文档文本内容
§14.10 热力学定律 能量守恒定律（第2 课时）
（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别的形式，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的总量保持不变。
【例1】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
【例2】如图所示容器中，A，B 各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下为水，上为空气，
大气压恒定。A、B 底部由阀门K 隔开，整个装置与外界绝热。原先A 中水面比B 中高，打开
阀门，使A 中的水逐渐向B 中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确的是（ ）
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
2．无条件性：总的能量守恒是无条件的，能量守恒是自然界的普遍规律
具体的某一种形式的能量守恒是有条件的。例如：只有重力（弹簧弹力）做功时机械能才守恒。
3．第一类永动机：不消耗任何能量而能够不断地对外做功（输出能量）的装置
第一类永动机不可能制成（原因：违背了能量守恒定律）
任何一种机械，都只能实现能量的转化，而不能创造能量
（四）热力学第二定律
▲揭示的本质：一切与热现象相关的宏观自然过程都具在方向性，都不可逆
【例3】对热力学第二定律，下列理解正确的是（ ）
A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的
B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
C．热量不可能由低温物体传递到高温物体
D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成
1．热力学过程的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的（即一个过程可以进行，
而它的逆过程不能自发地进行）。
如：热量能从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体；气体体积膨胀后不
能自发地收缩；扩散开去的物质微粒不能自动地复原；已经混和了的水和酒精不能再自动分开；……
2．热力学第二定律（用来反映宏观自然过程的方向性的定律）
（1）表述一（克劳修斯表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（热传递的方向性）
（2）表述二（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。
【例4】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，使冰箱内的温度低于冰箱外的温度。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反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
3．第二类永动机：从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器
第二类永动机不能制成（原因：不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律）
【例5】在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g 的水由液态变成同温度的水蒸气，其体积由1.043cm3变为1676cm3。
已知水的汽化热为2263.8J/g。求：
（1）体积膨胀时气体对外界做的功W；（2）气体吸收的热量Q；（3）体增加的内能ΔU。
（五）能量耗散与熵增原理
1．能量耗散：能量在使用过程中，总会有一部分以内能形式散发到周围环境中去而不能再收集利
用
2．能量守恒，但能源有限，需节约能源
3．熵增原理
（1）熵：用来描述一个系统混乱程度的物理量。一个系统越混乱（即：越无序），熵就越大
（2）熵增加原理：在一个孤立系统中，任何自发过程，总是朝着熵增加的方向进行（有序→无
序）
【作业】
班次 座次 姓名
1．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将（ ）
A．降低
B．升高
C．不变
D．无法确定
2．如图所示，某容器内部有被隔板隔开的A、B 两部分气体，A 的密度小，B 的密度大，抽出隔板
并加热气体，使两气体混合均匀，设在此过程A、B 两部分气体吸热为Q，内能的增量为E，则（ ）
A．E＜Q
B．E＝Q
C．E＞Q
D．无法比较
3．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（ ）
A．能量耗散过程中能量不守恒
B．第二类永动机违背了热力学第一定律，不可能制成
C．因为能量守恒，无需节约能源
D．一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行
4．二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方
法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的
导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中（ ）
A．封闭气体对外界做正功
B．封闭气体向外界传递热量
C．封闭气体分子的平均动能增大
D．封闭气体从外界吸收热量
5．某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该
发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786m3，发电过程中上下水库平均
水位差为64m。则下列说法正确的是（ ）
A．若每天发电40kW·h，则能源利用效率约为35%
B．发电时下水库出水口的水流速度可达到36m/s
C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139kW·h
D．平均每天所发电能可供10 户居民同时用电（每户电功率为1.4kW）约10h
6．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
7．如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过滑轮连接一重物并保持静止。已知活塞距缸口h＝50cm，活塞
面积S＝10cm2，封闭气体的体积V1＝1500cm3，温度为0℃，大气压强p0＝1.0×105Pa，物体重力G＝50N，活塞重力及一
切摩擦不计。缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了Q＝60J 的热量，使活塞刚好升到缸口。求：
（1）活塞刚好升到缸口时，气缸内气体的温度；
（2）气缸内气体对外界做的功；
（3）气缸内气体内能的变化量。
