2014高考物理大一轮复习讲义第十一章第3课时热力学定律

1、第 3 课时热力学定律考纲解读 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.题组扣点 *深度思考以题牽点 渾入理解概命规律基础知识题组1.热力学第一定律的理解一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0X104J，气体内能减少 1.3X105J，则此过程( )A. 气体从外界吸收热量 2.0X105JB. 气体向外界放出热量 2.0X105JC. 气体从外界吸收热量 6.0X104JD. 气体向外界放出热量 6.0X104J答案 B解析 根据热力学第一定律，W卜 Q=AU,所以 Q=AU

2、-W= 1.3X105J 7.0X104J=-2.0X105J，即气体向外界放出热量 2.0X105J.2. 热力学第二定律的理解以下哪些现象可能发生？哪些现象不可能发生？不可能发生的现象是否违背热力学第二定律？A. 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成机械能.C. 桶中混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. 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体.答案见解析解析 A.不可能.因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环 境，即周围环境中的热量会自动地收集到茶中，违背热力学第二定律， 所以这是不可能发

3、生的现象.B. 不可能.蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功.这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生热能，另一方面热蒸汽与周围环境存在温度差， 蒸汽机会向周围环境散热.所以，蒸汽机把蒸汽的内能全都转化为机械能，违背热力学第二定律，是不可能的.C. 可能.浑水变清，泥沙下沉，重心下降，总的重力势能减少，最终转化为内能，而机械能全部转化成内能是可能的.D.可能冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外.3.能量守恒定律的应用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

4、箱的动能Ek分别是( )A.U= 200 J , H = 600 JB.U= 600 J , E = 200 JC.U= 600 J , E = 800 JD.U= 800 J , H = 200 J答案 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为系统的内能的大小，即U= 60X10 J = 600 J，由能量守恒定律可得 EW, QAU2B.WW, QQ, AUAU2C. VWW,Q=Q, AUAU2D. W=W, QQ, AUA12答案 B解析 由热力学第一定律：AU=W片Q,A U=W+Q,若通过压强不变的过程实现体pv积膨胀，则由亍为恒量，可知温度必定升高，对理想气体

5、，内能必定增大，AU0,W0,且|Q|W| ;若通过温度不变的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，AU2=0, VW0,且|Q| = |W ,贝y AUAU2;由于气体对外做功的过程中，体积膨胀，pv通过温度不变的方式，由为恒量，可知压强必定减小，则平均压强比通过压强不变的 过程时的压强要小，故WW, QQ, B 选项正确.考点二对热力学第二定律的理解1.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”的涵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

6、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.特别提醒 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下， 热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程.3.两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，却能从单一热源吸收热量，使之完不断地对外做功的机器全变成功，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 热力学第二定律，

7、不可能制成例 2 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%,制冷机却可以使温度降到293CD. 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

8、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%制冷机也不能使温度降到- 293 C,只能无限接近273 C,却永远不能达到，C 错误；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， D 错误.答案 A祜 能自发地完全转化为柚曰功 不能自发地完全转化为 热量4）不同气体A和B不能自发分离成混合气体AB突破训练 2 地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4X1018吨，如果这些海水的温度降低 0.1 C,将要放出 5.8X1

9、023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律说明并低温物体气体体积V1不能自自发收缩到 气体体积V较大）高温物体热量量不能自发传给合变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是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器不满足热力学第二定律D. 上述三种原因都不正确答案 C解析本题考查热力学第一定律和热力学第二定律的应用， 内能可以转化成机械能，如 热机，A 错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律， B 错 误；热力

10、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，C 正确.51 热力学定律与理想气体实验定律综合的解题模型例 3 在如图 3 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A到状态B,外界对该气体做功为6 J ;第二种变化是从状态A到状态C,该气体从外界吸收的热量为9J .图线AC的反向延长线通过坐标原点Q B C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零.求：图 3(1) 从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W和其内能的增量U;(2) 从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量U2及其从外界吸收的热量Q.解析(

11、1)由题意知从状态A到状态C的过程，气体发生等容变化该气体对外界做的功 W= 0根据热力学第一定律有U=W什Q内能的增量U=Q= 9 J.(2)从状态A到状态B的过程，体积减小，温度升高该气体内能的增量 U2= Ui= 9 J根据热力学第一定律有W耳Q从外界吸收的热量Q=U W= 3 J.答案 (1)09 J (2)9 J 3 J对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化.吸、放热不能直接确定时，则要放在最后，根据热力学第一定律来确定.必须指学科素养培养加强审題与建撲指导培乔学科解黯能力W 物理模型応出的是，一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩.但在

12、某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功.另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒 来进行.突破训练 3 一定质量的理想气体由状态A经状态B变成状态C,其中L B过程为等压变化，4 C 过程为等容变化.已知Vx= 0.3 m1 2 3 4,TA=TC=300 K ,TB=400 K.(1) 求气体在状态B时的体积.(2) 说明B C过程压强变化的微观原因.(3) 设AB过程气体吸收热量为Q,BTC过程气体放出热量为Q,比较Q、Q2的大小并说明原因.答案(1)0.4 m3(2)见解析(3)QQ,原因见解析VAW解析 设气体在状态B时的体积为VB

13、,由盖一吕萨克定律得TA=TB,代入数据得 乂=0.4 m3(2) 微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小).(3)Q大于Q;因为TA=TC故ATB增加的内能与 BC减少的内能相同，而A-B过程气体对外界做正功，BTC过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q大于Q.高考模拟+提能FII练走近高考幢测课堂效采提升解題能力高考题组2(2012 新课标全国 33(1)关于热力学定律，下列说法正确的是( )A. 为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B. 对某物体做功，必定会使物体的内能增加C. 可以从单一热源吸收热量，

14、使之完全变为功D. 不可能使热量从低温物体传向高温物体E. 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程答案 ACE3 (2012 广东理综 14)景颇族的祖先发明的点火器如图4 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，气体内能减少答案 B解析 筒内圭寸闭气体被压缩过程中，外界对气体做正功.由热力学第一定律 U= W/F Qpv知，气体内能增加，温度升高.由理想气体状态方程斤=C知，气体压强增大选项 A、C、D 错误，选项

15、B 正确.3.（2011 广东理综 14）图 5 为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（ ）A.外界对气体做功，气体内能增大图 5B. 外界对气体做功，气体内能减小C. 气体对外界做功，气体内能增大D. 气体对外界做功，气体内能减小答案 A解析M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换， 所以气体内能增大.4.（2012 山东 36）（1）下列说法正确的是 _a.水的饱和汽压随温度的升高而增大b. 扩散现象表明，分子在永不停息地运动c. 当分子间距离增大时，分

16、子间引力增大，分子间斥力减小d. 定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能减小（2）如图 6 所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U 型管竖直放置，右端与大气相通，左端圭寸闭气柱长l1= 20 cm（可视为理想气体），两管中水银面等高.现将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h= 10 cm.（环境温度不变，大气压强p0= 75 cmHg）求稳定后低压舱内的压强（用“ cmHg 做单位）.此过程中左管内的气体对外界 _ （填“做正功”、“做负功”或“不做功”）,图 6气体将_ （填“吸热”或“放热”）.答案 （1）ab（2）50 cmHg 做正功吸热

17、解析（1）饱和汽压随温度的升高而增大，选项a 正确；扩散现象说明分子在永不停息地运动，选项 b 正确；当分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，选项c 错误;V根据T-c知，一定质量的理想气体，在等压膨胀时，温度升高，分子的平均动能增大，选项 d 错误.（2）设 U 型管横截面积为S,右端与大气相通时左管中封闭气体的压强为pi,右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为P2,气柱长度为I2,稳定后低压舱内的压强 为P.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得piVi=P2V2pi=poP2=P+PhV-liSI2S由几何关系得h- 2(12-Ii)联立式，代入数据得p- 50 cmHg

18、左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，U- 0,根据热力学第一定律，U-Q+ W且 V0,气体将吸热.模拟题组5.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）（ ）A. 内能增大，放出热量B. 内能减小，吸收热量C. 内能增大，对外界做功D. 内能减小，外界对其做功答案 D6.某同学给四只一样的气球充入了质量相同的空气（视为理想气体），分两排并列放在光滑的水平面上，再在上面放一轻质硬板， 而后他慢慢地站到硬板上，在此过程中气球未爆，且认为气球中气体温度不变，外界对气球中的气体做了6 J 的功，则此过程中气球_ （填“吸收”或“放出”）的热量为 _ J ;若换上另外一

19、个人表演时，某个气 球突然爆炸，则该气体内的气体的内能 _（填“增大”或“减小”），气体的温度_ （填“升高”或“降低”） 答案放出 6 减小降低练出高分（限时：30 分钟）?题组 1 热力学第一定律的理解1.图 1 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（）图 1A. 这个装置可测定热功当量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，无区别答案 AC解析 做功和热传递都可以使物体的内能发生改变，焦耳实验中是通过做功来增加水的内能，所以选项 C 正确；就物体内能的改变来说， 做

20、功和热传递是等效的，这是研究热功当量的前提，通过焦耳实验可测定热功当量，所以选项 A 正确；一个物体的内能是无法测量的，而在某个过程中物体内能的变化却是可以测定的,化的一个物理量，所以选项B 和 D 都错误.2.（2011 重庆理综 15）某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,成.开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体热量就是用来测定内能变它主要由汽缸和活塞组2 所示.在此过程中,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，内能减小答案 A解析 气体膨

21、胀，气体对外界做正功，又因气体与外界无热交换， 由热力学第一定律可 知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用， 即不考虑分子势能， 所以分子的平均动 能减小，选项 A正确.3.（2010 全国n理综 16）如图 3, 绝热容器被隔板 K 隔开成a、b两 部分已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空.抽开隔板 K 后，a内气体进入b,最终达到平衡状态在此过程中（）A.气体对外界做功，内能减少图 3B. 气体不做功，内能不变C. 气体压强变小，温度降低D. 气体压强变小，温度不变答案 BD解析 因b内为真空，所以抽开隔板后，a内气体可以“自发”进入b,气体不做功.又 因容器绝热，不与外界发生热量传递

22、， 根据热力学第一定律可以判断其内能不变， 温度 不变.由理想气体状态方程可知：气体体积增大，温度不变，压强必然变小，综上可判断 B、D 项正确.4.某校开展探究性课外活动，一同学用如图 4所示的装置研究气体压强、体积、温度三量之间的变化关系该同学选用导热良好的汽缸 将其开口向下，内有理想气体，并将汽缸固定不动，缸内活塞可自 由滑动且不漏气把一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封 良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现给 沙桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出，外部环境温度恒定，则（A. 外界对气体做功，内能增大B. 外界对气体做功，温度计示数不变C. 气体体积减小，温度计示数

23、减小D. 外界对气体做功，温度计示数增加答案 B1r解析 细沙漏出，汽缸内气体压强增大，体积减小，外界对气体做功；汽缸导热良好， 细沙慢慢漏出，外部环境温度稳定，气体温度不变，即内能不变，选项B 正确.?题组 2 热力学定律、第二类永动机的理解5.(2012 福建理综 28(1 )关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是( )A. 定量的气体吸收热量，其内能一定增大B. 不可能使热量由低温物体传递到高温物体C. 若两分子间距离增大，分子势能一定增大D. 若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大答案 D解析由热力学第一定律 U= WF Q知，一定量的气体吸收热量内能不一定增大，例如气体对外

24、做功，且WQ,那么内能将会减少，故 A 项错误；不可能使热量由低温物体传 递到高温物体，而不引起其他变化，如果“引起其他变化”，完全可以实现将热量从低温物体传递到高温物体，故 B 项错误；当rro时，分子力表现为斥力，当分子间距增 大时，分子势能减小，故 C 项错误；根据分子引力、斥力随分子间距的变化规律知，D项正确.6.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

25、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；由热力学第一定律可知W0, 80,但 U=WbQ可以等于 0, C 错；由热力学第二定到箱体外.下列说法正确的是7.律可知 D 中现象是可能的，但会引起其他变化,D对.图 5 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，放出热量压第机箱休干燥过遽器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

26、箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C. 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D. 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律答案 BC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，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故C 正确，D 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，A 错误，B 正确，故选 B、C.& 用隔板将一容器隔成A和B两部分，A中盛有一定量的气体，B为真空（如图 6 甲所示）, 现把隔板抽去，A中的气体将自动充满整个容器（如图乙所示），这个过程称为气体的自 由膨胀则关于气体的自由膨胀下列说法中正确的是（）f

27、l乙图 6A.在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同B.在自由膨胀过程中，只要把握好隔板插入的时机，全部气体就能到达B 部分C.气体充满整个容器后， 只要时间足够长，还能全部自动回到A 部分D.气体充满整个容器后，B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分 答案 D解析 气体分子在永不停息地做无规则运动， 在自由膨胀过程中也不例外， 选项 A 错误; 在自由膨胀过程中， 气体分子将充满所能达到的空间，即整个容器，选项 B 错误；热力 学第二定律指出具有大量分子参与的宏观过程都具有方向性，所以选项 C 错误；气体充满整个容器后，气体分子朝各个方向运动的机会均等， 所以B部分中的某些气体分子有

28、可能再回到A部分，选项 D 正确.?题组 3 热力学定律与气体实验定律的组合应用9.图 7 是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J ,锻1:芯幻 P、.易 P)乡1同时气体向外界放热 200 J，缸内气体的A.温度升高，内能增加 600 JB.温度升高，内能减少 200 JC.温度降低，内能增加 600 JD.温度降低，内能减少 200 J答案 A解析 对一定质量的气体，由热力学第一定律U= VW Q可知，U= 800 J + ( 200 J)=600 J, U为正表示内能增加了 600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气

29、体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确.10.(2011 山东理综 36)气体温度计结构如图8 所示.玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点hi= 14 cm,后将A放入待测恒温槽中，上下移动D,使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2= 44 cm.(已知外界图 8大气压为 1 个标准大气压，1 标准大气压相当于 76 cmHg)(1) 求恒温槽的温度.(2) 此过程A内气体内能 _(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将_(填“吸热”或“放热”).答案 (1)364 K(或

30、91C)(2)增大 吸热解析(1)设恒温槽的温度为T2,由题意知 273 KA内气体发生等容变化，根据查理定律得PET=亍P1= p)+ph1P2= p)+Ph2联立式，代入数据得Tz= 364 K(或 91C)(2)内能增大，气体将吸热11.(1)下列说法正确的是()A. 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化B. 布朗运动是由于液体分子撞击的不平衡引起的C. 0C的冰融化成 0C的水的过程中，分子平均动能增大D. 用油膜法测定油酸分子直径时，用一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积就得到油酸分子的直径某冰箱冷藏室容积为V已知此状态下空气的摩尔体积为Vnol，阿伏加德罗常数为NA，则该冷藏室内有 _个空气分子，空气分子间的平均距离为 _(3)如图