高考物理一輪復(fù)習(xí) 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(shí)質(zhì)是相同的。(×)(2)絕熱過(guò)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(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變。(√)(4)在給自行車打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功。(√)(5)自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來(lái)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(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化。(×)突破點(diǎn)(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(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)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?gòu)倪\(yùn)動(dòng)形式上看做功是宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)向物體的微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化熱傳遞是通過(guò)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(yùn)動(dòng)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(guò)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(diǎn)溫度表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，它是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，對(duì)個(gè)別分子來(lái)說(shuō)，溫度沒(méi)有意義狀態(tài)量?jī)?nèi)能(熱能)物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和，它是由大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子的相對(duì)位置所決定的能熱量是熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能的改變量，熱量用來(lái)量度熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少過(guò)程量功做功過(guò)程是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程3．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的確定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少4．三種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)若過(guò)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(guò)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(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。[題點(diǎn)全練]1．(2019·如東月考)關(guān)于溫度、熱量、功、內(nèi)能，以下說(shuō)法正確的是()A．同一物體溫度高時(shí)，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(duì)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(guò)程量，只有在吸熱、放熱過(guò)程中才發(fā)生轉(zhuǎn)移，不能說(shuō)物體含有多少熱量，故A、B錯(cuò)誤；只有在絕熱過(guò)程中ΔU＝W，故C錯(cuò)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(guó)物理學(xué)家威爾遜發(fā)明了觀察帶電粒子運(yùn)動(dòng)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(dòng)活塞。以下說(shuō)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(dòng)活塞，酒精蒸汽絕熱膨脹，對(duì)外做功，溫度降低，酒精飽和蒸汽壓降低，酒精蒸汽達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，故A正確，B、C、D錯(cuò)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(jì)。汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體?，F(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(guò)程中()A．氣體的內(nèi)能不變 B．汽缸內(nèi)分子平均動(dòng)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?xí)r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(duì)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(cuò)誤；溫度不變，則汽缸內(nèi)分子平均動(dòng)能保持不變，B錯(cuò)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(diǎn)(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(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)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(wèn)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(guò)程是有方向性的機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時(shí)，機(jī)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(jī)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(shuō)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(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)3．兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)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(jī)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(shuō)法中正確的是()A．相互間達(dá)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(shuō)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(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)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(dá)到熱平衡的兩物體的溫度相同，內(nèi)能不一定相等，故A錯(cuò)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(shí)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(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的，故C正確；雖然自然界中的總能量不會(huì)減少，但是能源的品質(zhì)會(huì)降低，無(wú)法再利用，故還需要節(jié)約能源，故D錯(cuò)誤。[答案]BC[方法規(guī)律]4個(gè)常見(jiàn)的宏觀熱現(xiàn)象方向性實(shí)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(dú)立全轉(zhuǎn)化為),\s\do5(不能獨(dú)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(yáng)模擬)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)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(duì)零度不可能達(dá)到，故A錯(cuò)誤；物體從外界吸收熱量并對(duì)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(cuò)誤；壓縮氣體，外界對(duì)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(cuò)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(shuō)法中正確的是()A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)能不斷減少，是動(dòng)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(dòng)能D．能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，其總能量越來(lái)越小，所以要大力提倡節(jié)約能源解析：選B第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量轉(zhuǎn)化的方向性，都不可能制成，故A錯(cuò)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)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(dòng)能，故C錯(cuò)誤；能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，總能量不變，但能源會(huì)越來(lái)越少，故D錯(cuò)誤。3．(2018·蘇州模擬)卡諾循環(huán)是由法國(guó)工程師卡諾于1824年提出的，它可用于分析熱機(jī)的工作過(guò)程，卡諾循環(huán)包括四個(gè)步驟：等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮。下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是()A．隨著設(shè)備的改進(jìn)和技術(shù)的提高，熱機(jī)效率可能達(dá)到100%B．絕熱膨脹和絕熱壓縮過(guò)程中，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能保持不變C．等溫壓縮過(guò)程中，因外界對(duì)氣體做功，故汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能增大D．等溫膨脹過(guò)程中，單位時(shí)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(jī)效率不可能達(dá)到100%，選項(xiàng)A錯(cuò)；絕熱膨脹和絕熱壓縮過(guò)程中，與外界沒(méi)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(xiàng)B錯(cuò)；等溫壓縮過(guò)程中，溫度不變，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能不變，選項(xiàng)C錯(cuò)；等溫膨脹過(guò)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(shí)間內(nèi)在單位面積上碰撞汽缸壁的分子數(shù)減少，選項(xiàng)D對(duì)。突破點(diǎn)(三)氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合求解此類綜合問(wèn)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(qiáng)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(guò)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?dú)怏w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(duì)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(lái)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(guò)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V-T圖像如圖所示。下列說(shuō)法正確的有()A．A→B的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功B．A→B的過(guò)程中，氣體放出熱量C．B→C的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變D．A→B→C的過(guò)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(duì)氣體做功，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從A到B過(guò)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(xiàng)正確；從B到C過(guò)程中eq\f(V,T)是一個(gè)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(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)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(guò)程到狀態(tài)B。此過(guò)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(guò)程中氣體內(nèi)能的增量；(2)此過(guò)程中氣體是對(duì)外做功還是外界對(duì)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(gè)過(guò)程氣