高中人教物理選擇性必修二專(zhuān)題11 熱力學(xué)三定律-學(xué)生版

1、專(zhuān)題11 熱力學(xué)三定律（學(xué)生版）一、目標(biāo)要求目標(biāo)要求重、難點(diǎn)熱力學(xué)第一定律重難點(diǎn)熱力學(xué)第二定律重點(diǎn)二、知識(shí)點(diǎn)解析1熱力學(xué)第一定律(1)改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞；(2)熱力學(xué)第一定律定義：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于外界對(duì)它做的功與外界向它傳遞的熱量的和：U=W+Q若外界對(duì)系統(tǒng)做功，則W0，若系統(tǒng)對(duì)外界做功，則W0，若系統(tǒng)向外界傳熱，則Q0意義：熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律的一種表現(xiàn)形式；(3)能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量保持不變；(4)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不消耗任何動(dòng)力或燃料，

2、卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器稱(chēng)為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)，第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可制成，原因就是因?yàn)檫`背了能量守恒定律2熱力學(xué)第二定律(1)宏觀(guān)熱現(xiàn)象的方向性紅墨水滴入清水中，很快整杯水就會(huì)變紅，但不可能出現(xiàn)散在水中的紅色顆粒自發(fā)地重新聚集成一滴紅墨水、其余部分變成清水的現(xiàn)象滾動(dòng)的足球因?yàn)槭艿侥Σ磷饔弥饾u停止，其機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但不可能出現(xiàn)足球自發(fā)地降低自身溫度、使內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而重新運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象熱咖啡倒入杯中，久置后溫度會(huì)降至室溫，但不可能出現(xiàn)室內(nèi)溫度自發(fā)地降低而咖啡溫度上升、重新變?yōu)闊峥Х鹊默F(xiàn)象(2)熱力學(xué)第二定律：反映宏觀(guān)自然過(guò)程的方向性的定律稱(chēng)為熱力學(xué)第二定律，它有如下幾種表述形式；克勞修斯表述：熱量不

3、可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體；開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不引起其他變化；開(kāi)爾文表述還可以描述成工質(zhì)不可能將從某熱源吸收的熱量全部用于做功，它必然會(huì)向其他溫度低于自身的熱源排出部分熱量，即任何熱機(jī)的效率都不可能達(dá)到100%，如圖所示；熱機(jī)的效率：(3)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)：能從單一熱源吸收熱量，并將這些熱量全部轉(zhuǎn)化為有用功的機(jī)器稱(chēng)為第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)；第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可制成，雖然它沒(méi)有違背熱力學(xué)第一定律，但違背了熱力學(xué)第二定律；3熱力學(xué)第三定律(1)絕對(duì)零度：熱力學(xué)的最低溫度，是以開(kāi)爾文溫標(biāo)定義的零點(diǎn)，即0 K，0 K273.15 ；(2)熱力學(xué)第三定律：絕對(duì)零度不可達(dá)到；4熱

4、力學(xué)第零定律(1)熱平衡：若某個(gè)與外界接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，其內(nèi)部各部分之間、整個(gè)系統(tǒng)與外界之間均沒(méi)有熱交換，我們稱(chēng)這個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡； (2)熱力學(xué)第零定律：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此也必定處于熱平衡；由于該條定律的提出比熱力學(xué)三大定律要晚，但它卻是三大定律的基礎(chǔ)，因此將其命名為熱力學(xué)第零定律；熱力學(xué)第零定律定義了溫標(biāo)的概念，即兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)若彼此處于熱平衡，則稱(chēng)這兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度相同，溫度計(jì)的誕生就建立在熱力學(xué)第零定律的基礎(chǔ)之上三、考查方向題型1：對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解典例一：（2020海淀區(qū)一模）容器內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度保持不變的條件下

5、，若氣體體積減小，則A氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大B氣體分子對(duì)器壁撞擊的密集程度變大C氣體中每個(gè)分子對(duì)器壁的撞擊的作用力都變大D氣體需要從外界吸收熱量題型2：熱力學(xué)第一定律的計(jì)算典例二：（2020江蘇）（3）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其圖象如圖所示，求該過(guò)程中氣體吸收的熱量Q.題型3：熱力學(xué)定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用典例三：（2017新課標(biāo)）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)等容過(guò)程到達(dá)狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程到達(dá)狀態(tài)，最后經(jīng)等壓過(guò)程回到狀態(tài)。下列說(shuō)法正確的是A在過(guò)程中氣體的內(nèi)能增加B在過(guò)程中外界對(duì)氣體做功C在過(guò)程中氣體對(duì)外界做功D在過(guò)程中氣體從外界吸收熱量E在過(guò)程中氣體

6、從外界吸收熱量題型4：對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解典例四：(多選)用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸2點(diǎn)插在冷水中，如圖，所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象關(guān)于這一現(xiàn)象，正確說(shuō)法是( )A這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律B在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水一定降溫、冷水一定升溫C在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成電能，電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能D在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水的內(nèi)能只有部分轉(zhuǎn)化成電能，電能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能四、模擬訓(xùn)練一、基礎(chǔ)練習(xí)1.(多選)一個(gè)帶活塞的氣缸內(nèi)封閉有一定量的氣體，對(duì)氣缸內(nèi)的氣體，下列說(shuō)法正確的是( )A氣體吸收熱量，氣體溫度一定升高B壓縮氣體，氣體溫度可能降低

7、C壓縮氣體，同時(shí)氣體向外界放熱，氣體溫度可能不變D壓縮氣體，同時(shí)氣體從外界吸熱，氣體溫度可能不變2.有一種在超市中常見(jiàn)的“強(qiáng)力吸盤(pán)掛鉤”如圖甲所示。圖乙、圖丙是其工作原理示意圖。使用時(shí)，按住鎖扣把吸盤(pán)緊壓在墻上（如圖乙），然后把鎖扣扳下（如圖丙），讓鎖扣以盤(pán)蓋為依托把吸盤(pán)向外拉出，使吸盤(pán)牢牢地被固定在墻壁上。若吸盤(pán)內(nèi)氣體可視為理想氣體，且溫度始終保持不變。則此過(guò)程中A吸盤(pán)內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大B吸盤(pán)內(nèi)氣體分子的密度增大C吸盤(pán)內(nèi)氣體分子的平均速率增大D吸盤(pán)內(nèi)氣體要吸收熱量3.快遞公司用密封性好、充滿(mǎn)氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界沒(méi)有熱交換，當(dāng)充氣袋四周被擠壓時(shí)，袋內(nèi)氣體( )A對(duì)外界

8、做負(fù)功，內(nèi)能增大B對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能減小C對(duì)外界做正功，內(nèi)能增大D對(duì)外界做正功，內(nèi)能減小4.（多選）如圖所示，固定在水平面上的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，氣缸壁和活塞絕熱性良好，汽缸內(nèi)氣體分子間相互作用力不計(jì)現(xiàn)使活塞向左移動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是( )A. 氣缸內(nèi)氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減少B. 外界對(duì)氣缸內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C. 氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小D. 氣缸內(nèi)氣體溫度升高5.一定質(zhì)量的氣體，在保持壓強(qiáng)恒等于的狀況下，體積從膨脹到，這一過(guò)程中氣體共向外界吸熱，則氣體內(nèi)能的變化為( )A增加了B減少了C增加了D減少了6.壓縮一定質(zhì)量的氣體，對(duì)氣體做了的功，氣體內(nèi)能增加了則此過(guò)程中氣體(能“吸收”或

9、“放出”)了_的熱量7.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)經(jīng)過(guò)狀態(tài)變化到狀態(tài)，其圖象如圖所示，下列說(shuō)法正確的有A的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功B的過(guò)程中，氣體放出熱量C的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)變大D的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加8.如圖所示，、為一定質(zhì)量的理想氣體變化過(guò)程中的三個(gè)不同狀態(tài)，下列說(shuō)法正確的是A三個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)相等B從到，氣體內(nèi)每一個(gè)分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)都變劇烈C從到，氣體吸收的熱量等于氣體對(duì)外界做的功D從到，氣體對(duì)外界做功的數(shù)值小于從到氣體對(duì)外界做功的數(shù)值9.（多選）某容器內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開(kāi)始處于狀態(tài)，第一次經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)狀態(tài)，第二次再經(jīng)過(guò)等壓變化過(guò)程到達(dá)狀態(tài)，如圖所示。設(shè)氣體在狀態(tài)和狀態(tài)的體積分別

10、為和，在過(guò)程和中氣體對(duì)外做功分別為和，吸收的熱量分別為利，則下面說(shuō)法正確的是A，B，C，D，10.在如圖所示pV圖象中，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)M變化至狀態(tài)N，分別經(jīng)歷了過(guò)程1和過(guò)程2，已知M、N狀態(tài)的溫度相等，則在過(guò)程1中氣體溫度的變化情況是 (選填“先減少后增大”、“不變”或“先增大后減少”)，若過(guò)程1中氣體吸熱Q1，過(guò)程2中氣體吸熱Q2，則Q1 Q2(選填“”、“=”或“”)11.圖為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫致冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)在蒸發(fā)器中致冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)致冷劑液化，放出熱量到箱體外下列說(shuō)法正確的是( )A熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外

11、B電冰箱的致冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸電冰箱的工作原理違反了熱力學(xué)第一定律D電冰箱的工作原理違反了熱力學(xué)第二定律12.如圖所示，將一個(gè)絕熱的汽缸豎直放在水平桌面上，在汽缸內(nèi)用一個(gè)活塞封閉一定質(zhì)量的氣體在活塞上面放置一個(gè)物體，活塞和物體的總質(zhì)量為m，活塞的橫截面積為S已知外界的大氣壓為P0，不計(jì)活塞和汽缸之間摩擦在汽缸內(nèi)部有一阻值為R的電阻絲，電源的電壓為U，在接通電源t時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)活塞緩慢上升h高度已知重力加速度為g，求：(1)外界對(duì)氣體做多少功；(2)在這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能改變了多少？13.如圖所示的導(dǎo)熱氣缸固定于水平面上，缸內(nèi)用活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，

12、外界大氣壓強(qiáng)保持不變現(xiàn)使氣缸內(nèi)氣體溫度從27緩慢升高到87，此過(guò)程中氣體對(duì)活塞做功240 J，內(nèi)能增加了60 J活塞與氣缸間無(wú)摩擦、不漏氣，且不計(jì)氣體的重力，活塞可以緩慢自由滑動(dòng)求缸內(nèi)氣體從外界吸收的熱量升溫后缸內(nèi)氣體體積是升溫前氣體體積的多少倍？14.一定質(zhì)量的某種理想氣體的體積V與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖象如圖所示，氣體在狀態(tài)A 時(shí)壓強(qiáng)p0=1.0105 Pa、體積V0=800 cm3，線(xiàn)段AB與V軸平行，BC延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O求該氣體狀態(tài)B時(shí)的壓強(qiáng)；已知該氣體從狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過(guò)程中，向外界放熱60 J，求該過(guò)程中氣體內(nèi)能的變化量二、提升練習(xí)1.（2020高考天津卷）水槍是孩子們喜愛(ài)的玩具

13、，常見(jiàn)的氣壓式水槍儲(chǔ)水罐示意如圖。從儲(chǔ)水罐充氣口充入氣體，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口?？蹌?dòng)扳機(jī)將閥門(mén)M打開(kāi)，水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過(guò)程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體（ ）A壓強(qiáng)變大 B對(duì)外界做功 C對(duì)外界放熱 D分子平均動(dòng)能變大2.（2020高考全國(guó)理綜II）下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有_，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有_。（填正確答案標(biāo)號(hào)）A汽車(chē)通過(guò)燃燒汽油獲得動(dòng)力并向空氣中散熱B冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散

14、發(fā)到溫度較高的室內(nèi)3.(2020高考全國(guó)理綜III卷多選)如圖，一開(kāi)口向上的導(dǎo)熱氣缸內(nèi)。用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與氣缸壁間無(wú)摩擦?，F(xiàn)用外力作用在活塞上。使其緩慢下降。環(huán)境溫度保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞下降過(guò)程中_。A氣體體積逐漸減小，內(nèi)能增知B氣體壓強(qiáng)逐漸增大，內(nèi)能不變C氣體壓強(qiáng)逐漸增大，放出熱量D外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能不變E外界對(duì)氣體做功，氣體吸收熱量4.（2016高考全國(guó)理綜一多選）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是_。A氣體吸熱后溫度一定升高B對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能C理想氣體等壓膨脹過(guò)程一定放熱D熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡5.(2018高考全國(guó)卷III多選) （1）如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過(guò)程如p-V圖