第三章热力学定律课件（5份打包）

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第三章 热力学定律
第1节 功、热和内能的改变
课标解读 课标要求 素养要求
1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和热传递的实质。 2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别。 1.物理观念：知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。
2.科学思维：掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题。
课标解读 课标要求 素养要求
3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。 3.科学探究：掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。
4.科学态度与责任：理解功、热与内能改变的实质，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情。
续表
要点一 功与内能的改变
______________________________________________________________________________①
在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。
要点二 热传递
________________________________________________________________________________________________________________________②
两个温度不同的物体、相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热从高温物体传到了低温物体
① 远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或白磷的自燃，随着人类文明的进步，我们的祖先发明了“钻木取火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的原理吗？
提示 做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，使木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。
② 如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。这三种方式在传递能量时有什么共同点？
提示 三种方式都是热量从高温物体传递到另外低温物体。
1.内能的理解
（1）微观：物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。
（2）宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。
2.功和内能
（1）在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即。
（2）在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
3.热和内能
（1）热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（2）表达式：。
（3）功、热和内能的改变：做功和热传递都能引起系统内能的改变。做功是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能的转移。
探究点一 焦耳的实验
1.两个实验的比较
项目 实验一 实验二
实验装置
做功方式 通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水摩擦使水温升高，通过机械功实现能量转化 通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高，通过电功实现能量转化
项目 实验一 实验二
实验条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热
共性 外界对系统做功相同，系统温度上升的数值相等，内能改变相同
续表
2.实验结论：焦耳的实验表明，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的多少只由过程的始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
1. （多选）如图所示为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是( )
A. 只要重力做功相同，水温上升的数值就相同
B. 做功增加了水的热量
C. 做功增加了水的内能
D. 功和热量是完全等价的，无区别
AC
[解析] 只要重力做功相同，水温上升的数值就相同，项正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，项错误，项正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，项错误。
探究点二 功与内能的改变
如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，用力迅速压下活塞，观察棉花的变化。
（1） 能看到什么现象？该实验现象说明了什么？
[答案] 可以看到棉花燃烧起来，该现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，温度升高，达到乙醚的着火点后引起棉花燃烧。
（2） 用力按下活塞时为什么一定要迅速？
[答案] 迅速压下活塞是为了减少热传递，尽量创造一个绝热条件。
1.内能的理解
（1）物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和。在微观上由分子数和分子热运动剧烈程度及相互作用力决定，宏观上体现为物体温度和体积，因此物体的内能是一个状态量。
（2）在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生变化是由做功造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化。
（3）当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分子平均动能变化。
物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间做功的具体过程及方式无关。
（4）内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定。
2.做功与内能的变化的关系
（1）做功改变物体内能的过程是其他形式的能（如机械能）与内能相互转化的过程。
（2）在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。用式子表示为：。
3.功和内能的区别
（1）功是过程量，内能是状态量。
（2）在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。
（3）物体的内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。
例 如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后( )
A. 温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B. 温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C. 温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D. 温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
C
[解析] 胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由可知内能减小。内能等于物体内所有分子动能和势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动能减小，所以温度降低。
解题感悟
分析绝热过程的方法
（1）在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，为负值。此过程做功的多少为内能转化多少的量度。
（2）在绝热过程中，内能和其他形式能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化量也确定了。而功是能量转化的量度，，这也是判断绝热过程的一种方法。
1. 如图是压力保温瓶的结构简图，活塞与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压的过程中，瓶内气体( )
A. 内能增大 B. 体积增大
C. 压强不变 D. 温度不变
A
[解析] 向下压的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，温度升高，再根据，体积减小，所以压强增大。
探究点三 热与内能的改变
当我们双手靠近火源，双手立即感受到热，这是为什么？冬天，我们搓搓手就会感到手暖一些，你认为改变物体内能有几种方式？
提示 双手靠近火源，热量从火源传到了手上，手的内能增加，所以手变热了。搓手是通过做功改变手的内能，所以改变物体内能有两种方式，即做功和热传递。
1.温度、内能、热量、功等概念的理解
（1）内能与温度：从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志。对于理想气体，气体的温度升高，其内能一定增加，但向气体传递热量，内能却不一定增加（可能同时对外做功）。
（2）热量和内能：内能是由系统状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种途径来完成。
而热量是传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功” 。
（3）热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内分子做无规则运动剧烈程度的标志。
（4）热量与功：热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别。
2.热传递的理解
（1）热传递的实质：热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来度量。
（2）热传递具有方向性：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分。
（3）热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。
3.传递的热量与内能改变的关系
（1）在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即。
3.传递的热量与内能改变的关系
（1）在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即。
（2）在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即。
4.改变内能的两种方式的比较
项目 做功 热传递
内能变化 在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 在单纯热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
相互联系 都能引起系统内能的改变
例 （多选）一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度比铁块的温度高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则 ( )
A. 从两者开始接触到达到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B. 在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C. 在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D. 达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
AC
[解析] 热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故、两项正确。
解题感悟
热传递的理解要点
（1）热传递与物体的内能的多少无关，只与两个物体（或一个物体的两部分）的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体。（2）热传递过程中，热量可以由内能大的物体传递到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传递到内能大的物体上，但一定是从高温物体传递到低温物体。
1. （2021广西防城中学高二月考）关于热传递，下列说法中正确的是
( )
A. 热传递是温度的传递
B. 物体的内能发生了改变，一定是吸收或放出了热量
C. 热传递可以在任何情况下进行
D. 物体间存在着温度差，才能发生热传递
D
[解析] 物体的内能发生了改变，可能是由于发生了热传递，也可能是由于外界对物体做功；热传递的实质是能量的传递，必须在有温度差的情况下进行。
1. 在绝热过程中，外界压缩气体做功，下列说法正确的是( )
A. 气体内能一定增加
B. 气体内能增加量必定小于
C. 气体内能增加量可能小于
D. 气体内能可能不变
A
[解析] 做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，外界对系统做了多少功，系统内能就增加多少。
2. （2021江苏运河中学高三月考）在商场一些柜台前常见到一种气压凳（如图），它的高度可以调节且舒适性好。其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型，内部封闭一定质量的氮气。如果有一个人坐上去，关于内部气体（可以看作理想气体，忽略与外界热交换）的说法正确的是
( )
A. 内能减小 B. 温度不变
C. 压强变大 D. 每个气体分子的速率都变大
C
[解析] 人坐上去，则气体被压缩，气体体积减小，压强增大，外界对气体做功，根据可知内能增加，温度升高，分子平均速率变大，但是并非每个气体分子的速率都变大。
3. 下列关于做功和热传递的说法中正确的是( )
A. 做功和热传递的实质是相同的
B. 做功和热传递在改变物体内能上是等效的
C. 做功和热传递是对同一过程的两种说法
D. 做功和热传递是不可能同时发生的
B
[解析] 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是将一个物体的内能传递给另一个物体，而且做功和热传递可以同时进行。
4. （多选）在外界不做功的情况下，物体的内能增加了，下列说法中正确的是( )
A. 一定是物体放出了的热量
B. 一定是物体吸收了的热量
C. 一定是物体分子动能增加了
D. 物体的分子平均动能可能不变
BD
[解析] 在外界不做功的情况下，系统内能的改变量等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故项错误，项正确。物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了并不一定是分子动能增加了。物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的热量全部用来增加分子势能，故项错误，项正确。
热传递的三种方式
（1）热传导——热沿着物体传递的方式，不同物质传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。
（2）热对流——靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。
（3）热辐射——热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体的热辐射能力越强。
下列热传递的过程中，与其他三项方式不同的是( )
A. 放在热汤中的钢勺很快烫手 B. 用体温计测量体温
C. 用铁锅炒菜 D. 太阳光下晾衣服
D
[解析] 太阳光下晾衣服是热辐射，而其余三项是热传导。
1. 下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( )
A. 焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量
B. 焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替
C. 焦耳实验中的研究对象是容器中的水
D. 焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同
D
[解析] 焦耳是英国物理学家；实验的研究对象是容器及其中的水组成的绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则做功必须相同。
2. 以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是( )
A. 汽油机汽缸内气体被压缩
B. 放在空气中的一杯热水会冷却
C. 在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热
D. 电流通过电阻丝
B
[解析] 热水放在空气中，通过热传递方式向外传递了热量，使自身的内能减少，温度降低。
3. 下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是( )
A. 热量、功都可以作为物体内能的量度
B. 热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C. 热量、功、内能的单位相同
D. 热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
A
[解析] 热量和功可作为物体内能改变的量度；热量、功、内能的单位都是焦耳；其中热量和功是过程量，内能是状态量。
4. （多选）关于系统的内能，下列说法中正确的是( )
A. 物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B. 当一个物体的机械能发生变化时，其内能不一定发生变化
C. 外界对系统做了多少功，系统的内能就增加多少，即
D. 系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就增加多少，即
AB
[解析] 在分子动理论中，我们把物体内所有分子的动能和分子势能的总和叫物体的内能，项正确；物体的内能与机械能是两个不同的概念，两者没有什么关系，项正确；只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增加量，同理只有在单纯的热传递过程中，系统吸收（或放出）的热量才等于系统内能的增加量（或减少量），、两项错误。
5. 一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中( )
A. 外界对气体做功，气体分子的平均动能增大
B. 外界对气体做功，气体分子的平均动能减小
C. 气体对外界做功，气体分子的平均动能增大
D. 气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
D
[解析] 绝热膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，气体内能减少。由于气体分子间的势能忽略不计，故气体分子的平均动能减小。
6. 下列关于内能与热量的说法中，正确的是( )
A. 马铃薯所含热量高
B. 内能越大的物体热量也越多
C. 热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D. 热量传递方向与两物体的温度有关
D
[解析] 热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，此外，两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们的内能无关。
7. 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
A
[解析] 绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温度降低，分子的平均动能减小。
8. 如图所示的容器中，、中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，、的底部由带阀门的管道相连，整个装置与外界绝热。打开阀门前，中水面比中水面高，打开阀门后，中的水逐渐向中流，最后达到同一高度，在这个过程中( )
A. 大气压力对水做功，水的内能增加
B. 水克服大气压力做功，水的内能减少
C. 大气压力对水不做功，水的内能不变
D. 大气压力对水不做功，水的内能增加
D
[解析] 打开阀门稳定后，、中的水面相平，相当于图中画斜线部分的水从移到。
这部分水的重力势能减少了，即重力对水做了功，同时大气压力对中的水做正功，为，对中的水做负功，为，因为两部分水的体积相等，所以大气压力对水做的总功为零。由于容器绝热，系统与外界之间没有热交换，而重力对系统做正功，故水的内能增加。
9. 金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现象是( )
A. 筒外空气流向筒内
B. 筒内空气流向筒外
C. 筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变
D. 筒内外无空气交换
B
[解析] 因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程。气体对外做功，内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度比外界低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外，项正确。
10. 指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是( )
A. 感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些
B. 擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来
C. 物体在阳光照射下温度升高
D. 反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高
C
[解析] 物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，其他均是通过做功改变物体的内能。
11. （多选）早些年农村的小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来，然后用力快速推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是( )
A. 在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高
B. 在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功
C. 马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能
D. 马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
AC
[解析] 在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体经历绝热压缩的过程，外界对气体做功，内能增加，故笔芯内密封的气体的温度升高，故项正确；在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体被压缩，是外界对气体做功，故项错误；封闭气体经历绝热膨胀过程，推出马铃薯，故马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能，这里的气体类似弹簧，故项正确，项错误。
12. 下面例子中，通过做功来改变物体内能的是( )
A. 阳光照射衣服，衣服的温度升高
B. 用打气筒打气，筒壁变热
C. 将高温金属块放在水中，水的温度升高
D. 放进冰箱冷冻室的水变成冰块
B
[解析] 阳光照射衣服，衣服的温度升高，是通过热传递改变内能，错误；用打气筒打气，筒壁变热，是通过做功改变内能，正确；将高温金属块放在水中，水的温度升高，是通过热传递改变内能，错误；放进冰箱冷冻室的水变成冰块，是通过热传递改变内能，错误。
13. 如图所示，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体（不考虑分子势能）。将一个热敏电阻（电阻值随温度升高而减小）置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的欧姆表连接，汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是( )
A. 若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，需施加一定的拉力，说明气体分子间有引力
B. 若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则欧姆表读数将变小
C. 若发现欧姆表读数变大，则汽缸内气体内能一定增大
D. 若发现欧姆表读数变大，则汽缸内气体内能一定减小
D
[解析] 气体分子间的距离已经超过分子间作用力所研究的范围，所以不能说明分子间有引力，故项错误；若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，温度降低，热敏电阻阻值增大，则欧姆表示数将变大，故项错误；发现欧姆表读数变大时，热敏电阻阻值变大，说明温度降低，则气体内能减小，故项错误，项正确。
14. （多选）如图所示，、两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是( )
A. 中水银的内能增量大于中水银的内能增量
B. 管内水银的重力势能大于管内水银的重力势能
C. 中水银的内能增量大于中水银的内能增量
D. 和中水银体积保持不变，故内能增量相同
BC
[解析] 大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，所以水银槽内的液面下降相同的高度，管水银重心高于管内水银的重心，故管内水银重力势能大于管内水银的重力势能，故管内水银的内能增量小于管内水银的内能增量，、两项正确。
15. （★）如图所示，固定容器及可动活塞都是绝热的，中间有一导热的固定隔板，的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞缓慢地向移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动的过程中()
A. 外力对乙做功，甲的内能不变 B. 外力对乙做功，乙的内能不变
C. 乙传递热量给甲，乙的内能增加 D. 乙的内能增加，甲的内能不变
C
[解析] 因为容器与活塞是绝热的，与外界没有传热，隔板是固定的，所以向左移动过程中，乙体积减小，外界对乙做正功，系统乙的内能增加。根据题意，乙的温度上升，比甲温度高，所以发生热传递，乙传递热量给甲，甲的内能也增加。项正确。(共58张PPT)
第三章 热力学定律
第2节 热力学第一定律
课标解读 课标要求 素养要求
1.知道热力学第一定律,并掌握其表达式。 2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转 化、转移问题, 并进行具体的计算。 1.物理观念：知道热力学第一定律及其符号法则。
2.科学思维：理解热力学第一定律的公式并能进行相关的分析计算。
3.科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。
4.科学态度与责任：了解热力学第一定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义。
要点 热力学第一定律
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
① 对于某一系统，当外界对系统做功为，又对系统传热为时，系统内能的增量应该是多少？
提示系统内能的增量。
热力学第一定律的理解
（1）热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况。既有做功又有热传递的过程中，公式中表示内能的变化量，表示外界对系统做功，表示外界向系统传递的热量。
（2）热力学第一定律的表达式也适用于物体对外界做功、向外界散热和内能减少的情况，在应用进行计算时，注意它们的正、负。
探究点一 热力学第一定律的理解和应用
1. 如图所示，汽缸内封闭了一定质量的气体。
（1） 快速推动活塞，对汽缸内气体做功，气体内能改变了多少？
提示快速推活塞过程中，有，根据功和内能变化的关系，可知气体内能增加了。
（2） 若保持气体体积不变，外界对汽缸内气体传递的热量，气体内能改变了多少？
提示保持气体体积不变，则，根据热和内能变化的关系，可知气体内能增加了。
（3） 若推动活塞压缩气体，对汽缸内气体做功的同时给汽缸传递的热量，气体内能改变了多少？内能的变化比单一方式有什么不同？
提示气体内能增加了，汽缸内气体内能的变化量等于活塞对气体所做的功与外界对汽缸内气体传递的热之和，内能变化会比单一方式变化得更明显。
1.公式的符号规定
符号
+ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加
- 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少
2.热力学第一定律的几种特殊情况
（1）若过程是绝热的，即，则，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。
（2）若过程中不做功，即，则，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。
（3）若过程中物体的始、末内能不变，即，则或，外界对物体做的功等于物体放出的热量。
3.应用热力学第一定律解题的思路与步骤
（1）首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
（2）分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。
（3）根据热力学第一定律列出方程进行求解。
（4）特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义。
例 （2021江苏南通高三月考）（多选）如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体，将一细管插入液体，活塞上方液体会缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变，则关于这一过程中汽缸内的气体( )
CD
A. 单位时间内气体分子对活塞撞击的次数增多
B. 气体分子间存在的斥力是活塞向上运动的原因
C. 气体分子的速率分布情况不变
D. 气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量
[解析] 活塞上方液体逐渐流出，对活塞受力分析可得，汽缸内气体压强减小，又汽缸内气体温度不变，则单位时间内气体分子对活塞撞击的次数减少，故项错误；气体分子对活塞的碰撞是活塞向上运动的原因，故项错误；外界的温度保持不变，导热材料制成的汽缸内气体温度不变，气体分子的速率分布情况不变，故项正确；汽缸内气体温度不变，汽缸内气体内能不变；汽缸内气体压强减小，体积变大，气体对外界做功；根据热力学第一定律可得，气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量，故项正确。
1. 如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的、两部分气体，的密度小，的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收热量为、气体内能增加量为，则( )
A. B. C. D. 无法比较
B
[解析] 因的密度大，两部分气体混合后，整体重心升高，重力做负功，由热力学第一定律可得。
探究点二 热力学第一定律和气体实验定律的综合应用
爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。如图为“中国老式高压爆米花机”，那“嘭”的一声巨响，是许多70后、80后人童年的有趣记忆。玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。思考以下问题：
（1） 若加热前温度为，大气压为，密闭容器打开前的气体压强达到。试分析打开容器前气体的温度。
提示根据查理定律得，其中，，。解得，则。即打开容器前气体的温度为。
（2） 假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功，并向外释放了的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
提示由热力学第一定律，得，故内能减少。
1.对理想气体应用热力学第一定律
（1）对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化取决于其温度是否变化。升温，为正;降温，为负;温度不变，。
（2）理想气体是否做功，取决于其体积的变化。若体积变大，则气体对外界做功；体积变小，则外界对气体做功；体积不变，则做功为零。
（3）热量取决于容器是绝热的还是导热的，并不是温度升高吸热，温度降低放热。
（4）外界对理想气体做功或理想气体对外界做功时，若恒压膨胀，即压强不变时，功的计算公式为为理想气体的压强、为理想气体体积的变化量）。
2.理想气体与热力学第一定律综合问题的解法
例 （2021重庆西南大学附中高三月考）如图所示，一导热性能良好的球形容器内部不规则，某兴趣小组为了测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的长玻璃管，接口处用蜡密封。玻璃管内部横截面积为，管内一长为的静止水银柱封闭着长度为的空气柱，此时外界温度为。现把容器浸在温度为的热水中，水银柱缓慢上升，当水银柱重新静止时下方空气柱长度变为。实验过程中认为大气压没有变化，大气压（相当于高水银柱的压强）。（的热力学温度值为，忽略水银柱与玻璃管壁之间的阻力）
（1） 容器的容积为多少？
[答案]
[解析] 设容器的容积为，，由盖-吕萨克定律得
（2） 若实验过程中管内气体内能增加了，请判断气体是从外界吸收热量还是向外界放出热量，并计算热量的大小。
[答案] 从外界吸热
[解析] 因为气体膨胀对外做功，而内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量容器内气体压强为气体对外做功为由热力学第一定律得得吸收的热量
（2021天津耀华中学高三月考）（多选）一定质量的理想气体由状态经状态、到状态，其体积与热力学温度的关系如图所示，、、三点在同一直线上，和平行于横轴，平行于纵轴，则下列说法正确的是( )
A. 由状态变到状态的过程中，气体吸收热量，每个气体分子的动能都会增大
B. 从状态到状态，气体对外做功，内能减小
C. 从状态到状态，气体内能增加
D. 从状态到状态，气体密度不变
CD
[解析] 由状态变到状态过程中，气体体积不变，则，温度升高，分子的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大；同时，根据可知气体吸收热量，项错误。从状态到，气体温度不变，内能不变；体积变大，则气体对外做功，项错误。从状态到状态气体温度升高，则内能增加，项正确。从状态到状态，气体体积不变，则气体的密度不变，项正确。
1. （2021上海松江二中高二期中）被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿，就会重新鼓起来，这一过程乒乓球内的气体( )
A. 吸热，对外做功，内能不变
B. 吸热，对外做功，内能增加
C. 温度升高，对外做功，内能不变
D. 压强增大，单位体积内分子数增大
B
[解析] 被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿，重新鼓起来，体积增大，则气体对外做功，温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，此过程气体吸热。
2. （2021天津静海大邱庄中学高三月考）（多选）一封闭容器中装有一定质量的理想气体，当气体被压缩时（容器壁与外界没有热量交换）
( )
A. 气体对外界做功 B. 气体内能不变
C. 气体温度升高 D. 气体压强增大
CD
[解析] 当气体被压缩时，外界对气体做功，即；因容器壁与外界没有热量交换，则，根据热力学第一定律，可知，即气体内能增加，温度升高；根据，可知，减小，变大，则压强变大。
3. （2021海南华中师范大学附属中学高三月考）（多选）一定质量的理想气体，从状态开始，经状态、回到原状态，其图像如图所示，其中平行于横轴，平行于纵轴。则( )
A. 过程气体温度不变 B. 过程气体吸热
C. 过程气体内能减小 D. 过程气体放出热量
BD
[解析] 过程气体压强降低、体积增大，由数学知识可知，压强与体积的乘积先增大后减小，结合理想气体状态方程可知，温度先升高后降低，项错误；过程体积不变，压强增大，根据理想气体状态方程可知，温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，体积不变时气体没有做功，故气体一定吸热，正确，错误；过程气体压强不变，体积减小，体积减小外界对气体做功，即，根据理想气体状态方程可知，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体一定放出热量，项正确。
4. 如图所示，一导热汽缸放在水平面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮组与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为，开始时活塞在汽缸中央，初始温度为，活塞横截面积为，大气压强为。物体重力为，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升，封闭气体吸收了的热量，（汽缸始终未离开地面）求：
（1） 环境温度升高了多少？
[答案]
[解析] 活塞缓慢移动，任意状态都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖-吕萨克定律可知：，其中，，解得。
（2） 气体的内能的变化量。
[答案]
[解析] 设汽缸内压强为，由平衡条件得：，
封闭气体对外做功：，
由热力学第一定律得：
热力学第一定律与气体图像的综合问题
（1）根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。
（2）结合热力学第一定律判断有关问题。
（3）在图像中，图线与轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。
1. （2021山东胶州实验中学高三质检）如图所示，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、再回到状态，其中，为等温过程，为等容过程，下列说法正确的是( )
A. 过程，气体和外界无热量交换
B. 过程，气体分子的速率均保持不变
C. 过程，气体内能减小
D. 过程外界对气体做的功与过程气体对外做的功相等
C
[解析] 过程，气体发生的是等温变化，内能不变，此过程中，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，项错误；过程，温度不变，气体分子的平均速率不变，不是每一个气体分子的速率均保持不变，项错误；过程，气体的体积不变，压强减小，则温度降低，故内能减小，项正确；
图线与横轴所围的面积表示气体对外或外界对气体做功的大小，因此过程外界对气体做的功小于过程气体对外做的功，项错误。
1. (多选)下列过程，可能发生的是( )
A. 物体吸收热量，对外做功，同时内能增加
B. 物体吸收热量，对外做功，同时内能减少
C. 外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
D. 物体对外界做功，同时物体放热，内能增加
AB
[解析] 根据热力学第一定律可知做功和热传递都可以改变物体的内能。
2. 一定量的气体膨胀对外做功，同时对外放热，气体内能的增量是( )
A. B. C. D.
C
[解析] 由热力学第一定律得。
3. 如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，则筒内空气( )
A. 从外界吸热 B. 内能增大 C. 向外界放热 D. 内能减小
C
[解析] 金属筒缓慢下降过程中，外界对筒内气体做功，而筒与水有热交换、水温恒定，所以筒内空气要向外界放热，温度保持不变，从而使内能保持不变。
4. (多选)如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中的下列说法中正确的是
( )
A. 气体对外做功，气体温度可能不变
B. 气体对外做功，内能可能不变
C. 气体压强可能增大，内能可能不变
D. 气体从外界吸热，内能一定增加
AB
[解析] 由于汽缸是导热的，可以与外界进行热交换，所以细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变，但压强减小。
5. 如图是密闭的汽缸，外力推动活塞压缩气体，对汽缸内气体做功，同时气体向外界放热，下列关于汽缸内气体的说法，正确的是()
A. 温度升高，内能增加
B. 温度升高，内能减少
C. 温度降低，内能增加
D. 温度降低，内能减少
A
[解析] 由热力学第一定律可知内能增加了，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高。
6. 在一个大气压下，的水变为的水蒸气的过程，下列说法中正确的是()
A. 内能不变，对外界做功，一定是吸热过程
B. 内能增加，吸收的热量等于内能的增加量
C. 内能不变，吸收的热量等于对外界做的功
D. 内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能之和
D
[解析] 水变成同温度的水蒸气时，分子间距从增大到约，体积要扩大约1 000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加，内能增加，由热力学第一定律，可知，其中为负值，故项正确。
7. 如图所示，有一导热性良好的汽缸放在水平面上，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，汽缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒汽缸，在此过程中( )
A. 气体吸收热量，内能不变
B. 汽缸内分子的平均动能增大
C. 单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多
D. 汽缸内分子撞击汽缸壁的平均作用力增大
A
[解析] 由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，内能不变。
8. （2021江苏南通高三月考）如图，在一个空的铝制易拉罐中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易“温度计”，已知大气压强是，易拉罐的容积是，均匀吸管内部的横截面积为，吸管露出的长度为，当温度为时，油柱刚好在吸管和易拉罐的接口处。缓慢升高环境温度，易拉罐中气体从外界吸热，油柱恰好到达吸管管口，求：
[解析] 由于气体做等压变化，故,
代入数据可得
解得
（1）此时环境温度；
[答案]
（2）易拉罐中气体内能的变化。
[答案]
[解析] 气体做等压变化，气体对外做功
由热力学第一定律得
9. 飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在以下。在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫作气团。气团直径可达几千米。由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略。高空气团温度很低的原因可能是()
A. 地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低
B. 地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低
C. 地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减少，气团温度降低
D. 地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低
C
[解析] 由热力学第一定律知，物体内能的变化与做功和传递的热量有关，满足，气团在上升的过程中不断膨胀，气体对外做功，又由于气团很大，其边缘与外界的热交换可忽略，因而其内能不断减小，所以气团的温度会降低，故项正确。
10. （2021江苏上冈高级中学高二月考）(多选)如图是某喷水壶示意图。未喷水时阀门闭合，压下压杆可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄打开阀门，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则( )
A. 充气过程中，储气室内气体内能增大
B. 充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大
C. 喷水过程中，储气室内气体放热
D. 喷水过程中，储气室内气体压强减小
AD
[解析] 充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体分子的平均动能不变，气体内能增大，项正确，项错误；喷水过程中，气体对外做功，体积增大，而气体温度不变，则气体吸热，所以气体压强减小，项错误，项正确。
11. （2021福建永安第三中学高三月考）(多选)一定质量的理想气体从状态经过状态和又到状态。其压强随温度变化的图线如图所示，其中到、到的图线为过原点的直线，到为等温过程。则下列说法正确的是( )
A. 状态体积小于状态体积
B. 过程，气体吸热
C. 过程，气体吸热
D. 状态体积大于状态体积
BD
[解析] 过程，根据理想气体状态方程知气体做等容变化，体积不变，项错误；过程，气体温度不变，根据理想气体状态方程知压强减小，体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知要保持温度不变则需要吸热，项正确；过程，气体做等容变化，体积不变，根据理想气体状态方程知压强减小，温度降低，根据热力学第一定律可知气体放热，项错误；状态体积与状态体积相同，过程体积增大，所以状态体积大于状态体积，项正确。
12. （2021辽宁适应性测试）某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内外气体压强之比为4∶1。机舱内有一导热汽缸，活塞质量、横截面积，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面静止时，汽缸如图所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距；客机在高度处匀速飞行时，汽缸如图所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距。汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变。已知大气压强随高度的变化规律如图所示，地面大气压强，地面重力加速度。
（1） 判断汽缸内气体由图状态到图状态的过程是吸热还是放热，并说明原因；
[答案] 见解析
[解析] 根据热力学第一定律，由于气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此吸热
（2） 求高度处的大气压强，并根据图估测出此时客机的飞行高度。
[答案]
[解析] 初态封闭气体的压强
根据，可得
由于机舱内外气体压强之比为4∶1，则舱外气体压强，对应题图可知飞行高度为。
13. 如图所示，一定质量的理想气体经历了的循环，该过程每个状态都视为平衡态，各状态参数如图所示。状态的压强为，求：
（1） 状态的温度；
[答案]
[解析] 理想气体从状态到状态的过程中，压强保持不变
根据盖-吕萨克定律有
代入数据解得
（2） 状态的压强；
[答案]
[解析] 由理想气体状态方程得
（3） 完成一个循环，气体与外界热交换的热量是多少？是吸热还是放热？
[答案] 放热
[解析] 理想气体从状态到状态的过程中，外界对气体做功，解得
气体从状态到状态过程中，体积不变，外界对气体做功为零；从状态到状态的过程中，外界对气体做功，解得；从状态到状态过程中，体积不变，外界对气体做功为零
一次循环过程中外界对气体所做的总功
理想气体从状态完成一次循环，回到状态，始末温度相同，所以内能不变
根据热力学第一定律
解得
故完成一个循环，气体向外界放热 。
特别提醒 本题是理想气体实验定律和热力学第一定律的综合应用。解题的关键是准确分析气体各个状态的参量。在运用热力学第一定律时，注意做功和热量的符号，即气体对外做功和气体放热为负，外界对气体做功和气体从外界吸热为正。(共54张PPT)
第三章 热力学定律
第3节 能量守恒定律
课标解读 课标要求 素养要求
1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律。 2.能用能量守恒的观点解释自然现象，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。 3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。 1.物理观念：理解能量守恒定律及永动机不可能制成。
2.科学思维：体会能量守恒定律的发现历程，培养归纳总结、分析推理能力。
3.科学探究：通过了解能量守恒定律的探索过程，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛。
4.科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。
要点 能量守恒定律
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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在____________①的过程中，能量的总量保持不变。
转化或转移
① 在热力学领域内，使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递两种。做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能。在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？
提示 能量的总量不会减少。
能量守恒定律的理解
（1）意义：各种形式的能可以相互转化；各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
（2）能量守恒的两种表达：某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
探究点一 能量守恒定律
1. 某同学利用“能量守恒定律”研究汽车油耗与行驶里程的关系。已知一辆汽车正在平直的公路上以速度匀速行驶，此时功率为，汽车的总效率为η，所使用的汽油的热值为（每完全燃烧单位质量的燃料释放的热量叫热值），现油箱中还有质量为的汽油（设汽车的质量为）。
（1） 从此时到汽油消耗完，汽车还能行驶多远？
提示设汽车匀速行驶，则汽车行驶需要的能量，解得。
（2） 从此时到汽车停下，行驶总距离为多少？
提示设汽油用完后汽车做匀减速运动的距离为，则由动能定理知，又，所以汽车行驶的总距离：。
1.能量守恒定律的理解
（1）各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。
（2）各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤的燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
（3）与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它适用于任何物理现象和物理过程，是一切自然现象都遵守的基本规律。
2.能量守恒定律的意义
（1）找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用能量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性。
（2）突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。
（3）具有重大实践意义，彻底粉碎了永动机的幻想。
例 如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为（弹簧处在自然长度时的弹性势能为零）。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经过此过程( )
A. 全部转化为气体的内能
B. 一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C. 全部转化成活塞的重力势能和气体的内能
D. 一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能， 其余部分仍为弹簧的弹性势能
[答案] D 当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力、重力、封闭气体对活塞向下的压力共同作用，其合力方向向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做功，由于容器绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变量。设最终弹簧的弹性势能为，由能量守恒定律得活塞增加的重力势能+气体增加的内能，所以项正确。
解题感悟
利用能量守恒定律解题的方法
在应用能量守恒定律处理问题时，首先要弄清系统有多少种能量相互转化，分析哪种形式的能量增加了，哪种形式的能量减少了；或者弄清哪个物体的能量增加，哪个物体的能量减少，增加量等于减少量。
1. （多选）下列关于能量转化现象的说法中，正确的是( )
A. 用太阳灶烧水是光能转化为内能
B. 电灯发光是电能转化为光能
C. 核电站发电是电能转化为内能
D. 生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
AB
[解析] 核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能。
2. 如图所示为冲击摆实验装置，一质量为的子弹以射入质量为的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？（不计空气阻力，重力加速度为）
[答案]
[解析] 子弹和沙箱相互作用的过程中，损失的动能转化为系统内能，由能量守恒定律得
由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低点运动到最高点，满足机械能守恒定律，即
解得
探究点二 永动机不可能制成
1. 如图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作。
（1） 从上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？说明理由。
提示 不能，因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨工件及克服摩擦力做功，不会全部供给水泵用来抽水。
（2） 这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”。
提示 不能，由于水从上面流到下面水池的过程中，用来打磨工件消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面水池中，随着时间的推移，上面的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能“永动”。
1. 永动机失败的原因分析
[答案] 如果没有外界热源供给热量，则有，就是说，永动机对外做功，则，那么一定有，即系统内能减少，所以系统对外做功是要以内能减少为代价的。若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的。
2. 永动机给我们的启示
[答案] 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律，永动机失败为能量守恒定律的建立从反面提供了证据。
例 （2021辽宁辽河油田第二中学高二期中）大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜面顶上放一块强力的磁铁，斜面上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，
其中一次是在1878年，即在能量守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是( )
D
A. 符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题
B. 如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C. 如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D. 违背能量守恒定律，不可能实现
[解析] 该思想违背了能量守恒定律，所以该“永动机”不可能实现。
有人设计了如图所示的“浮力永动机”，永动机的传动绳上均匀地固定了许多密度小于水的小球，容器底部的管道内径与小球直径相等。设计者认为，左边容器里的小球受到浮力的作用向上运动，管道中的小球也将被带着向上运动，一旦这个小球要上升离开管道，下一个小球就会进入管道而不使水漏出，因此永动机将永不休止地顺时针转动。你认为该“浮力永动机”能否实现永动 为什么
[答案] 不能，由能量守恒定律可知永动机是不可能制成的。
1. 下列对能量守恒定律的认识不正确的是( )
A. 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B. 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D. 石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
D
[解析] 选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移；选项中任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；选项中石子的机械能并没有消失，只是转化成了其他形式的能量，符合题意。
2. （多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是( )
A. 永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B. 永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C. 永动机不能制成的原因是技术问题
D. 永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
AD
[解析] 永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因。
3. 汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中( )
A. 汽车的机械能守恒
B. 汽车的动能和势能相互转化
C. 汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少
D. 汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒
C
[解析] 汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少。
4. 如图所示，一个半径为的半球形容器，一小铁块由边缘的点从静止开始沿内壁下滑，当滑到容器底部点时，容器内壁所受压力为小铁块自重的倍，在它下滑的过程中热量的80%被铁块吸收，铁的比热容是，取。那么铁块温度升高多少摄氏度？
[答案]
[解析] 由题意知，在最低点容器内壁所受压力为小铁块自重的倍
根据能量守恒定律可知，内能增加量等于机械能损失量
解得
历史上最著名的永动机—魔轮
历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在13世纪提出的“魔轮” 。如图甲所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘等距地安装着12根活动短杆，每根短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，右边悬臂在重力作用下会向下落，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大（在物理学上，使物体转动的力乘以力到转轴的距离叫作力矩。力矩是描述力的旋转效果的物理量，力矩越大说明旋转效果越好）；而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮转动。
仔细分析一下就会发现，虽然魔轮右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停下来。受此启发，15世纪的意大利著名的科学家、艺术家达·芬奇也曾设计了一个相同原理的类似装置，如图乙，但试验却未获得成功。由此，达·芬奇敏锐地认识到永动机是不可能制成的，他劝告永动机的设计者们：“永恒运动的幻想家们！你们的探索是何等徒劳无功，还是去做淘金者吧。”
如图所示是18世纪人们发明的不同形式的“永动机”，现在这些“永动机”只能在博物馆中看到了，警示人们不要再做这方面的工作，试分析“永动机”不能成功的原因。
[答案] 永动机违背了能量守恒定律。
1. 人类设计了各种各样的永动机，但都以失败告终，说明设计必须遵循以下什么原则( )
A. 安全性 B. 科学性 C. 道德性 D. 技术规范性
B
[解析] 永动机违背了能量守恒定律，所以必须遵循科学性原则。
2. 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是( )
A. 机械能守恒
B. 能量正在消失
C. 只有动能和重力势能的相互转化
D. 减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
D
[解析] 自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
3. （多选）一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，下列关于物体和斜面组成的系统的说法中正确的是( )
A. 机械能守恒 B. 总能量守恒
C. 机械能和内能增加 D. 机械能减少，内能增加
BD
[解析] 物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少；由能量守恒定律知，内能增加，能的总量不变。
4. 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是( )
A. 转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B. 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C. 转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D. 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
D
[解析] 形状记忆合金进入水后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律知能量来源于热水，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中。
5. 一木箱静止于水平面上，现在用一个的水平推力推动木箱前进，木箱受到的摩擦力为，则转化为木箱与地面系统的内能和转化为木箱的动能分别是( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
B
[解析] 由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能，即。由能量守恒定律可得，故项正确。
6. 如图是水电站的发电原理图，由图可知，下列说法错误的是 ( )
A. 水力发电不会造成污染
B. 该装置将机械能转化为电能
C. 要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法
D. 该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
D
[解析] 水力发电不会有污染，同时将水的机械能转化为电能，故、项正确；如果仅将水落差增大，那么水流到水轮机处的速度就增大，这一方法可加大发电的功率，故项正确；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，因此项错误。
7. 如图所示，一个质量为的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为，处于静止状态时被封闭气体的高度为，现在在活塞上方加一质量为的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为。求在这一过程中气体的内能增加多少取，忽略大气压力及摩擦阻力的影响）
[答案]
[解析] 提示 由能量守恒定律可知，内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量。
8. 某地的平均风速为，已知空气密度是，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为的圆面，如果这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转化为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？
[答案]
[解析] 首先可以求在时间内作用于风车的气流质量为，这些气流的动能为，转化的电能为，故风车带动的发电机功率为，代入数据以后得
9. （多选）行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A. 物体克服阻力做功
B. 物体的动能转化为其他形式的能量
C. 物体的势能转化为其他形式的能量
D. 物体的机械能转化为其他形式的能量
AD
[解析] 这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车制动主要受制动阻力，流星坠落、降落伞下降受空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，项正确。四个物体运动过程中，汽车的动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁的重力势能转化为内能或其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能。项正确。
10. 如图所示，两个完全相同的金属球、，其中球放在不导热的水平面上，球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了、，则( )
A. B.
C. D. 无法比较
B
[解析] 两球具有内能和重力势能。它们分别吸收热量后，内能发生变化，由于受热膨胀，重力势能也会发生变化，体积膨胀时，它们的分子势能会发生变化，膨胀过程中要对空气做功，也要损失一部分能量。
对于、这两个金属球，因它们完全相同，故体积膨胀引起的分子势能的增大和对空气做功应该相同，由于膨胀，球的重心将上移，故球的重力势能将增加（看图虚线表示的、球），而球的重心将下移，故球的重力势能将减少。
因此，对于球，吸收的热量应等于分子势能的增加量和对空气做功的、重力势能的增加量和分子动能的增加量之和；而对于球，吸收的热量和重力势能的减少量之和应等于分子势能增加量和对空气做的功与分子动能增加量之和。很明显，，球分子动能的增量大于球分子动能的增量，故项正确。
11. 人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，当下丘脑温度高于时，人体散热机制(如血管舒张、出汗等)就活跃起来，已知人体温度为时蒸发汗水所需要能量。现有一中年人慢步行走时新陈代谢功率为，此人慢步行走时的体温保持，行走出汗约为，试求此人通过传导辐射等方式(不包括出汗)产生的散热功率。
[答案]
[解析] 此人因出汗消耗的能量
对应的功率根据能量守恒定律，所求散热功率为
12. 能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油。由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电为一例。如图表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机。涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲。潮落至最低点时放水发电，如图乙。待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙。设海湾面积为，高潮与低潮间高度差为，海水每天涨潮两次，重力加速度，则一天内流水的平均功率为多少？
[解析] 潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能。每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为，其重心高度变化为一天内海水两进两出，故平均功率
[答案]
13. 太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，地面上在内平均得到的太阳辐射能约为。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。
一同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
容积
集热管的采光面积
效率
使用年限 年
（1） 该同学家每天大约需要热水，用这种热水器将这些水从加热到需要多长时间？[水的比热容c=J/(kg)]
[答案]
[解析] 设为光照时间
太阳能热水器传给水的热量
因为，所以
（2） 与效率为80%的电热水器相比，他家每天可节约多少电能？
[答案]
[解析] 由得(共63张PPT)
第三章 热力学定律
第4节 热力学第二定律
课标解读 课标要求 素养要求
1.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 2.了解热力学第二定律的两种表述,并能用热力学第二定律解释为什么第二类永动机不能制造成功。 1.物理观念：知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性，了解能量耗散和品质降低的原因，能解释相关现象。
2.科学思维：理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。
课标解读 课标要求 素养要求
3.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题,并能解决一些实际问题。 4.了解能量耗散、能源和环境。 3.科学探究：通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，学会与他人交流合作，提高探索科学的能力。
4.科学态度与责任：学会科学家探索问题的方法，养成实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。
续表
要点一 热力学第二定律
克劳修斯表述：热量不能________①从低温物体传到高温物体。该表述阐述的是传热的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之______②变成功，而不产生其他影响。该表述阐述了机械能与内能转化的方向性。
自发地
完全
要点二 能量耗散和能源是有限的
分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的______③下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
品质
① “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”这一说法是否正确？为什么？
提示 这一说法是不正确的。热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物体传到高温物体。此说法略去了“自发地”，通过外界做功是可以把热量从低温物体传到高温物体的。例如电冰箱的制冷就是这一情况。
② 如图所示为国内某柴油机厂所产的单缸柴油机，图中上方部分为水箱。水箱所起的作用是什么 柴油机工作时，内能可以全部转化为机械能吗？为什么？
提示 柴油机工作时水箱所起的作用是作为低温热库。在内能向机械能转化的过程中，内能有一部分转移到低温热库（水箱），不可能全部转化为机械能。
③ 既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
提示 能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会减少但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。
热力学第二定律的理解
（1）传热的方向性
①热量可以自发地由高温物体传给低温物体。
②热量不能自发地由低温物体传给高温物体。
③一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
（2）热机
①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能。第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。
②热机的效率：热机输出的机械功与燃料产生的热量的比值。用公式表示：。
探究点一 热力学第二定律的理解
1. 地球上有大量的海水，它的总质量约为，有人设想让这些海水的温度降低，它将放出的热量，若全部用来发电，这相当于1 800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。
（2） 这个设想能成功吗？为什么？
[答案] 这种利用海水的内能发电的过程，违背了热力学第二定律，所以不会成功。
（1） 这是一件既经济又没有环境污染的事情，这一想法违背能量守恒定律吗？
[答案] 这一设想从能量转化角度是海水的内能转化为电能，并不违背能量守恒定律。
2. 电冰箱是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过压缩机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。
（1） 电冰箱“将热量从低温物体传到高温物体”是否违背热力学第二定律？
[答案] 在电冰箱的实例中，热量确实是从低温物体传到高温物体，但这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，即压缩机必须工作，所以其不违背热力学第二定律。
（2） 夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，这是否可以降低室内的平均温度？为什么？
[答案] 不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体也向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高。
1.热力学第二定律的理解
（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。要将热量从低温物体传到高温物体，必须“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。电冰箱就是一例，它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。
（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。
（3）热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性。如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他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。
（4）适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
（5）热力学第二定律的两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。
2.热力学第一定律与第二定律的比较
项目 热力学第一定律 热力学第二定律
定律揭示的问题 它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系 它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的
机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能
续表
项目 热力学第一定律 热力学第二定律
热量的传递 热量可以从高温物体自发地传到低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体
表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式
联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
例 对热力学第一定律和第二定律的理解，下列说法正确的是( )
A. 热量不能由低温物体传递到高温物体
B. 外界对物体做功，物体的内能必定增加
C. 内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
D. 机械能不能全部转化为内能
C
[解析] 根据热力学第二定律可知，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，项错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，项错误；项是热力学第二定律的表述形式之一；机械能可以全部转化为内能，项错误。
1. （多选）下列哪些过程具有方向性( )
A. 热传递过程 B. 动能向势能的转化过程
C. 气体的扩散过程 D. 气体向真空中的膨胀过程
ACD
[解析] 热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都具有方向性，故选项、、正确；动能向势能的转化与热现象无关，不具有方向性，故选项错误。
2. （多选）根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )
A. 不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B. 没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C. 制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化
D. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能
AD
[解析] 热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，故项正确；机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须有外界的帮助，故项错误；冰箱向外传递热量时消耗了电能，故项错误；火力发电时，能量转化的过程为内能机械能电能，因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不会全部变为电能，故项正确。
探究点二 热力学第二定律的应用
1. 如图是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：
（1） 制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？
[答案] 不是，这个过程不是自发的，必须有第三者的介入，即必须开启制冷机的压缩机。
（2） 热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？
[答案] 不能，吸收的热量不可能全部转化为机械能。
1.热机
（1）热机：把内能转化成机械能的一种装置。
如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。
（2）热机的工作原理
工作物质从热库吸收热量，推动活塞做功，然后排出废气，同时把热量散发到冷凝器或大气中。
（3）热机的效率
把热机做的功与它从热库中吸收的热量的比值叫作热机的效率，用表示，有。
因为，所以，。
这说明热机不可能把吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器或大气中。
（4）特别提示：
①热机必须有热源和冷凝器。
②热机不能把它吸收的全部热量转化为机械能。
③因热机工作时，总要向冷凝器或大气散热，不可避免地要释放一部分热量，所以总有。
④热机的效率不可能达到，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量要散发到冷凝器或大气中。
根据能量守恒定律有。
2.几个概念的理解
（1）单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。
（2）其他影响：指除了从单一热库吸收热量以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而全部对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动传热是不可能的。
（3）关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量、对外做功以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。
例 下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是( )
A. 大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B. 将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C. 冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D. 随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
A
[解析] 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，而项不属于热现象。
1. 下列说法正确的是( )
A. 功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功
B. 热机必须是具有两个热库，才能实现热功转化
C. 热机的效率不可能大于1，但可能等于1
D. 热机的效率必定小于1
D
[解析] 开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他变化，比如气体等温膨胀，气体吸收的热量完全转化为功，但气体体积增大了，项错误；热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，项错误；热机不可能把吸收的热量全部转化为机械能，所以热机的效率不可能达到1，项错误，项正确。
2. （多选）如图中汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，
缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现
将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。
若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )
A. 气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违背热力学第二定律
B. 气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律
C. 气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律
D. 气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第一定律
CD
[解析] 由于气体始终通过汽缸与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，气体等温膨胀，所以汽缸内的气体温度不变，内能也不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，全部用来对外做功，此过程既不违背热力学第二定律，也不违背热力学第一定律，、项正确。
探究点三 能源是有限的
1. 水磨是中国民间用水力带动的石磨。水磨用石制成，分上下两片，呈圆形。流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了磨盘和粮食等的内能。
（1） 分析通过什么方式使磨盘和粮食的内能增加了？
[答案] 做功；
（2） 这些内能最终流散到周围的环境中，但我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？
[答案] 内能品质低。
能量耗散的理解
1.各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
2.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。所以，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
3.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
4.能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
例 （多选）热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象，所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是 ( )
A. 能量耗散说明能量不守恒
B. 能量耗散不符合热力学第二定律
C. 能量耗散过程中能量仍守恒
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的方向性
CD
[解析] 能量耗散过程能量仍守恒，但可利用的能源越来越少，这说明自然界中的宏观过程具有方向性，恰恰符合热力学第二定律，故、项正确。
解题感悟
能量与能源的区别
（1）能量是守恒的，既不会增加也不会减少。
（2）能源是能够提供可利用能量的物质。
（3）能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源。
1. （多选）下列关于能源的说法中正确的是( )
A. 能源是取之不尽，用之不竭的
B. 能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C. 大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D. 核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
BD
[解析] 尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源。
1. 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是 ( )
A. 热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B. 内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C. 两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D. 其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
B
[解析] 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故、项错误，项正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作需要消耗电能，故项错误。
2. （2021上海松江二中高二期中）下列说法中正确的是( )
A. 在一房间内，打开冰箱门，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，只要实验设备足够先进，可以使温度降低到
C. 在对手机充电的过程中，提供的电能比电池得到的化学能要多
D. 机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
C
[解析] 在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功电能转化为内能，室内温度会升高，故项错误；是绝对零度，是不可能达到的，故项错误；在对手机充电的过程中，由于存在损耗，提供的电能比电池得到的化学能要多，故项正确；机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量并将热量全部变为功，而不产生其他影响，故项错误。
3. （2021辽宁大连高二期中）下列说法中正确的是( )
A. 自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的
B. 电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
C. 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的
D. 能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少
C
[解析] 自然界的能量的总和是不变的，但人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，故项错误；电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，故项错误；电能是通过电流做功来转化为其他形式的能，故项正确；能量耗散是针对一个系统（或一个物体）而言，能量在自然界中是守恒的，故项错误。
4. 用隔板将一绝热容器隔成和两部分，中有一定质量的理想气体，为真空（如图甲所示），现把隔板抽去，中的气体自动充满整个容器（如图乙所示），这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是( )
A. 自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动
B. 自由膨胀前后，气体的压强不变
C. 自由膨胀前后，气体的温度不变
D. 容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到部分
C
[解析] 由分子动理论知，气体分子在永不停息地做无规则运动，故项错误；由能量守恒定律知，气体膨胀前后内能不变，又因一定质量的理想气体的内能只与温度有关，可知气体的温度不变，故项正确；由，可知气体压强变小，故项错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界影响的情况下，容器中的气体不能自发地全部回到容器的部分，故项错误。
熵与熵增加原理
熵是反映一个系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能的大小一样。系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。
系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展。也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增大的趋势发展。所以，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律的另一种表述形式。
1. （多选）对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是( )
A. 系统的总熵只能增大，不可能减小
B. 系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C. 系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D. 系统逐渐从比较无序的状态向更有序的状态发展
AC
[解析] 在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的，它不可能减小，故正确，错误；根据熵增加原理可知，系统总是自发地从比较有序的状态向更无序的状态发展，故正确，错误。
2. （多选）下列关于晶体熔化的说法中正确的是( )
A. 在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变
B. 晶体熔化时，由分子的平衡位置在空间较为规则排列，变为无序排列，则无序度增大
C. 在晶体熔化的过程中，熵将保持不变
D. 在晶体熔化的过程中，熵将增加
BD
[解析] 在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序度增大，熵将增加。
1. 下列关于能量耗散的说法错误的是( )
A. 能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B. 能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C. 各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D. 能量耗散导致能量品质降低
A
[解析] 能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低。
2. 已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是( )
A. 甲比较有序，乙比较无序，甲乙
B. 甲比较无序，乙比较有序，甲乙
C. 甲比较有序，乙比较无序，乙甲
D. 甲比较无序，乙比较有序，乙甲
A
[解析] 一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行。
3. （多选）下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是
( )
A. 一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B. 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C. 桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D. 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
CD
[解析] 选项、都违背了热力学第二定律，都不能发生；选项、不违背热力学第二定律，均能发生，故、项正确。
4. （多选）下列关于热力学第二定律的说法正确的是( )
A. 所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B. 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C. 机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能而不产生其他影响
D. 气体向真空的自由膨胀是可逆的
BC
[解析] 热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不都能真的发生，故项错误；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，所以气体向真空的自由膨胀是不可逆的，项正确，项错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用的功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能而不影响其他变化，项正确。
5. （多选）关于制冷机制冷过程的说法中正确的是( )
A. 此过程违反了热力学第二定律
B. 此过程违反了能量守恒定律
C. 此过程没有违反能量守恒定律
D. 此过程在消耗电能的前提下，热量从低温物体传给高温物体
CD
[解析] 制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体，但必须消耗电能，热力学第二定律并不否认热量可以从低温物体传给高温物体，关键是“不产生其他影响”。
6. 关于热机和热学规律，下列说法中错误的是( )
A. 效率为的热机是不可能制成的
B. 不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的
C. 能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是可以实现的
D. 能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是不能实现的
C
[解析] 热机在工作过程中，必然向外排出热量，热机效率小于；内能要全部转化为机械能，必须借助外界的帮助，因而一定会引起其他变化。
7. 下列说法正确的是( )
A. 一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B. 热量不可能从低温物体传给高温物体
C. 气体的扩散过程具有方向性
D. 一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性
C
[解析] 热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，、项错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是会不会产生其他影响，项错误；气体扩散过程具有方向性，项正确。
8. （多选）下列说法中正确的是( )
A. 功转变为热的实际宏观过程是不可逆的
B. 一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C. 由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D. 一切物理过程都不可能自发地进行
AC
[解析] 热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，所以选项、正确；并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，选项、错误。
9. 已知某台汽油机的效率是，如果这台汽油机用来做有用功的能量是，则这段时间里汽油机消耗了多少的汽油？（假设汽油的热值为）
[答案]
[解析] 机械效率等于有用功与总功的比值，总功；根据能量守恒定律可知，，消耗的汽油。
10. （★）（多选）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。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. 电冰箱的工作原理违背了热力学第一定律
D. 电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除
BD
[解析] 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，故项错误；根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，项错误，、项正确；“工作中产生的其他一切影响”属于能量耗散，这种影响不可能消除，正确。(共37张PPT)
第三章 热力学定律
章末总结
自发地
完全
品质
提升一 热力学第一定律及其应用
例1 在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种变化是从状态到状态，外界对该气体做功为；第二种变化是从状态到状态，该气体从外界吸收的热量为。图线的反向延长线过坐标原点，、两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零。求：
（1） 从状态到状态的过程，该气体对外界做的功和其内能的增量；
[答案] 0
[解析] 由题意知从状态到状态的过程，气体发生等容变化
该气体对外界做的功
根据热力学第一定律有
内能的增量
（2） 从状态到状态的过程，该气体内能的增量及其从外界吸收的热量。
[答案]
[解析] 状态到状态与状态到状态升高相同的温度，故内能增量相同。到的过程，体积减小，温度升高
该气体内能的增量
根据热力学第一定律有
从外界吸收的热量
1.公式：
其揭示了内能的增量、外界对物体做功与物体从外界吸热之间的关系。
物理量
大于零 物体的内能增加 外界对物体做功 物体吸热
小于零 物体的内能减少 物体对外界做功 物体放热
等于零 物体内能不变 物体对外界(或外界对物体)不做功 物体与外界绝热
2.各物理量符号的意义
3.应用热力学第一定律应注意的问题
（1）只有绝热过程，，用做功可判断内能的变化。
（2）只有在气体体积不变时，，，用吸热、放热情况可判断内能的变化。
（3）若物体内能不变，即，和不一定等于零，而是，功和热量符号相反、大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑。
（4）对于气体，做功的正负一般要看气体体积变化，气体体积缩小，；气体体积增大，。
1. （2021河北任丘第一中学高三月考）（多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、后又回到状态其中为等温过程。下列说法正确的是( )
A. 过程中，单位时间内、单位面积上与器壁碰撞的分子数增加
B. 过程中，气体放出热量
C. 过程中，气体分子的平均动能保持不变
D. 过程中，气体吸收热量
BC
[解析] 过程中，压强不变，体积变大，分子数密度减小，温度升高，分子平均速率变大，则单位时间内、单位面积上与器壁碰撞的分子数减小，项错误；过程中，气体体积不变，温度降低内能减小，根据可知，气体放出热量，项正确；过程中，气体温度不变，则分子的平均动能保持不变，项正确；过程中，气体温度不变，内能不变，即；气体体积减小，外界对气体做功，即，则根据可知，气体放出热量，项错误。
2. 对于一定质量的理想气体，下列说法错误的是( )
A. 若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
B. 若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大
C. 若气体温度升高，其等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量
D. 当气体温度升高时，气体的内能一定增大
B
[解析] 一定质量的理想气体的内能与温度有关，若气体的压强和体积都不变，则温度不变，其内能也一定不变，项正确；由知，气体的温度不断升高，压强不一定增大，项错误；根据热力学第一定律有，气体温度升高，相同，等容过程，等压过程，体积增大，则，故等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量，项正确；温度升高，理想气体的内能一定增大，项正确。
提升二 热力学第二定律及其应用
例2 (多选)地球上有很多的海水，它的总质量约为，如果这些海水的温度降低，将要放出的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，关于其原因下列说法中不正确的是( )
A. 内能不能转化成机械能
B. 内能转化成机械能不满足热力学第一定律
C. 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机械不满足热力学第二定律
D. 机械能可全部转化为内能，内能不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
AB
[解析] 内能可以转化成机械能，如热机，项错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，项错误；热力学第二定律告诉我们：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，、项正确。
1.热力学第二定律的几种表现形式
（1）热传递具有方向性
两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体。要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，来产生其他影响或引起其他变化。
（2）气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体。
（3）机械能和内能的转化过程具有方向性
物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。
（4）气体向真空膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回，使容器变为真空。
2.热力学第一定律与热力学第二定律的比较
（1）关于摩擦生热：热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转化为热。热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。
（2）关于热量的传递：热力学第一定律说明，热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
（3）关于能量：热力学第一定律说明在任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现，能量转化具有方向性。
（4）两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆。所以二者相互独立，又相互补充。
1. (多选)下列说法正确的是( )
A. 冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B. 空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多
C. 自发的热传导是不可逆的
D. 可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
BC
[解析] 有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量，项错误，项正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，项错误，项正确。
提升三 能量守恒定律的应用
例3 如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力) ，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法错误的是( )
A. 单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B. 气体吸热，气体对外做功，气体内能可能减少
C. 气体吸热，气体对外做功，气体内能一定增加
D. 气体吸热一定大于气体对外做功
B
[解析] 由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由为恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由热力学第一定律知，气体吸热一定大于气体对外做功，项错误，项正确；由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰撞一次对活塞的冲击力增大，而压强不变，单位时间内对活塞的冲击力不变。因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，项正确。
应用能量守恒定律解题的方法步骤
（1）认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。
（2）分别写出减少的能量和增加的能量的表达式。
（3）根据下列两种思路列出能量守恒方程：
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量与增加量一定相等。
②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等。
（4）解方程，代入数据，计算结果。
1. 水能不产生污染物，是一种清洁能源。位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒，而且一年四季流量稳定，瀑布落差。若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率。（取，水的密度）
[答案]
[解析] 水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能
每秒钟流下的水的质量为
每秒钟水减少的机械能为
设发电机的输出功率为，则由能量守恒定律可得
解得
（1） 两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸、，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示。现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若中细沙的质量大于中细沙的质量，重新平衡后，汽缸内气体的内能______（填“大于”“小于”或“等于”）汽缸内气体的内能。图2为重新平衡后、汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线____（填图像中曲线标号）表示汽缸中气体分子的速率分布规律。
大于
①
1. （2021河北，15，12分）
[解析] 对活塞有,中细沙多，中活塞下降多，外界对中气体做功多，中气体内能大于中气体内能，中气体温度高，根据分子速率分布规律可知温度升高时分子速率分布峰值向右移，故曲线①表示汽缸中气体分子的速率分布规律。
（2） 某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为时，压强为。
（ⅰ） 当夹层中空气的温度升至，求此时夹层中空气的压强；
[答案]
[解析] 夹层内气体原状态：、
温度升高后：、求
等容变化：
解得:
（ⅱ） 当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值。设环境温度为，大气压强为。
[答案]
[解析] 设夹层容积为，夹层中增加的气体在压强为状态下的体积为,大气压强为
等温变化：
解得
2. （2020课标Ⅱ，33，5分）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有___，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有___。（填正确答案标号）
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
[解析] 燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时向空气中散热，符合热力学第一定律和热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响，故违背热力学第二定律；制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响，既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
3. （2020课标Ⅲ，33，5分）（多选）如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中( )
A. 气体体积逐渐减小，内能增加 B. 气体压强逐渐增大，内能不变
C. 气体压强逐渐增大，放出热量 D. 外界对气体做功，气体内能不变
E. 外界对气体做功，气体吸收热量
BCD
[解析] 理想气体的内能只与温度有关，温度保持不变，所以内能不变，项错误；由理想气体状态方程，可知体积减小，温度不变，所以压强增大，因为温度不变，内能不变，项正确；体积减少，外界对做功，但内能不变，由热力学第一定律可知，气体放热，、两项正确，项错误。
4. （2020山东，6，3分）一定质量的理想气体从状态开始，经、、三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为、、。以下判断正确的是( )
A. 气体在过程中对外界做的功小于在过程中对外界做的功
B. 气体在过程中从外界吸收的热量大于在过程中从外界吸收的热量
C. 在过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D. 气体在过程中内能的减少量大于过程中内能的增加量
C
[解析] 根据气体做功的表达式可知图线和体积横轴围成的面积表示做功大小，所以在过程中气体对外界做的功等于过程中气体对外界做的功，项错误；气体从，满足玻意耳定律
，所以，所以，根据热力学第一定律可知，气体从，温度升高，所以，根据热力学第一定律可知，结合项可知，所以，过程气体吸收的热量大于过程气体吸收的热量，项错误；气体从，温度降低，所以，气体体积减小，外界对气体做功，所以，根据热力学第一定律可知，放出热量，
项正确；理想气体的内能只与温度有关，根据可知，所以气体在过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，项错误。
5. （2020天津，5，5分）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A. 压强变大 B. 对外界做功
C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
B
[解析] 随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据可知罐内气体压强减小，项错误；由于气体体积增大，对外界做功，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知气体一定从外界吸收热量，项正确，项错误；温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变，项错误。