亮剑11

2022新亮剑高考物理总复习讲义第十三单元选修3-3第

3课时含解析x

第3课时含解析

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1、11

热力学定律

见《自学听讲》P236

1、热力学第一定律

(1)热力学第一定律: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。

表达式:U=Q+W

(2)应用热力学第一定律解题的法宝就是一定要熟记、记准符号法则。

对理

想气体而言,温度只与内能有关,温度升高,内能增加,U>0;温度降低,

内能减少,U

0。从外界吸收热量Q>0,有促使内能增加的可能;向外界放出热量Q<0,

有促使内能减少的可能;若系统与外界绝热,则Q=0,既不吸热,也不放热。

外界对气体做功,W>0,有促使内能增大的可能;气体对外界做功,W<0,有促

使内能减少的可能。

【温馨提示】理想气体内能变化的分析思路①由体积变化分析气体做

功情况:体积膨胀,气体对外做功;气体被压缩,外界

对气体做功。

②由温度变化判断气体内能变化:温度升高,气体内能增大;温度降低,

气体内能减小。

③由热力学第一定律U=W+Q判断气体是吸热还是放热。

2、能量守恒定律

(1)自然安全管理 界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有

机械能,分子运动具有内能,电荷的运动具有电能,原子核内部的运动具有

原子能,等等。

(2)不同形式的能量之间可以相互转化:摩擦生热是通过克服摩擦力做

功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,

表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能,等等。

这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成

的这一转化过程。

(3)能量守恒定律: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别的物体,在转化或转

移的过程中,能量的总量保持不变。条件性:能量守恒定律是自然界的普遍

规律,但其中一系统或其中一种形式的能是否守恒则是有条件的。

3、热力学第二定律

(1)热力学第二定律的两种表述

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“第二类永动机是不可能制成的”。

(2)用熵的概念表示热力学第二定律:在任何自然过程中,一个孤立系

统的总熵不会减小。

(3)热力学第二定律的微观意义: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。

2、11

(4)曾经有人设计一类机器,希望它从高温热库(例如锅炉)吸取热量后

全部用来做功,不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到

100%了吗这种机器不违背能量守恒定律,但是都没有成功。人们把这种只

从单一热库吸热,同时不间断地做功的永动机叫第二类永动机。第二类永

动机不可能制成的原因是违

背了热力学第二定律。

【温馨提示】热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒,而对

过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以发生,哪些不可能

发生,例如,第二类永动机不可能实现,热机效率不可能是100%,热现象过

程中能量耗散是不可避免的,实际的宏观的热现象过程是不可逆的。

1、(2022湖北武汉单元检

测)(多选)在热力学第一定律的表达式U=W+Q中,关于U、W、Q各个物

理量的

正、负,下列说法中正确的是()。

A。外界对物体做功时W为负,内能增加时U为正B。物体对外界做功

时W为负,吸热时Q为正C。吸热时Q为正,内能增加时U为正

D。吸热时Q为负,内能增加时U为负

E。外界对物体做功时W为正,吸热时Q为正,内能增加时U为正答案

BCE

2、(2022江西南昌6月摸底考试)(多选)根据热力学定律,下列说法

正确的是()。A。电冰箱的工作过程表明,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。

科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机

D。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”

E。能量只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另

一个物体

答案ABE

3、(2022山西太原9月诊断)(多选)木箱静止于水平地面上,现在用

一个80N的水平推力推动木箱前进10m,木箱受到的摩擦力为60

N,转化为木箱与地面系统的内能为U,转化为木箱的动能为Ek,则()。

A。U=200J

B。U=600J

C。Ek=600J

D。Ek=200J

E。U>Ek

答案BDE

4、(2022陕西榆林质量调

研)(牛肉小饭 多选)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。第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B。第二类永

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。由热力学第一定律可知,做功和热传递改变物体内能的效果和方式

都相同

E。由热力学第二定律可知,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

3、11

答案ABE

5、(2022贵州贵阳开学考试)(多选)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。对物体做功,必定会使该物体的内能增加

C。可以从单一热源吸收热量,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。功转变为热的宏观自然过程是不可逆过程

答案ACE

1、(2022全国卷

Ⅰ,33)(多选)如图甲所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过

程①、②、③

、④到达状态e,对此气体,下列说法正确的是()。

甲

A。过程①中气体的压强逐渐减小

B国庆节趣事作文 。过程②中气体对外界做正功

C。过程④中气体从外界吸收了热量

D。状态c、d的内能相等

E。状态d的压强比状态b的压强小

解析过程①中气体的体积不变,温度上升,根据查理定律可知,气体压

强逐渐增大,A项错误;过程②中气体体积增大,对外膨胀,对外界做正功,B

项正确;过程④中气体体积不变,温度降低,内能减少,向外界放出了热量,C

项错误;状态c、d的温度相等,内能相等,D项正确;如图乙所示,连接Od

交ab于b',Od是等压线,则pd=pb',又ab是等容线,因为Tb>Tb',所以

pb>pb',即得pb>pd,E项正确。

乙

答案BDE

2、(2022全国卷

Ⅲ,33)(多选)如图所示,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其

过程如p-

V图中从a到b的直线所示。在此过程中()。

A。气体温度一直降低

B。气体内能一直增加

C。气体一直对外做功

D。气体一直从外界吸热

4、11

E。气体吸收的热量一直全部用于对外做功

解析一定质量的理想气体从a到b的过程,由理想气体状态方程=可

知,Ta

与温度相关,可知气体的内能一直增加,B项正确;由于从a到b的过程中

气体的体积增大,所以气体一直对外做功,C项正确;根据热力学第一定律

可知,从a到b的过程中,气体一直从外界吸热,D项正确;气体吸收的热量

一部分增加内能,一部分对外做功,E项

错误。

答案BCD

见《自学听讲》P237

一热力学第一定律与能量守恒定律

1、内能与热量、内能的改变的区别:内能是物体的状态量,它是物体

在其中一状态其中一时刻所具有的一种能量。热量是过程量,它是在其中

一段过程中物体之间发生热交换的那一部分能量。

热量是物体在热传递的过程中其内能(热能)改变量的量度。在只发生

热传递的过程中,物体

吸收(放出)多少热量,其内能就增加(减少)多少。热量不属于哪一个

物体,它量度的是流通量

、交换量。说其中一物体具有多少热量,就如同说其中一物体具有多

少功一样不正确。热传递时,

热量一定是由温度高的物体传给温度低的物体,而与其他任何因素无

关。内能的改变是过程

量,它可以由做功和热传递来量度。

2、热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程

是等效的,而且给出

了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式,

应用时功、内能、热量

的单位应统一为国际单位(焦耳)。

3、三种特殊情况:

(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=U,外界对物体做的功等于物体内能的

增加。

(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=U,物体吸收的热量等于物体内能的

增加。

(3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即U=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。

【温馨提示】对公式U=Q+W符号的规定

符号WQU

+外界对物体做功物体吸收热量内能增加

-物体对外界做功物体放出热量内能减少

例1(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是()。A。气体吸热后温

度可能降低B。对气体做功一定改变其内能C。理想气体等压膨胀过程内

能一定增加

5、11

D。不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功

E。如果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

个系统彼此之间分子平均动能相同

解析物体吸收热量,同时对外做功,如对外做功大于吸收的热量,则内

能减

小,所以气体吸热后温度可能降低,故A项正确;做功和热传递都能改

变内能,若对物体做功等于物体向外传递的热量,则内能不变,故B项错误;

根据理想气体的状态方程可知,理想气体等压膨胀过程中压强不变,体积增

大则气体的温度一定升高,所以气体的内能增大,故C项正确;根据热力学

第二定律知,从单一热库吸收热量可以完全变成功,但要引起其他的变化,D

项错误;根据热平衡定律可知,如果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,即温度相同,分

子平均动能相同,故E项正确。

答案ACE

热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程

是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。

变式1

(多选)如图所示为导热汽缸,其内封有一定质量理想气体,活塞与汽缸

壁的接触面光滑,活塞上用弹簧悬挂。当周围环境温度不变,大气压缓慢变

大之后,下列说法

中正确的是()。

A。弹簧长度将改变

B。气体内能将增加

C。气体向外放出热量

D。单位时间内碰撞汽缸单位面积的分子数不变

E。气体内能不变

解析以活塞和汽缸整体为研究对象,根据平衡条件可知,两者的重力大

小等于弹簧弹力大小,与大气压无关,所以A项错误;周超级学霸学习法 围环境的温度不变,

汽缸是导热的,气体的温度不变,所以气体的内能不变,B项错误;由于大气

压强增大,封闭气体的压强增大巨蟹射手 ,根据理想气体状态方程可知,温度不变,压

强增大,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知封闭气体一

定放出热量,所以C项正确;温度不

变,压强增大,体积减小,相等时间内碰撞汽缸单位面积的分子数一定

增多,所以D项错误;气体温度不变,内能不变,E项正确。

答案CE

热力学第一定律与气体实验定律的综合应用

1、基本思路

6、11

2、四种题型:

(1)等压变化:抓住气体膨胀对外界做功W,应用热力学第一定律代入-

W;气体压缩外界对气体做功,应用热力学第一定律代入+W

(2)等容变化:气体体积不变,气体和外界之间互不做功,即W=0,则U=Q

气体从外界吸收的热量等于内能的增加量,气体向外界放出的热量等于内

能的减少量。

(3)等温变化:气体内能不变,即U=0,Q+W=0。气体吸热后体积一定增

大,由于膨胀对外做的功等于从外界吸收的热量;反之由于气体被压缩,外

界对气体所做的功等于向外释放的热量。

(4)绝热过程,即Q=0,则W=U气体体积变化导致内能变化,由于膨胀对

外做的功等于气体内能的减少;反之由于气体被压缩,外界对气体所做的功

等于内能的增加量。

例2

如图甲所示,横截面积为S,质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量

的理想气体,现对缸内气体缓慢加热,使其温度从T1升高了T,气柱的高度

增加了L,吸收的热量为Q。不计汽缸与活塞的摩擦,外界大气压强为p0,

重力加速度为g。则:

(1)此加热过程中气体内能增加了多少

(2)若保持缸内气体温度不变,再在活塞上放一砝码,如图乙所示,使缸

内气体的体积又恢复到初始状态,则所放砝码的质量为多少

解析(1)设缸内气体的温度为T1时压强为p1,活塞受重力、大气压力

和缸内气体的压力作用而平衡,则有

Mg+pS=pS

0

气体膨胀对外界做功W=p1SL

根据热力学第一定律有

U=Q-W

联立可得U=Q-(p

0S+Mg)L。

(2)设所放砝码的质量为

m,缸内气体的温度为T2时压强为p2,活塞和砝码整

体受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡

,则有

(M+m)g+p0S=p2S

根据查理定律有=

,又T2=T1+T

联立可得m=

。

答案

(1)Q-(p0S+Mg)

L(2)

7、11

变式2

如图所示,汽缸内封闭一定质量的其中一种理想气体,活塞通过滑轮和

一重物连接并保持平衡,已知活塞距缸口h=50cm,活塞面积S=10cm2,封闭

气体的体积V1=1500cm3,温度为0℃,大气压强p0=1、0105Pa,重物重力

G=50

N,活塞重力及一切摩擦不计。缓慢升高环境温度,封闭气体吸收了

Q=60

J的热量,使活塞刚好升到缸口。整个过程重物未触地,则:

(1)活塞刚好升到缸口时,气体的温度是多少

(2)汽缸内气体对外界做了多少功

(3)气体内能的变化量为多少

解析(1)封闭气体的初态:V1=1500cm3,T1=273K末

态:V2=1500cm3+5010cm3=2022cm3

缓慢升高环境温度,封闭气体做等压变化,设活塞到缸口时气体的温度为

T2

则有=

解得T2=364K。

(2)设封闭气体做等压变化时的压强为p

对活塞有p0S=pS+G

汽缸内气体对外界做功W=pSh

解得W=25J。

(3)由热力学第一定律得,汽缸内气体内能的变化量

U=Q-W

解得U=35J

35J。

故汽缸内的气体内能增加了

答案(1)364K(2)25J

(3)35J

三热力学第二定律

1、热力学第二定律的含义

(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”的含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力学方面的影响,如吸热、放热、做功等。在

产生其他影响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。

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的宏观过程的

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。

3、热力学过程的方向性实例

(1)高温物体低温物体。

(2)功热。

(3)气体体积V1气体体积V2(较大)。

8、11

(4)不同气体A和B

混合气体AB。

4、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

设计要求

燃料,却能不断地对

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

外做功的机器

不可能制

违背能量守恒定律

不违背能量守恒定律,违背热力学第二定律

成的原因

例3

如图所示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,放出热量到箱体外。

(1)(多选)下列说法正确的是()。

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

E。电冰箱的工作原理正是热力学第二定律的应用

(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比,

有怎样的关系

解析(1)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,适用于所有的热学过程,C项正确,D项错误;由

热力学第二定律可知,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,除非有外

界的影响或帮助,

电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消

耗电能,故B、E两项正确,A项错误。

(2)由热力学第一定律可知,电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量,同

时消耗了电能,释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多。

答案(1)BCE(2)见解析

变式3(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是()。

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。如果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

解析气体内能的改变U=Q+W,故对气体做功可改变气体的内能,B项正

确;气体吸热为Q,但不确定外界做功W的情况,故不能确定气体温度

的变化,A项错误;理想气体等压膨胀,W<0,由理想气体状态方程=C,p不

变,V增大,气体温度

9、11

升高,内能增大,U>0,由U=Q+W,知Q>0,气体一定吸热,C电脑账户 项错误;由热

力学第

二定律知,D项正确;根据热平衡性质知,E项正确。

答案BDE

热力学第一定律与图象的综合应用

例4

(多选)如图所示,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,最后经等压过程ca回到状

态a。下列说法正确的是(

)。

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

解析在过程ab中,体积不变,外界不对气体做功,气体也不对外界做功,

压强增大,温度升高,内能增加,A项正确,C项错误;在过程ca中,气体体积

缩小,外界对气体做功,压强不变,温度降低,故内能减小,由热力学第一定

律可得气体向外界放出热量,B项正确,E项错误;在过程bc中,温度不变,

内能不变,体积增大,气体对外界做功,由热力学第一定律可知,气体要从外

界吸收热量,D项正确。

答案ABD

变式4

(多选)一定量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、

cd、da回到原状态,其p-

T图象如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的

是()。

A。气体在a、c两状态的体积相等

B。气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能

C。在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D。在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

E。在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的

功

解析由理想气体状态方程=C知p=,气体a与c状态时体积相等,A项

正确;理想气体的内能由温度决定,而Tc

能,B项正确;由热力学第一定律U=Q+W知,cd过程温度不变(内能不变),则

Q=-W,C项错误;da过程温度升高,即内能增大,则吸收的热量大于对外做

功,D项错误;bc过程中外界

10、11

对气体做的功Wbc=pc(Vb-Vc),da过程中气体对外界做的功

Wda=pa(Va-Vd),对两个

等温变化过程有paVa=pcVb,pcVc=paVd,联立解得Wbc=paVa-

pcVc,Wda=paVa-pcVc,E项

正确。

答案ABE

11、11

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