《高考風(fēng)向標(biāo)》高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十三 第3講 熱力學(xué)定律 能量守恒

第3講熱力學(xué)定律能量守恒方式做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加 物體對外做功，物體的內(nèi)能減小物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減小本質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式的比較概念溫度內(nèi)能(熱能)熱量功涵義物體分子平均動能大小的標(biāo)志，對個別分子來說，溫度 沒有意義物體內(nèi)所有分子動能和勢能 的總和熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化 過程2.溫度、內(nèi)能、熱量、功的區(qū)別3.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：物體內(nèi)能的增量ΔU等于外界對物體做的功W和物體吸收的熱量Q的總和．(2)表達(dá)式：.W＋Q＝ΔU(3)符號法則：＞＜吸放①功W0，外界對系統(tǒng)做功；W0，系統(tǒng)對外界做功；②熱量Q＞0，物體熱；Q＜0，物體熱；

③內(nèi)能ΔU＞0，內(nèi)能增加；ΔU＜0，內(nèi)能減少． 在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)，應(yīng)特別分清W、Q的正負(fù)號，以便準(zhǔn)確地判斷ΔU的正、負(fù)． (4)容易出錯的幾種特殊情況 ①若是絕熱過程，則Q＝0、W＝ΔU，即外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；②若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；

③若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．D1．(單選)關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的是()A．熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多B．溫度高的物體其熱量必定多，內(nèi)能必定大C．在熱傳遞過程中，內(nèi)能大的物體其內(nèi)能將減小，內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增大，直到兩物體的內(nèi)能相等D．熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度C

2．(單選)關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是()A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大B．物體對外做功，內(nèi)能一定減小C．物體吸收熱量，同時(shí)對外做功，內(nèi)能可能不變

D．物體放出熱量，同時(shí)對外做功，內(nèi)能可能不變

3．(雙選)某體育館內(nèi)有一恒溫游泳池，水溫等于室溫，現(xiàn)有一個氣泡從水池底部緩緩上升，那么在上升過程中，泡內(nèi)氣體(可視為理想氣體)()A．分子間的平均距離減小B．分子平均動能減小C．不斷吸熱D．壓強(qiáng)不斷減小CD

解析：氣泡處在恒溫的水池中，可認(rèn)為溫度不變，故平均動能不變，選項(xiàng)B錯；氣泡從水池底部緩緩上升過程中，其壓強(qiáng)在不斷減小，由氣體壓強(qiáng)的微觀解釋可知，體積必在增大，對外做功，而溫度不變，對理想氣體而言，其內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知，氣體必不斷從外部環(huán)境中吸熱，故選項(xiàng)A錯，C、D正確．圖13－3－1A．氣體壓強(qiáng)減小，氣體對外界做功B．氣體壓強(qiáng)增大，外界對氣體做功C．氣體體積減小，氣體內(nèi)能減小D．氣體體積增大，氣體內(nèi)能減小4．(單選)如圖13－3－1所示，用一根與絕熱活塞相連的細(xì)線將絕熱汽缸懸掛在某一高度靜止不動，汽缸開口向上，缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，缸內(nèi)活塞可以無摩擦移動且不漏氣，現(xiàn)將細(xì)線剪斷，讓汽缸自由下落，則下列說法正確的是(

)

B考點(diǎn)2熱力學(xué)第二定律、能量守恒定律1．熱力學(xué)第二定律(1)兩種表述：解析：在沒有剪斷線前，汽缸內(nèi)密封氣體的壓強(qiáng)p＝p0－GS；剪斷線后，汽缸及活塞都做自由落體運(yùn)動，系統(tǒng)完全失重，p′＝p0，即壓強(qiáng)增大，故A錯．剪斷線后，由于氣體壓強(qiáng)增大到等于大氣壓，活塞相對汽缸向下運(yùn)動動，氣體體積減小，外界對氣體做功，故B對．由熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增大，故C、D錯．

①按熱傳遞的方向性來表述：熱量不能地從低溫物體傳到高溫物體．自發(fā)不產(chǎn)生其他影響②按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而．

(2)熱力學(xué)第二定律的意義：揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律． (3)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋

①一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的進(jìn)行．這是熱力學(xué)第二定律的微觀意義．

性增大的方向②從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一無序個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展． 2．能量守恒定律 (1)內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體．．這就是能的轉(zhuǎn)化和在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量守恒定律．保持不變(2)對能量守恒定律的理解：①某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱源吸熱，全部用來對外做功而不引起其他變化的機(jī)器違背能量守恒，不可能實(shí)現(xiàn)不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)量與增加量相等．②某個物體能量的減少，一定存在其他物體能量的增加，且減少量和增加量一定相等．

③在利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題時(shí)，要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，分析初、末狀態(tài)確定ΔE增、ΔE減各為多少，再由ΔE增＝ΔE減列式計(jì)算．3．兩類永動機(jī)的比較5．(雙選)下列說法中正確的是()AC

A．一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性

B．一切不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的物理過程都是可以實(shí)現(xiàn)的

C．由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行

D.一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行

解析：由熱力學(xué)第二定律和能量守恒定律易判斷A、C是正確的．

6．(單選)關(guān)于對永動機(jī)的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)都違背了能量守恒定律，所以都不可能制成C

B．第一類永動機(jī)違背了能量守恒定律，第二類永動機(jī)沒有違背能量守恒定律，因此，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，第二類永動機(jī)是可以制成的

C．第一類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第一定律，第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，這兩類永動機(jī)都不可能制成

D．兩類永動機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理是相同的，都是人們的美好設(shè)想，是永遠(yuǎn)不會實(shí)現(xiàn)的解析：第一類永動機(jī)違背了能量守恒定律，不可能制成；第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，也不能制成．

7．(單選)如圖13－3－2所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度較大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能增量為ΔU，則(

)圖13－3－2A．ΔU＝QB．ΔU<QC．ΔU>QD．無法比較

解析：A、B氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后在中線，所以系統(tǒng)重力勢能增大．由能量守恒知：吸收熱量一部分增加氣體內(nèi)能，一部分增加重力勢能．故ΔU<Q.B熱點(diǎn)熱力學(xué)定律綜合問題

【例1】(雙選)(2009年全國Ⅱ)如圖13－3－3，水平放置的密封汽缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲．汽缸壁和隔板均絕熱．初始時(shí)隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等．現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源．當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，與初始狀態(tài)相比()圖13－3－3A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B．左右兩邊氣體溫度都升高C．左邊氣體壓強(qiáng)增大D．右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量答案：BC

解析：當(dāng)電熱絲通電后，右邊的氣體溫度升高，氣體膨脹，將隔板向左推，對左邊的氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，再根據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律，左邊的氣體壓強(qiáng)增大．A錯，B、C正確．右邊氣體內(nèi)能的增加值為電熱絲發(fā)出的熱量減去對左邊的氣體所做的功，D錯．故選BC.B．布朗運(yùn)動就是液體分子的運(yùn)動CC．一定質(zhì)量的理想氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能可能不變D．熱量不可能從低溫物體傳遞給高溫物體

1．(單選)(2011年深圳一模)下列敘述中，正確的是()

A．物體溫度越高，每個分子的動能也越大

解析：溫度是大量分子平均動能的標(biāo)志，對一個分子沒有意義；布朗運(yùn)動是液體分子無規(guī)運(yùn)動的間接反映；熱量不能從低溫物體傳遞給高溫物體，而不引發(fā)其他變化．

說法中正確的是()CD

A．只要知道氣體的摩爾體積和阿伏伽德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的質(zhì)量

B．第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`反了能量守恒定律

C．一定質(zhì)量的理想氣體，保持氣體的壓強(qiáng)不變，溫度越高，體積越大

D．液體的表面張力是由于液體分子間的相互作用引起的2．(雙選)(2011年湛江調(diào)研)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列

易錯點(diǎn)：熱力學(xué)定律

【例1】(單選)將一裝有壓縮空氣的金屬瓶的瓶塞突然打開，使壓縮空氣迅速跑出，當(dāng)瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)降至等于大氣壓p0

時(shí)，立即蓋緊瓶塞，過一段時(shí)間后，瓶內(nèi)壓強(qiáng)將(設(shè)瓶外環(huán)境溫度不變)()BA．仍為p0B．大于p0C．小于p0D．無法確定

錯解分析：由于是在內(nèi)外氣壓相等的情況下塞上瓶塞的，所以過一段時(shí)間后，內(nèi)外壓強(qiáng)應(yīng)該仍然相等，所以答案應(yīng)該選A.

上述解答中沒有從熱力學(xué)規(guī)律出發(fā)，不能把生活語言，如”突然”，”空氣迅速跑出”等詞語，”翻譯”成”物理語言”．上述表達(dá)的物理語言可表述為：壓縮氣體對外做功，與外界來不及進(jìn)行熱交換，即所謂的絕熱過程．另外就是”過一段時(shí)間”，這是一個可能有熱交換的過程，因?yàn)槠孔邮墙饘俚?，金屬一般都是熱的良?dǎo)體．上述錯誤正是因?yàn)闆]有分析這兩個熱力學(xué)過程所致.

正確解析：拔開瓶塞，瓶內(nèi)空氣急速膨脹跑出來，這是一個近似的絕熱膨脹過程，氣體對外做功．根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體的內(nèi)能一定減少，即溫度迅速降低．由于是在室溫下拔開瓶塞的，所以瓶內(nèi)氣體的溫度一定低于室溫．當(dāng)瓶內(nèi)外氣體壓強(qiáng)相等后，塞上瓶塞，立刻又出現(xiàn)了一個新的熱力學(xué)過程，由于瓶內(nèi)氣溫低于室溫，必將有熱量從外界傳向瓶內(nèi)空氣，使瓶內(nèi)空氣的溫度升高，瓶內(nèi)空氣的壓強(qiáng)也就隨著溫度的升高而增大．所以，正確答案應(yīng)為B.

解此類題時(shí)要注意把握住題設(shè)的關(guān)鍵詞所反映的隱含條件，注意分析物理過程，只是根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)想當(dāng)然一般是要出錯的．1．(單選)下列說法中正確的是()D

A．溫度低的物體內(nèi)能小

B．溫度低的物體分子運(yùn)動的平均速率小

C．做加速運(yùn)動的物體，由于速度越來越大，因此物體分子的平均動能越來越大

D．外界對物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加

解析：由于物體內(nèi)能的變化與兩個因素有關(guān)，即做功和熱傳遞兩方面．內(nèi)能是否改變要從這兩方面綜合考慮．若做功轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能等于或小于物體放出的熱量，則物體的內(nèi)能不變或減少．即外界對物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加，選項(xiàng)D是正確的．

2．