高考物理一輪復(fù)習 第十二章 第3節(jié) 熱力學(xué)定律講義（含解析）-人教版高三物理試題

熱力學(xué)定律(1)做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的。(×)(2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少。(×)(3)物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變。(√)(4)在給自行車打氣時，會發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為外界對氣體做功。(√)(5)自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失。(×)(6)利用河水的能量使船逆水航行的設(shè)想，符合能量守恒定律。(√)(7)熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化。(×)突破點(一)熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式的比較做功熱傳遞區(qū)別內(nèi)能變化情況外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少從運動形式上看做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉(zhuǎn)化熱傳遞是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動發(fā)生變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移從能量的角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移能的性質(zhì)變化情況能的性質(zhì)發(fā)生了變化能的性質(zhì)不變聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的2．溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較含義特點溫度表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動能大小的標志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義狀態(tài)量內(nèi)能(熱能)物體內(nèi)所有分子動能和勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相對位置所決定的能熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量，熱量用來量度熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少過程量功做功過程是機械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程3．對公式ΔU＝Q＋W符號的確定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少4．三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，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。[題點全練]1．(2019·如東月考)關(guān)于溫度、熱量、功、內(nèi)能，以下說法正確的是()A．同一物體溫度高時，含有的熱量多B．物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C．外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加WD．熱量總是從溫度高的物體傳給溫度低的物體解析：選D熱量是過程量，只有在吸熱、放熱過程中才發(fā)生轉(zhuǎn)移，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯誤；只有在絕熱過程中ΔU＝W，故C錯誤；發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，熱量從高溫物體向低溫物體傳遞，故D正確。2．(2018·連云港期末)1912年，英國物理學(xué)家威爾遜發(fā)明了觀察帶電粒子運動徑跡的云室，結(jié)構(gòu)如圖所示，在圓筒容器中加入少量酒精，使云室內(nèi)充滿酒精飽和蒸汽，迅速向下拉動活塞。以下說法正確的是()A．室內(nèi)氣體溫度降低，酒精飽和蒸汽壓降低B．室內(nèi)氣體溫度升高，酒精飽和蒸汽壓降低C．室內(nèi)氣體溫度降低，酒精飽和蒸汽壓升高D．室內(nèi)氣體溫度升高，酒精飽和蒸汽壓升高解析：選A迅速向下拉動活塞，酒精蒸汽絕熱膨脹，對外做功，溫度降低，酒精飽和蒸汽壓降低，酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)，故A正確，B、C、D錯誤。3．[多選](2019·南京六校聯(lián)考)如圖所示，一導(dǎo)熱性能良好的金屬汽缸靜放在水平面上，活塞與汽缸壁間的摩擦不計。汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。現(xiàn)緩慢地向活塞上倒一定質(zhì)量的沙土，忽略環(huán)境溫度的變化，在此過程中()A．氣體的內(nèi)能不變 B．汽缸內(nèi)分子平均動能增大C．汽缸內(nèi)氣體分子密度增大 D．氣體從外界吸收熱量解析：選AC金屬汽缸導(dǎo)熱性能良好，由于熱交換，汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同，向活塞上倒一定質(zhì)量的沙土時氣體等溫度壓縮，溫度不變，氣體的內(nèi)能不變。而汽缸內(nèi)封閉氣體被壓縮，體積減小，外界對氣體做功，ΔU＝0，W>0，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知Q<0，即放熱，A正確，D錯誤；溫度不變，則汽缸內(nèi)分子平均動能保持不變，B錯誤；汽缸內(nèi)封閉氣體被壓縮，體積減小，而質(zhì)量不變，則汽缸內(nèi)氣體分子密度增大，C正確。突破點(二)熱力學(xué)第二定律1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。2．熱力學(xué)第一、第二定律的比較熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律定律揭示的問題它從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系它指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當摩擦力做功時，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向低溫物體說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)3．兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設(shè)計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律[典例][多選](2019·南京模擬)下列說法中正確的是()A．相互間達到熱平衡的兩物體的內(nèi)能一定相等B．空調(diào)既能制熱又能制冷，說明在不自發(fā)的條件下，熱傳遞可以逆向C．自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的D．由于自然界中總的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源[解析]相互間達到熱平衡的兩物體的溫度相同，內(nèi)能不一定相等，故A錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定外界條件影響下可以實現(xiàn)，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，故C正確；雖然自然界中的總能量不會減少，但是能源的品質(zhì)會降低，無法再利用，故還需要節(jié)約能源，故D錯誤。[答案]BC[方法規(guī)律]4個常見的宏觀熱現(xiàn)象方向性實例(1)高溫物體eq\o(,\s\up7(熱量Q能自發(fā)傳遞),\s\do5(熱量Q不能自發(fā)傳遞))低溫物體。(2)功eq\o(,\s\up7(能獨立全轉(zhuǎn)化為),\s\do5(不能獨立地完全轉(zhuǎn)化為))熱量。(3)氣體體積V1eq\o(,\s\up7(能自發(fā)膨脹),\s\do5(不能自發(fā)壓縮))氣體體積V2(V2＞V1)。(4)不同氣體A和Beq\o(,\s\up7(能自發(fā)混合),\s\do5(不能自發(fā)分離))混合氣體AB。[集訓(xùn)沖關(guān)]1．(2019·沭陽模擬)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．在一定條件下物體的溫度可以降到0KB．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D．壓縮氣體，氣體的溫度一定升高解析：選B由于絕對零度不可能達到，故A錯誤；物體從外界吸收熱量并對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知內(nèi)能可能增加、減小或不變，C錯誤；壓縮氣體，外界對氣體做正功，可能向外界放熱，內(nèi)能可能減少、溫度降低，D錯誤；物體從單一熱源吸收的熱量全部用于做功而引起其他變化是可能的，B正確。2．(2019·鹽城調(diào)研)下列說法中正確的是()A．隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的B．一切自然現(xiàn)象都遵循能量守恒定律C．在粗糙的水平面上滑動的運動物體動能不斷減少，是動能自發(fā)完全轉(zhuǎn)化內(nèi)能，反之內(nèi)能也能自發(fā)完全轉(zhuǎn)化為動能D．能量轉(zhuǎn)化過程中，其總能量越來越小，所以要大力提倡節(jié)約能源解析：選B第一類永動機違反了能量守恒定律，第二類永動機違反了能量轉(zhuǎn)化的方向性，都不可能制成，故A錯誤；能量守恒定律是一切自然現(xiàn)象中普遍適用的規(guī)律，故B正確；在粗糙的水平面上滑動的運動物體動能可以自發(fā)完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反之內(nèi)能不能自發(fā)完全轉(zhuǎn)化為動能，故C錯誤；能量轉(zhuǎn)化過程中，總能量不變，但能源會越來越少，故D錯誤。3．(2018·蘇州模擬)卡諾循環(huán)是由法國工程師卡諾于1824年提出的，它可用于分析熱機的工作過程，卡諾循環(huán)包括四個步驟：等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮。下列相關(guān)說法中正確的是()A．隨著設(shè)備的改進和技術(shù)的提高，熱機效率可能達到100%B．絕熱膨脹和絕熱壓縮過程中，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能保持不變C．等溫壓縮過程中，因外界對氣體做功，故汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能增大D．等溫膨脹過程中，單位時間內(nèi)在單位面積上碰撞汽缸壁的分子數(shù)減少解析：選D由熱力學(xué)第二定律可知，熱機效率不可能達到100%，選項A錯；絕熱膨脹和絕熱壓縮過程中，與外界沒有熱量交換，而汽缸體積改變，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能因做功而改變，選項B錯；等溫壓縮過程中，溫度不變，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能不變，選項C錯；等溫膨脹過程中，溫度不變，體積增大，單位體積內(nèi)分子數(shù)目減少，單位時間內(nèi)在單位面積上碰撞汽缸壁的分子數(shù)減少，選項D對。突破點(三)氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合求解此類綜合問題的通用思路[典例](2018·南京模擬)如圖所示，輕質(zhì)活塞將體積為V0，溫度為3T0的理想氣體，密封在內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，已知大氣壓強為p0，大氣的溫度為T0，氣體內(nèi)能U與溫度的關(guān)系為U＝aT(a為常量)，在汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢降為T0的過程中，求：(1)氣體內(nèi)能的減少量；(2)氣體放出的熱量。[解析](1)由題意可知氣體內(nèi)能的減少量ΔU＝aΔT＝2aT0。(2)設(shè)溫度降低后的體積為V2，則由蓋—呂薩克定律得eq\f(V0,3T0)＝eq\f(V2,T0)，外界對氣體做功為W＝p0(V0－V2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，解得Q＝eq\f(2,3)p0V0＋2aT0。[答案](1)2aT0(2)eq\f(2,3)p0V0＋2aT0[方法規(guī)律]判斷理想氣體內(nèi)能變化的兩種方法(1)一定質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能的變化完全由溫度變化決定，溫度升高，內(nèi)能增大。(2)若吸、放熱和做功情況已知，可由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q來確定。[集訓(xùn)沖關(guān)]1.[多選](2017·江蘇高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V-T圖像如圖所示。下列說法正確的有()A．A→B的過程中，氣體對外界做功B．A→B的過程中，氣體放出熱量C．B→C的過程中，氣體壓強不變D．A→B→C的過程中，氣體內(nèi)能增加解析：選BC由題圖可知，從A到B氣體的體積減小，外界對氣體做功，A項錯誤；從A到B過程氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，B項正確；從B到C過程中eq\f(V,T)是一個常數(shù)，氣體發(fā)生的是等壓變化，氣體的溫度降低，內(nèi)能減少，C項正確，D項錯誤。2.(2019·南通調(diào)研)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等溫過程到狀態(tài)B。此過程中，氣體溫度t＝20℃，吸收的熱量Q＝3.6×102J，已知A狀態(tài)的體積是1L，求：(1)此過程中氣體內(nèi)能的增量；(2)此過程中氣體是對外做功還是外界對氣體做功，做的功是多少；(3)若氣體先從狀態(tài)A經(jīng)等壓變化到狀態(tài)C，再經(jīng)等容變化到狀態(tài)B，則這個過程氣