2023版创新设计总复习高中物理讲义选修3

本文格式为Word版，下载可任意编辑——2023版创新设计总复习高中物理讲义选修3基础课3热力学定律与能量守恒定律

知识排查

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：

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另一个物体，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。

热力学其次定律

1.热力学其次定律的两种表述

(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。或表述为“其次类永动机是不可能制成的〞。

2.用熵的概念表示热力学其次定律

在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。3.热力学其次定律的微观意义

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.其次类永动机不可能制成的原因是违背了热力学其次定律。

小题速练

1.思考判断

(1)外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变。()

(2)电冰箱的工作过程说明，热量可以从低温物体向高温物体传递。()(3)科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机。()

(4)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。()(5)一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加。()

能量守恒定律

2.(多项选择)对于热力学第一定律和热力学其次定律的理解，以下说法正确的是()

A.一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大20JB.物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少

C.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

D.其次类永动机违反了热力学其次定律，没有违反热力学第一定律

E.热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学其次定律

热力学第一定律与能量守恒定律

1.做功和热传递的区别

做功与热传递在改变内能的效果上是一致的，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。2.三种特别状况

(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量。(2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。

(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。

1.(2023·襄阳模拟)(多项选择)以下对热力学定律的理解正确的是()A.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功

B.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C.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D.热量不可能由低温物体传给高温物体

E.假使物体从外界吸收了热量，物体的内能也可能减少2.(2023·吉林长春质检)(多项选择)以下各说法正确的是()A.气体扩散现象说明气体分子间存在斥力

B.对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大

C.热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体

D.用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了1.5×105J

E.饱和汽压与分子密度有关，与温度无关

3.[2023·全国卷Ⅲ，33(1)](多项选择)如图1，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最终经等压过程ca回到初态a。以下说法正确的是()

图1

A.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量

4.[2023·全国卷Ⅱ，33(1)](多项选择)如图2，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。以下说法正确的是()

图2

A.气体自发扩散前后内能一致B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中，气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

应用热力学第一定律的三点注意

(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W＝0。

(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。

(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要表达在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。

对热力学其次定律的理解

1.对热力学其次定律关键词的理解

在热力学其次定律的表述中，“自发地〞、“不产生其他影响〞的涵义。

(1)“自发地〞指明白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，对周边环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。

2.热力学其次定律的实质

自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如

3.两类永动机的比较分类设计要求不可能制成的原因第一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违背能量守恒其次类永动机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不违背能量守恒，违背热力学其次定律

1.(多项选择)以下关于热力学其次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，但内能无法全部用来做功而转化成机械能D.气体向真空的自由膨胀是可逆的E.热运动的宏观过程有一定的方向性

2.[2023·全国卷Ⅰ，33(1)](多项选择)关于热力学定律，以下说法正确的是()A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E.假使两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡3.(多项选择)根据热力学定律，以下说法正确的是()A.电冰箱的工作说明，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.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能E.对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机〞

热力学定律与气体试验定律的综合应用

解决热力学定律与气体试验定律的综合问题的思路

1.(多项选择)如图3所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。该循环过程中，以下说法正确的是()

图3

A.A→B过程中，气体的内能不变

B.B→C过程中，气体分子的平均动能增大

C.C→D过程中，气体分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.D→A过程中，外界对气体做的功小于气体内能的增加量

E.若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为25kJ2.(2023·河南郑州质检)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图象如图4所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃。求：

图4

(1)该气体在状态B时的温度；

(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。

3.如图5所示，竖直放置的汽缸，活塞横截面积为S＝0.10m2，活塞的质量忽略不计，气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通。开始活塞被锁定，汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱(U形管内的气体体积不计)，此时缸内气体温度为27℃，U形管内水银面高度差h1＝15cm。已知大气压强p0＝1.0×105Pa，水银的密度ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2。