高中人教物理選擇性必修二專題11 熱力學三定律-學生版

1、專題11 熱力學三定律（學生版）一、目標要求目標要求重、難點熱力學第一定律重難點熱力學第二定律重點二、知識點解析1熱力學第一定律(1)改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞；(2)熱力學第一定律定義：一個熱力學系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于外界對它做的功與外界向它傳遞的熱量的和：U=W+Q若外界對系統(tǒng)做功，則W0，若系統(tǒng)對外界做功，則W0，若系統(tǒng)向外界傳熱，則Q0意義：熱力學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：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變；(4)第一類永動機：不消耗任何動力或燃料，

2、卻能源源不斷地對外做功的機器稱為第一類永動機，第一類永動機不可制成，原因就是因為違背了能量守恒定律2熱力學第二定律(1)宏觀熱現(xiàn)象的方向性紅墨水滴入清水中，很快整杯水就會變紅，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)象滾動的足球因為受到摩擦作用逐漸停止，其機械能轉(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)化成機械能而重新運動的現(xiàn)象熱咖啡倒入杯中，久置后溫度會降至室溫，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)熱力學第二定律：反映宏觀自然過程的方向性的定律稱為熱力學第二定律，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，它必然會向其他溫度低于自身的熱源排出部分熱量，即任何熱機的效率都不可能達到100%，如圖所示；熱機的效率：(3)第二類永動機：能從單一熱源吸收熱量，并將這些熱量全部轉(zhuǎn)化為有用功的機器稱為第二類永動機；第二類永動機不可制成，雖然它沒有違背熱力學第一定律，但違背了熱力學第二定律；3熱力學第三定律(1)絕對零度：熱力學的最低溫度，是以開爾文溫標定義的零點，即0 K，0 K273.15 ；(2)熱力學第三定律：絕對零度不可達到；4熱

4、力學第零定律(1)熱平衡：若某個與外界接觸的熱力學系統(tǒng)，其內(nèi)部各部分之間、整個系統(tǒng)與外界之間均沒有熱交換，我們稱這個系統(tǒng)處于熱平衡； (2)熱力學第零定律：如果兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(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第零定律；熱力學第零定律定義了溫標的概念，即兩個熱力學系統(tǒng)若彼此處于熱平衡，則稱這兩個熱力學系統(tǒng)的溫度相同，溫度計的誕生就建立在熱力學第零定律的基礎(chǔ)之上三、考查方向題型1：對熱力學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氣體分子熱運動的平均動能增大B氣體分子對器壁撞擊的密集程度變大C氣體中每個分子對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：熱力學第一定律的計算典例二：（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，求該過程中氣體吸收的熱量Q.題型3：熱力學定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用典例三：（2017新課標）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過等容過程到達狀態(tài)，再經(jīng)過等溫過程到達狀態(tài)，最后經(jīng)等壓過程回到狀態(tài)。下列說法正確的是A在過程中氣體的內(nèi)能增加B在過程中外界對氣體做功C在過程中氣體對外界做功D在過程中氣體從外界吸收熱量E在過程中氣體

6、從外界吸收熱量題型4：對熱力學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回路，接觸點1插在熱水中，接觸2點插在冷水中，如圖，所示，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象關(guān)于這一現(xiàn)象，正確說法是( )A這一實驗過程不違反熱力學第二定律B在實驗過程中，熱水一定降溫、冷水一定升溫C在實驗過程中，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在實驗過程中，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、模擬訓練一、基礎(chǔ)練習1.(多選)一個帶活塞的氣缸內(nèi)封閉有一定量的氣體，對氣缸內(nèi)的氣體，下列說法正確的是( )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，同時氣體向外界放熱，氣體溫度可能不變D壓縮氣體，同時氣體從外界吸熱，氣體溫度可能不變2.有一種在超市中常見的“強力吸盤掛鉤”如圖甲所示。圖乙、圖丙是其工作原理示意圖。使用時，按住鎖扣把吸盤緊壓在墻上（如圖乙），然后把鎖扣扳下（如圖丙），讓鎖扣以盤蓋為依托把吸盤向外拉出，使吸盤牢牢地被固定在墻壁上。若吸盤內(nèi)氣體可視為理想氣體，且溫度始終保持不變。則此過程中A吸盤內(nèi)氣體壓強增大B吸盤內(nèi)氣體分子的密度增大C吸盤內(nèi)氣體分子的平均速率增大D吸盤內(nèi)氣體要吸收熱量3.快遞公司用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界沒有熱交換，當充氣袋四周被擠壓時，袋內(nèi)氣體( )A對外界

8、做負功，內(nèi)能增大B對外界做負功，內(nèi)能減小C對外界做正功，內(nèi)能增大D對外界做正功，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現(xiàn)使活塞向左移動，以下說法正確的是( )A. 氣缸內(nèi)氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減少B. 外界對氣缸內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C. 氣缸內(nèi)氣體壓強減小D. 氣缸內(nèi)氣體溫度升高5.一定質(zhì)量的氣體，在保持壓強恒等于的狀況下，體積從膨脹到，這一過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，對氣體做了的功，氣體內(nèi)能增加了則此過程中氣體(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)過狀態(tài)變化到狀態(tài)，其圖象如圖所示，下列說法正確的有A的過程中，氣體對外界做功B的過程中，氣體放出熱量C的過程中，氣體壓強變大D的過程中，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程中的三個不同狀態(tài)，下列說法正確的是A三個狀態(tài)的壓強相等B從到，氣體內(nèi)每一個分子的無規(guī)則熱運動都變劇烈C從到，氣體吸收的熱量等于氣體對外界做的功D從到，氣體對外界做功的數(shù)值小于從到氣體對外界做功的數(shù)值9.（多選）某容器內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開始處于狀態(tài)，第一次經(jīng)過某一過程到達狀態(tài)，第二次再經(jīng)過等壓變化過程到達狀態(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，在過程和中氣體對外做功分別為和，吸收的熱量分別為利，則下面說法正確的是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)歷了過程1和過程2，已知M、N狀態(tài)的溫度相等，則在過程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”)，若過程1中氣體吸熱Q1，過程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工作時，強迫致冷劑在冰箱內(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)過冷凝器時致冷劑液化，放出熱量到箱體外下列說法正確的是( )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，是因為其消耗了電能C電冰箱的工作原理違反了熱力學第一定律D電冰箱的工作原理違反了熱力學第二定律12.如圖所示，將一個絕熱的汽缸豎直放在水平桌面上，在汽缸內(nèi)用一個活塞封閉一定質(zhì)量的氣體在活塞上面放置一個物體，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)外界對氣體做多少功；(2)在這一過程中氣體的內(nèi)能改變了多少？13.如圖所示的導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，此過程中氣體對活塞做功240 J，內(nèi)能增加了60 J活塞與氣缸間無摩擦、不漏氣，且不計氣體的重力，活塞可以緩慢自由滑動求缸內(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與熱力學溫度T的關(guān)系圖象如圖所示，氣體在狀態(tài)A 時壓強p0=1.0105 Pa、體積V0=800 cm3，線段AB與V軸平行，BC延長線過坐標原點O求該氣體狀態(tài)B時的壓強；已知該氣體從狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過程中，向外界放熱60 J，求該過程中氣體內(nèi)能的變化量二、提升練習1.（2020高考天津卷）水槍是孩子們喜愛的玩具

13、，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖。從儲水罐充氣口充入氣體，達到一定壓強后，關(guān)閉充氣口?？蹌影鈾C將閥門M打開，水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體（ ）A壓強變大 B對外界做功 C對外界放熱 D分子平均動能變大2.（2020高考全國理綜II）下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過程的敘述，違背熱力學第一定律的有_，不違背熱力學第一定律、但違背熱力學第二定律的有_。（填正確答案標號）A汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D冰箱的制冷機工作時從箱內(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高考全國理綜III卷多選)如圖，一開口向上的導熱氣缸內(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)。在活塞下降過程中_。A氣體體積逐漸減小，內(nèi)能增知B氣體壓強逐漸增大，內(nèi)能不變C氣體壓強逐漸增大，放出熱量D外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變E外界對氣體做功，氣體吸收熱量4.（2016高考全國理綜一多選）關(guān)于熱力學定律，下列說法正確的是_。A氣體吸熱后溫度一定升高B對氣體做功可以改變其內(nèi)能C理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡5.(2018高考全國卷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，其過程如p-V圖