. 是物质本身的特性 D. 与外界物质有关 2. 下列说法错误的是------------------------------------------------( ) A . 压力是宏观量 B . 压力是体系微观粒子相互碰撞时动量改变量的量度 C . 压力是体系微观粒子碰撞器壁时动量改变量的量度 D . 压力是体系微观粒子一种运动行为的统计平均值 3. 范德华气体方程式中的常数a 与b 应取何值？-------------( ) A. 都大于零 B. 都小于零 C. a 大于零，b 小于零 D. a 小于零，b 大于零 4. 理想气体的分子运动论公式为 PV=3 1Nmu2 式中，u 是-( ) A. 分子平均运动速率 B. 最可几速率 C. 分子运动最大速率 D. 根均方速率 5．成年人每次呼吸大约为500ml 空气，若其压力为100kPa ，温度为20℃，则 其中有多少氧分子？ --------------------------------------------( ) A . 4.305×103 mol B . 0.0205mol C . 22.32mol D . 4.69mol 6. 在同一温度下，同一气体物质的摩尔定压热容C p ,m 与摩尔定容热容C V ,m 之间的关系为-----------------------------------------------------( )。 考试科目 物理化学(上) 考试成绩 试卷类型 考试形式 闭卷 考试对象 11化本 学院—化学与材料工程--- 班级---- 06化本----- 姓名------------------------------------- 学号------------------------------------- 从四大定律角度对热力学学习的认识 2013级物理萃英班洪熹宇 摘要： 热力学是一门研究热运动的宏观理论，它与统计物理学的研究目的，都在于研究运动的规律，同时研究与热运动有关的物性，以及宏观物质系统的演化过程。但是它与统计物理学的研究方法上有着很大的不同，统计物理学侧重于从微观角度分析和解决问题，而热学的基础则是建立在宏观的基础上。它是一种唯象的宏观理论，具有较高的普适性和一般性。本文由学生在热力学学习过程中，将自己的体会与知识相结合，从四大定律着手给出学生对于热力学研究意义的思考和认识。 关键词：热力学三大定律，热平衡定律，能量守恒，自由能，熵，绝对零度 正文： 一、热力学四大定律的发现与形式 宏观角度看待问题的是经典的，因此热力学总是能给出一个条件给定系统的最终平衡状态的各个参数。人们在对热力学研究的基础上，总结出了热力学的三大定律，加上热平衡定律，便构成了热力学最主要的四个结论。 首先，能量守恒与转换定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。它指出，自然界中的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，这种不同形式的能量都可以转移（从一个物体传递到另一个物体），也可以相互转换(从一种能量形式转变为另一种能量形式)，但在转移和转换过程中，它们的总量保持不变。这一规律成为能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律应用在热力学中，或者说应用在伴有热效应的各种过程中，便是热力学第一定律。历史上，焦耳在绝热过程中所做的两个实验，首先认识到外界对于系统所做的功，仅仅与系统的初态和末态是相关联的。在此人们定义了一个内能的概念，它的意义是，系统在末态和初态的内能之差，等于在过程中外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和，这便是热力学第一定律的数学表达形式。此外，在工程热力学上，热力学第一定律也可表述成“热是能的一种，机械能变热能或热能变机械能时，它们之间的比值是一定的”，或者“热可以变功，功可以变热。一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时必定出现与之相应量的热”。 其次，人们在各类实验基础上又发现了热力学第二定律。卡诺在研究中发现，各种热机运动最终都服从于卡诺关于可逆热机的两个定理。然而卡诺在热机工作过程的认知上并不正确，由此克劳修斯和开尔文分别提出了热力学第二定律的两种表述：开尔文提出了“利用无生命物质的作用，把物质任何部分冷到比它周围最冷的客体以下，以产生机械效应，这是不可能的”。现在表述为“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而不产生其它影响”，克劳修斯提出了“不可能把热量，从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。”，二者分别从不同角度说明了热力学第二定律的实质，即任何与热现象有关的实际过程都有着其自发进行的方向，是不可逆的。这两种表述也可以相互进行逻辑上的论证，由此也发现了不同种类的不可逆过程本质上其实是可以互相进行推断的。特别的，在孤立系统下，由热力学第二定律可以推出重要的熵增加原理，为今后判断孤立系统的稳定平衡条件提供了依据。 随着科学研究的深入和对于低温条件获取的需要，人们在思考，究竟可不可以通过有限的过程实现绝对零度？20世纪初,人们通过对低温下热力学现象的研究,确定了物质熵值的零点,逐步建立起了热力学第三定律,进而提出了规定熵的概念,为解决一系列的热力学问题提供了极大的方便。热力学第三定律可以准确、简洁的表述为:0K时,任何完美晶体的熵值为0。也可以表达为，绝对零度不能达到。 [随堂巩固提升] 1．关于一定量的气体，下列叙述正确的是( ) A ．气体吸收的热量可以完全转化为功 B ．气体体积增大时，其内能一定减少 C ．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D ．外界对气体做功，气体内能可能减少 解析：选AD 由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功，但通过其他方法可以全部转化为功，故A 正确；气体体积增大，对外做功，若同时伴随有吸热，其内能不一定减少，B 错误；气体从外界吸热，若同时伴随有做功，其内能不一定增加，C 错误；外界对气体做功，同时气体放热，其内能可能减少，D 正确。 2．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量 2.5×104J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则该理想气体的( ) A ．温度降低，密度增大 B ．温度降低，密度减小 C ．温度升高，密度增大 D ．温度升高，密度减小 解析：选D 由ΔU ＝W ＋Q 可得理想气体内能变化ΔU ＝－1.0×104 J ＋2.5×104 J ＝ 1.5×104 J ＞0，故温度升高，A 、B 两项均错；因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体 积变大，由ρ＝m V 可知密度变小，故C 项错误，D 项正确。 3．(2011·新课标全国卷)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是( ) A ．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B ．若气体的内能不变，其状态也一定不变 C ．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大 D ．气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关 E ．当气体温度升高时，气体的内能一定增大 解析：选ADE 一定质量的理想气体，pV T ＝常量，p 、V 不变，则T 不变，分子平均动能不变，又理想气体分子势能为零，故气体内能不变，A 项正确；理想气体内能不变，则温 度T 不变，由pV T ＝常量知，p 及V 可以变化，故状态可以变化，B 错误；等压变化过程，温度升高、体积增大，故C 错误；由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 知，温度每升高1 K ，内能增量ΔU 一定，而外界对气体做的功W 与经历的过程可能有关(如体积变化时)，因此吸收的热量与气体经历的过程也有关，D 项正确；温度升高，平均动能增大，分子势能不变，内能 内能与热力学第一定律（参考答案） 一、知识清单 1．【答案】 二、选择题 2．【答案】BDE 【解析】实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能，与整体的重力势能和动能均无关。改变气体内能的方式有做功和热传递。 【易错警示】本题易忽视题中所研究的为实际气体，从而错误地按理想气体模型处理，而导致漏选B。3．【答案】ACE 【解析】把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，选项A对；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项B错；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，选项C对；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，选项D错，E对. 4．【答案】D 5．【答案】B 【解析】根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确。理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项D错误。 6．【答案】B 【解析】解：A、所有分子动能与势能之和是物体的内能，对一个分子不能谈内能，不能比较一个水分子与一个分子的内能关系，故A错误； B、一定质量的0℃的水结成0℃的冰要释放热量，其内能一定减少，故B正确； C、分子势能与分子间分子力和分子间距离有关，与物体的位置高度无关，故C错误； D、物体内所有分子动能与势能之和是物体的内能，物体内能由物质的量、物体的温度与物体体积决定，物体内能与物体是否运动无关，故D错误； 7．【答案】ADE 【解析】对封闭气体，由题图可知a→b过程，气体体积V不变，没有做功，而温度T升高，则为吸热过程，A项正确。b→c过程为等温变化，压强减小，体积增大，对外做功，则为吸热过程，B项错误。c→a过程为等压变化，温度T降低，内能减少，体积V减小，外界对气体做功，依据W＋Q＝ΔU，外界对气体所做的功小于气体所放的热，C项错误。温度是分子平均动能的标志，T a?E 表示内能增加，0W 系统对外界做功，0
第3节热力学第一定律
第3讲热力学定律与能量守恒
第一章 热力学第一定律及应用练习题.
对热力学第三定律的理解及应用
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
热力学第一定律与能量守恒定律
热力学第一定律解读
热力学三定律
高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒
高中物理考试热力学定律与能量守恒定律
物化试卷 理想气体与热力学第一定律
从四大定律角度对热力学学习的认识
11、第3讲 热力学定律与能量守恒定律 (3).pdf
内能与热力学第一定律(答案)
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