熱力學(xué)定律與能量守恒教師版

第三講熱力學(xué)定律與能量守恒[人教版選擇性必修第三冊(cè)]1．閱讀教材第三章第1節(jié)的內(nèi)容，改變物體內(nèi)能的方式有哪些？它們的本質(zhì)是否一樣？提示：（1）做功；（2）熱傳遞。不一樣。雖然做功和傳熱都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變，但是它們還是有區(qū)別的。做功時(shí)，內(nèi)能與其他形式的能（如內(nèi)能與機(jī)械能、內(nèi)能與電能等）發(fā)生轉(zhuǎn)化，而傳熱只是不同物體（或一個(gè)物體的不同部分）之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。2．閱讀教材第三章第2節(jié)，理解熱力學(xué)第一定律。提示：（1）內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。（2）表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。3．閱讀教材第三章第3節(jié)，理解能量守恒定律的表述。提示：能量守恒定律可以表述為：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。4．閱讀第三章第4節(jié)“熱力學(xué)第二定律”這一部分內(nèi)容，理解熱力學(xué)第二定律的表述。提示：常見的兩種表述：（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（2）開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響?？键c(diǎn)一熱力學(xué)第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式（1）做功；（2）熱傳遞。2．熱力學(xué)第一定律（1）內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。（2）表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。（3）符號(hào)法則物理量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（多選）在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過程，氣體一定與外界有熱量交換的過程是（）A．氣體的體積不變，溫度升高 B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高 D．氣體的體積增大，溫度不變ABD氣體的體積不變溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積不變氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的體積減小溫度降低，則氣體的內(nèi)能降低，體積減小外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知?dú)怏w對(duì)外放熱，B正確；氣體的體積減小溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積減小外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即沒有熱量交換過程，C錯(cuò)誤；氣體的體積增大溫度不變則氣體的內(nèi)能不變，體積增大氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，即氣體吸收熱量，D正確。故選ABD。（2024·安徽省·模擬題）如圖所示，“凸”形絕熱汽缸被a、b兩輕質(zhì)絕熱活塞分成A、B、C三部分，a、b兩活塞用輕桿連接，活塞穩(wěn)定時(shí)A、B、C三個(gè)部分內(nèi)的氣體溫度均相同?，F(xiàn)設(shè)法使C中的氣體溫度緩慢升高，則在兩活塞緩慢下降的過程中，下列說法正確的是（）A．A中氣體溫度升高 B．A中氣體壓強(qiáng)增大C．B中氣體壓強(qiáng)增大 D．C中氣體所有分子的動(dòng)能均增大CABC．以C中氣體為研究對(duì)象，體積不變根據(jù)，可知C中氣體溫度升高，壓強(qiáng)增大；以活塞和連桿整體為研究對(duì)象，受到向上和向下氣體的壓力和，因?yàn)椋瑒t有可知活塞和連桿合力向下，豎直向下運(yùn)動(dòng)，A中氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，對(duì)外做功，根據(jù)ΔU＝W＋Q，氣缸絕熱Q＝0，內(nèi)能減小，溫度降低；B中氣體體積變小，壓強(qiáng)增大，C正確，AB錯(cuò)誤；D．C中氣體溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，D錯(cuò)誤。故選C。1．對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解（1）做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。（2）做功過程是系統(tǒng)與外界之間的其他形式能量與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。（3）熱傳遞過程是系統(tǒng)與外界之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。（4）如果研究對(duì)象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，體現(xiàn)為分子平均動(dòng)能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。2．三種特殊情況過程含義內(nèi)能變化物理意義絕熱Q＝0ΔU＝W外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加等容W＝0ΔU＝Q物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加等溫ΔU＝0W＝－Q外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量1．某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時(shí)容器中空氣的溫度與外界相同，壓強(qiáng)大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動(dòng)，直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界相同。此時(shí)，容器中空氣的溫度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界溫度，容器中空氣的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空氣的密度。低于；大于活塞光滑、容器絕熱，容器內(nèi)空氣體積增大，對(duì)外做功，由ΔU＝W＋Q知，氣體內(nèi)能減少，溫度降低。氣體的壓強(qiáng)與溫度和單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān)，由于容器內(nèi)空氣的溫度低于外界溫度，但壓強(qiáng)相同，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。2．（多選）（2021·湖南卷·15（1）改編）如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞（截面積分別為S1和S2）封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙，活塞從A下降h高度到B位置時(shí)，活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個(gè)過程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g。下列說法正確的是（）A．整個(gè)過程，理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變B．整個(gè)過程，理想氣體的內(nèi)能增大C．整個(gè)過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)D．左端活塞到達(dá)B位置時(shí)，外力F等于ACD根據(jù)汽缸導(dǎo)熱且環(huán)境溫度沒有變，可知汽缸內(nèi)的溫度也保持不變，則整個(gè)過程，理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變，內(nèi)能不變，A正確，B錯(cuò)誤；由內(nèi)能不變可知理想氣體向外界釋放的熱量等于外界對(duì)理想氣體做的功：Q＝W＜p0S1h＋mgh，C正確；左端活塞到達(dá)B位置時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)相等可得：p0＋＝p0＋，即F＝，D正確?？键c(diǎn)二熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)用1．常見的基本類型（1）理想氣體狀態(tài)參量圖像問題，即p－V圖像、p－圖像、p－T圖像、V－T圖像等的理解與應(yīng)用。（2）熱力學(xué)第一定律的認(rèn)識(shí)理解：包括對(duì)ΔU＝Q＋W中各參量的物理含義及正負(fù)值得認(rèn)知理解。（3）有時(shí)也會(huì)綜合應(yīng)用W＝pΔV求恒壓情況下氣體對(duì)外做功的大小，或者借助p－V圖像曲線與橫軸圍成的面積表示W(wǎng)求做功。2．理想氣體的四個(gè)熱學(xué)過程比較項(xiàng)目壓強(qiáng)p體積V溫度T內(nèi)能U外界對(duì)氣體做功W熱量Q等溫

過程增大減小不變不變＋放熱減小增大－吸熱等容

過程增大不變升高增大0吸熱減小降低減小放熱等壓

過程不變?cè)龃笊咴龃螅鼰釡p小降低減?。艧峤^熱

過程增大減小升高增大＋0減小增大降低減?。?024·山東省·歷年真題）一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，a→b過程是等壓過程，b→c過程中氣體與外界無熱量交換，c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)→b過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功B．b→c過程，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增加C．a(chǎn)→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功D．a(chǎn)→b過程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量CA．a(chǎn)→b過程壓強(qiáng)不變，是等壓變化且體積增大，氣體對(duì)外做功，由蓋－呂薩克定律可知，即內(nèi)能增大，，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b過程，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對(duì)外做功，另一部分用于增加內(nèi)能，A錯(cuò)誤；B．b→c過程中氣體與外界無熱量交換，即＝0，又由氣體體積增大可知，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知?dú)怏w內(nèi)能減少，B錯(cuò)誤；C．c→a過程為等溫過程，可知，＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功，C正確；D．根據(jù)熱力學(xué)第一定律結(jié)合上述解析可知：a→b→c→a一整個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程ΔU＝0，整個(gè)過程氣體對(duì)外做功，因此熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝，故a→b過程氣體從外界吸收的熱量不等于c→a過程放出的熱量，D錯(cuò)誤。（多選）（2022·山東省臨沂市期末）現(xiàn)有一定質(zhì)量的理想氣體，讓其從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)a，其V－T圖像如圖所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過原點(diǎn)O。下列說法正確的是（）A．氣體從a到b再到c的過程中壓強(qiáng)先增大后減小B．狀態(tài)a與狀態(tài)c相比較，氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積上的次數(shù)相等C．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能D．在過程cd中，氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功AC由題圖可知，從a到b過程氣體溫度不變而體積減小，由玻意耳定律可知，氣體壓強(qiáng)增大，從b到c過程氣體體積不變而溫度降低，由查理定律可知，氣體壓強(qiáng)減小，因此從a到b再到c過程氣體的壓強(qiáng)先增大后減小，故A正確；由理想氣體的狀態(tài)方程＝C可知，V＝，從a到c，氣體的V與T成正比，則氣體的壓強(qiáng)不變，狀態(tài)a的溫度比狀態(tài)c的溫度高，狀態(tài)a氣體分子平均動(dòng)能大于狀態(tài)c氣體分子平均動(dòng)能，狀態(tài)a單個(gè)分子撞擊器壁的作用力較大，由于a、c兩狀態(tài)壓強(qiáng)相等，因此狀態(tài)a與狀態(tài)c相比較，氣體分子在狀態(tài)a單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積上的次數(shù)較少，故B錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能由溫度決定，狀態(tài)a氣體的溫度比狀態(tài)c的溫度高，因此氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，故C正確；cd過程氣體的溫度不變，氣體內(nèi)能不變，氣體體積增大，氣體對(duì)外做功，由熱力學(xué)第一定律可知，cd過程氣體從外界吸收的熱量等于氣體對(duì)外做的功，故D錯(cuò)誤。（2023高考·廣東卷）在駐波聲場(chǎng)作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過程可簡(jiǎn)化為如圖所示的p－V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為p0、體積為V0、溫度為T0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、壓強(qiáng)為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C過程中外界對(duì)氣體做功為W。已知p0、V0、T0和W。求：（1）pB的表達(dá)式；（2）TC的表達(dá)式；（3）B到C過程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？（1）；（2）；（3）W（1）由題可知，根據(jù)玻意耳定律可得，解得（2）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知解得（3）根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU＝W＋Q其中Q＝0，故氣體內(nèi)能增加ΔU＝W處理熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路1．根據(jù)氣體圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關(guān)系及做功關(guān)系。2．在p－V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體做的功。3．結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問題。1．（2022·江蘇高考）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)歷a→b和a→c兩個(gè)過程，其中a→b為等溫過程，狀態(tài)b、c的體積相同，則（）A．狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)b B．狀態(tài)a的溫度高于狀態(tài)cC．a(chǎn)→c過程中氣體吸收熱量 D．a(chǎn)→c過程中外界對(duì)氣體做正功C由題意知a→b為等溫過程，即狀態(tài)a和狀態(tài)b的溫度相同，一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則狀態(tài)a的內(nèi)能等于狀態(tài)b，故A錯(cuò)誤；由于狀態(tài)b、c的體積相同，且pb＜pc，根據(jù)查理定律有，可知Tb＜Tc，又因?yàn)門a＝Tb，故Ta＜Tc，即狀態(tài)a的溫度低于狀態(tài)c，故B錯(cuò)誤；因?yàn)閍→c過程中氣體體積增大，可知外界對(duì)氣體做負(fù)功，由B項(xiàng)分析知a→c過程中氣體溫度升高，則內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知?dú)怏w吸收熱量，故C正確，D錯(cuò)誤。2．一定量的理想氣體的壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的變化圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．A→B的過程中，氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增加B．A→B的過程中，氣體從外界吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量C．B→C的過程中，氣體體積增大，對(duì)外做功D．B→C的過程中，氣體對(duì)外界放熱，內(nèi)能減小B從A到B的過程，是等容升溫過程，氣體不對(duì)外做功，氣體從外界吸收熱量，使得氣體內(nèi)能增加，故A錯(cuò)誤，B正確；從B到C的過程是等溫壓縮過程，壓強(qiáng)增大，體積減小，外界對(duì)氣體做功，氣體放出熱量，內(nèi)能不變，故C、D錯(cuò)誤。3．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為2.0×105Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過程，整個(gè)過程中對(duì)外界放出61.4J熱量。求該氣體在A→B過程中對(duì)外界所做的功。138.6J整個(gè)過程中，外界對(duì)氣體做功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)代入數(shù)據(jù)得WAB＝－138.6J，即氣體對(duì)外界做的功為138.6J?？键c(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的處理方法1．氣體實(shí)驗(yàn)定律的研究對(duì)象是一定質(zhì)量的理想氣體。2．解決具體問題時(shí)，分清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵，根據(jù)不同的變化，找出相關(guān)的氣體狀態(tài)參量，利用相關(guān)規(guī)律解決。3．對(duì)理想氣體，只要體積變化，外界對(duì)氣體（或氣體對(duì)外界）做功W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化。4．結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q求解問題。（2024·重慶市·歷年真題）某救生手環(huán)主要由高壓氣罐密閉。氣囊內(nèi)視為理想氣體。密閉氣囊與人一起上浮的過程中。若氣囊內(nèi)氣體溫度不變，體積增大，則（）A．外界對(duì)氣囊內(nèi)氣體做正功B．氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大C．氣囊內(nèi)氣體內(nèi)能增大D．氣囊內(nèi)氣體從外界吸熱BAB．氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律pV＝C可知，體積變大，則壓強(qiáng)變小，氣體對(duì)外做功，故AB錯(cuò)誤；CD．氣體溫度不變，內(nèi)能不變，氣體對(duì)外做功，W＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，則Q＞0，需要從外界吸熱，故C錯(cuò)誤，D正確。（2021·山東卷）如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中，小瓶?jī)?nèi)氣體（）A．內(nèi)能減少B．對(duì)外界做正功C．增加的內(nèi)能大于吸收的熱量D．增加的內(nèi)能等于吸收的熱量B由于越接近礦泉水瓶口，水的溫度越高，因此小瓶上浮的過程中，小瓶?jī)?nèi)氣體溫度升高，內(nèi)能增加，A錯(cuò)誤；在小瓶上升的過程中，小瓶?jī)?nèi)氣體的溫度逐漸升高，壓強(qiáng)逐漸減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，可知?dú)怏w體積膨脹，對(duì)外界做正功，B正確；由A、B分析，可知小瓶上升時(shí)，小瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能增加，氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知由于氣體對(duì)外做功，因此吸收的熱量大于增加的內(nèi)能，C、D錯(cuò)誤。（2024·全國(guó)·歷年真題）理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝5∶1，原線圈接在電壓峰值為Um的正弦交變電源上，副線圈的回路中接有阻值為R的電熱絲，電熱絲密封在絕熱容器內(nèi)，容器內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的理想氣體，接通電路開始加熱，加熱前氣體溫度為T0。（1）求變壓器的輸出功率P；（2）已知該容器內(nèi)的氣體吸收的熱量Q與其溫度變化量ΔT成正比，即Q＝CΔT，其中C已知。若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收，要使容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)達(dá)到加熱前的2倍，求電熱絲的通電時(shí)間t。（1）；（2）（1）由原線圈正弦交流電的峰值可知變壓器輸入電壓有效值為設(shè)變壓器副線圈的輸出電壓為，根據(jù)理想變壓器的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系有聯(lián)立解得理想變壓器的輸出功率等于R的功率，即（2）設(shè)加熱前容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為，則加熱后氣體的壓強(qiáng)為，溫度為，容器內(nèi)的氣體做等容變化，則有由Q＝CΔT知?dú)怏w吸收的熱量根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q氣體的體積不變，所以W＝0，容器是絕熱容器，則ΔU＝Q＝Pt＝即解得解答此類問題的基本流程1．肺活量測(cè)量?jī)x模型如圖所示，一導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的汽缸內(nèi)有兩個(gè)輕活塞A、B，活塞B緊靠固定閥門K，活塞A、B間封閉有一定質(zhì)量的理想氣體，氣體體積V1＝6.0×103mL，壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0，用力推活塞A使其緩慢向右移動(dòng)，當(dāng)閥門K與活塞B間的氣體體積V2＝3.5×103mL時(shí)，測(cè)得氣體的壓強(qiáng)為1.2p0，忽略氣體溫度變化。（1）氣體的壓強(qiáng)為1.2p0時(shí)，求閥門K與活塞A間氣體的體積V；（2）此過程中，活塞A對(duì)活塞A、B間氣體做的功為504J，活塞A、B間氣體對(duì)活塞B做的功為395J，求活塞A、B間氣體放出的熱量Q。（1）1.5×103mL；（2）109J（1）氣體做等溫變化，初態(tài)為V1＝6.0×103mL，p1＝p0末態(tài)V2＝3.5×103mL＋V，p2＝1.2p0由玻意耳定律得p0V1＝1.2p0V2解得V＝1.5×103mL。（2）由熱力學(xué)第一定律，即ΔU＝Q＋W因溫度沒有變化，所以內(nèi)能沒有變化，即ΔU＝0，故0＝504J－395J－Q解得Q＝109J。2．（2024·浙江省·歷年真題）如圖所示，一個(gè)固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為＝750cm3的左右兩部分。面積為S＝100cm2的絕熱活塞B被鎖定，隔板A的左側(cè)為真空，右側(cè)中一定質(zhì)量的理想氣體處于溫度＝300K、壓強(qiáng)＝2.04×105Pa的狀態(tài)1。抽取隔板A，右側(cè)中的氣體就會(huì)擴(kuò)散到左側(cè)中，最終達(dá)到狀態(tài)2。然后解鎖活塞B，同時(shí)施加水平恒力F，仍使其保持靜止，當(dāng)電阻絲C加熱時(shí)，活塞B能緩慢滑動(dòng)（無摩擦），使氣體達(dá)到溫度＝350K的狀態(tài)3，氣體內(nèi)能增加ΔU＝63.8J。已知大氣壓強(qiáng)＝1.01×105Pa，隔板厚度不計(jì)。（1）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是_________（選填“可逆”或“不可逆”）過程，分子平均動(dòng)能_________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；（2）求水平恒力F的大小；（3）求電阻絲C放出的熱量Q。（1）不可逆不變；（2）10N；（3）89.3J（1）根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是不可逆過程，由于隔板A的左側(cè)為真空，可知?dú)怏w從狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體不做功，又沒有發(fā)生熱傳遞，所以氣體的內(nèi)能不變，氣體的溫度不變，分子平均動(dòng)能不變。（2）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2發(fā)生等溫變化，則有解得狀態(tài)2氣體的壓強(qiáng)為＝1.02×105Pa解鎖活塞B，同時(shí)施加水平恒力F，仍使其保持靜止，以活塞B為對(duì)象，根據(jù)受力平衡可得解得（3）當(dāng)電阻絲C加熱時(shí)，活塞B能緩慢滑動(dòng)（無摩擦），使氣體達(dá)到溫度＝350K的狀態(tài)3，可知?dú)怏w做等壓變化，則有可得狀態(tài)3氣體的體積為該過程氣體對(duì)外做功為根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝－W＋Q′解得氣體吸收的熱量為Q′＝ΔU＋W＝63.8J＋25.5J＝89.3J可知電阻絲C放出的熱量為Q＝Q′＝89.3J3．（2023·河南鄭州市第二次預(yù)測(cè)）如圖所示，圓柱形絕熱汽缸固定在傾角為θ的斜面上，汽缸深度為H，汽缸口有固定卡槽。汽缸內(nèi)用質(zhì)量為m、橫截面積為S的絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)活塞到汽缸底部的距離為，汽缸內(nèi)氣體溫度為T0。現(xiàn)緩慢對(duì)氣體加熱，一直到氣體溫度升高到3T0，加熱過程中電熱絲產(chǎn)生熱量Q。若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收，大氣壓強(qiáng)恒為p0，不計(jì)活塞及固定卡槽的厚度，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)且不漏氣。重力加速度為g，求：（1）氣體溫度升高到3T0時(shí)的壓強(qiáng)；（2）氣體溫度從T0升高到3T0的過程中增加的內(nèi)能。（1）；（2）Q－（1）初始時(shí)活塞受力平衡，有p1S＝p0S＋mgsinθ，解得p1＝p0＋活塞達(dá)到卡槽前壓強(qiáng)恒為p1，由蓋-呂薩克定律得解得T1＝2T0活塞達(dá)到卡槽后體積不變，由查理定律得解得p2＝。（2）電熱絲產(chǎn)生的熱量為Q，氣體對(duì)外做功W＝由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W知，氣體增加的內(nèi)能ΔU＝Q－。考點(diǎn)四熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律1．常見的兩種表述：（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（2）開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。（3）熱機(jī)工作過程示意圖制冷機(jī)工作過程示意圖2．熱力學(xué)第二定律的理解（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”的含義。①“自發(fā)地”指明了熱傳遞現(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”是說發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(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)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。（3）熱力學(xué)過程方向性實(shí)例①高溫物體低溫物體②功內(nèi)能③氣體體積（較小）氣體體積（較大）④不同氣體A和B混合氣體AB（4）熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。3．第二類永動(dòng)機(jī)：違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動(dòng)機(jī)。這類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律，也是不可能制成的。4．熱力學(xué)第二定律的“熵”描述：在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。（2022·高考廣東卷）利用空調(diào)將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外環(huán)境，這個(gè)過程___________（選填“是”或“不是”）自發(fā)過程。該過程空調(diào)消耗了電能，空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量_______（選填“大于”“等于”或“小于”）從室內(nèi)吸收的熱量。不是；大于利用空調(diào)將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外環(huán)境，通過壓縮機(jī)做功，消耗了能量，因此這個(gè)過程不是自發(fā)過程；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能從單一熱源取熱，使之完全轉(zhuǎn)化為有用的功，而不產(chǎn)生其他影響，因此空調(diào)把熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外需要消耗電能，即空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量大于從室內(nèi)吸收的熱量。（多選）下列說法正確的是（）A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵循熱力學(xué)第二定律B．自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的C．可以通過給物體加熱而使它運(yùn)動(dòng)起來，但不產(chǎn)生其他影響D．氣體向真空膨脹具有方向性BD有外界的幫助和影響，熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，仍遵循熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的，B正確；不可能通過給物體加熱而使它運(yùn)動(dòng)起來但不產(chǎn)生其他影響，這違背了熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，具有方向性，D正確。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)系自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機(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)傳向低溫物體熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體兩定律的關(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)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1．（2022·高考湖南卷，T15改編）（多選）利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端