2021学年第十章 热力学定律综合与测试导学案

专题11  热力学三定律（学生版）

一、目标要求

二、知识点解析

1．热力学第一定律

(1)改变系统内能的两种方式：做功和热传递；

(2)热力学第一定律

①定义：一个热力学系统内能的增量等于外界对它做的功与外界向它传递的热量的和：ΔU=W+Q

若外界对系统做功，则W>0，若系统对外界做功，则W<0；

若外界向系统传热，则Q>0，若系统向外界传热，则Q<0．

②意义：热力学第一定律是能量守恒定律的一种表现形式；

(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成另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变；

(4)第一类永动机：不消耗任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功的机器称为第一类永动机，第一类永动机不可制成，原因就是因为违背了能量守恒定律．

2．热力学第二定律

(1)宏观热现象的方向性

(2)热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律称为热力学第二定律，它有如下几种表述形式；

①克劳修斯表述：热量不可能自发地从低温物体传向高温物体；

②开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他变化；开尔文表述还可以描述成工质不可能将从某热源吸收的热量全部用于做功，它必然会向其他温度低于自身的热源排出部分热量，即任何热机的效率都不可能达到100%，如图所示；

热机的效率：

(3)第二类永动机：能从单一热源吸收热量，并将这些热量全部转化为有用功的机器称为第二类永动机；第二类永动机不可制成，虽然它没有违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；

3．热力学第三定律

(1)绝对零度：热力学的最低温度，是以开尔文温标定义的零点，即0 K，0 K≈－273.15 ℃；

(2)热力学第三定律：绝对零度不可达到；

4．热力学第零定律

(1)热平衡：若某个与外界接触的热力学系统，其内部各部分之间、整个系统与外界之间均没有热交换，我们称这个系统处于热平衡；

(2)热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡；

由于该条定律的提出比热力学三大定律要晚，但它却是三大定律的基础，因此将其命名为热力学第零定律；热力学第零定律定义了温标的概念，即两个热力学系统若彼此处于热平衡，则称这两个热力学系统的温度相同，温度计的诞生就建立在热力学第零定律的基础之上．

三、考查方向

题型1：对热力学第一定律的理解

典例一：（2020•海淀区一模）容器内一定质量的理想气体，在温度保持不变的条件下，若气体体积减小，则　　

A．气体分子热运动的平均动能增大 

B．气体分子对器壁撞击的密集程度变大 

C．气体中每个分子对器壁的撞击的作用力都变大 

D．气体需要从外界吸收热量

题型2：热力学第一定律的计算

典例二：（2020·江苏）（3）一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q.

题型3：热力学定律与气体图像的综合应用

典例三：（2017•新课标Ⅲ）如图，一定质量的理想气体从状态出发，经过等容过程到达状态，再经过等温过程到达状态，最后经等压过程回到状态。下列说法正确的是　　

A．在过程中气体的内能增加 

B．在过程中外界对气体做功 

C．在过程中气体对外界做功 

D．在过程中气体从外界吸收热量 

E．在过程中气体从外界吸收热量

题型4：对热力学第二定律的理解

典例四：(多选)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触2点插在冷水中，如图，所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象，正确说法是(   )

A．这一实验过程不违反热力学第二定律

B．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温

C．在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能

D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能

四、模拟训练

一、基础练习

1.(多选)一个带活塞的气缸内封闭有一定量的气体，对气缸内的气体，下列说法正确的是(   )

A．气体吸收热量，气体温度一定升高

B．压缩气体，气体温度可能降低

C．压缩气体，同时气体向外界放热，气体温度可能不变

D．压缩气体，同时气体从外界吸热，气体温度可能不变

2.有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上。若吸盘内气体可视为理想气体，且温度始终保持不变。则此过程中　　

A．吸盘内气体压强增大 

B．吸盘内气体分子的密度增大 

C．吸盘内气体分子的平均速率增大 

D．吸盘内气体要吸收热量

3.快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示．假设袋内气体与外界没有热交换，当充气袋四周被挤压时，袋内气体(   )

A．对外界做负功，内能增大 

B．对外界做负功，内能减小 

C．对外界做正功，内能增大 

D．对外界做正功，内能减小

4.（多选）如图所示，固定在水平面上的气缸内封闭一定质量的气体，气缸壁和活塞绝热性良好，汽缸内气体分子间相互作用力不计．现使活塞向左移动，以下说法正确的是(    )．

A. 气缸内气体对外界做功，气体内能减少

B. 外界对气缸内气体做功，气体内能增大

C. 气缸内气体压强减小

D. 气缸内气体温度升高

5.一定质量的气体，在保持压强恒等于的状况下，体积从膨胀到，这一过程中气体共向外界吸热，则气体内能的变化为(    )．

A．增加了  B．减少了

C．增加了  D．减少了

6.压缩一定质量的气体，对气体做了的功，气体内能增加了．则此过程中气体(能“吸收”或“放出”)了__________的热量．

7.一定质量的理想气体从状态经过状态变化到状态，其图象如图所示，下列说法正确的有　　

A．的过程中，气体对外界做功 

B．的过程中，气体放出热量 

C．的过程中，气体压强变大 

D．的过程中，气体内能增加

8.如图所示，、、为一定质量的理想气体变化过程中的三个不同状态，下列说法正确的是　　

A．三个状态的压强相等 

B．从到，气体内每一个分子的无规则热运动都变剧烈 

C．从到，气体吸收的热量等于气体对外界做的功 

D．从到，气体对外界做功的数值小于从到气体对外界做功的数值

9.（多选）某容器内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态，第一次经过某一过程到达状态，第二次再经过等压变化过程到达状态，如图所示。设气体在状态和状态的体积分别为和，在过程和中气体对外做功分别为和，吸收的热量分别为利，则下面说法正确的是　　

A．，， 

B．，， 

C．，，

D．，，

10.在如图所示p﹣V图象中，一定质量的理想气体从状态M变化至状态N，分别经历了过程1和过程2，已知M、N状态的温度相等，则在过程1中气体温度的变化情况是　      　(选填“先减少后增大”、“不变”或“先增大后减少”)，若过程1中气体吸热Q1，过程2中气体吸热Q2，则Q1　      　Q2(选填“＞”、“=”或“＜”)．

11.图为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，放出热量到箱体外．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．电冰箱的致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．电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违反了热力学第二定律

12.如图所示，将一个绝热的汽缸竖直放在水平桌面上，在汽缸内用一个活塞封闭一定质量的气体．在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为m，活塞的横截面积为S．已知外界的大气压为P0，不计活塞和汽缸之间摩擦．在汽缸内部有一阻值为R的电阻丝，电源的电压为U，在接通电源t时间后，发现活塞缓慢上升h高度．已知重力加速度为g，求：

(1)外界对气体做多少功；

(2)在这一过程中气体的内能改变了多少？

13.如图所示的导热气缸固定于水平面上，缸内用活塞密封一定质量的理想气体，外界大气压强保持不变．现使气缸内气体温度从27℃缓慢升高到87℃，此过程中气体对活塞做功240 J，内能增加了60 J．活塞与气缸间无摩擦、不漏气，且不计气体的重力，活塞可以缓慢自由滑动．

①求缸内气体从外界吸收的热量．

②升温后缸内气体体积是升温前气体体积的多少倍？

14.一定质量的某种理想气体的体积V与热力学温度T的关系图象如图所示，气体在状态A 时压强p0=1.0×105 Pa、体积V0=800 cm3，线段AB与V轴平行，BC延长线过坐标原点O．

①求该气体状态B时的压强；

②已知该气体从状态B变化到状态C过程中，向外界放热60 J，求该过程中气体内能的变化量．

二、提升练习

1.（2020高考天津卷）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（   ）

A．压强变大       B．对外界做功       C．对外界放热      D．分子平均动能变大

2.（2020高考全国理综II）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_______。（填正确答案标号）

A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热

B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低

C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响

D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内

3.(2020高考全国理综III卷·多选)如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中___________。

A．气体体积逐渐减小，内能增知

B．气体压强逐渐增大，内能不变

C．气体压强逐渐增大，放出热量

D．外界对气体做功，气体内能不变

E．外界对气体做功，气体吸收热量

4.（2016高考全国理综一·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

5.(2018·高考全国卷III·多选) （1）如图，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

E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功

6.（2014•新课标Ⅰ）一定量的理想气体从状态开始，经历三个过程、、回到原状态，其图象如图所示，下列判断正确的是　　

A．过程中气体既不吸热也不放热 

B．过程中气体一定吸热 

C．过程中外界对气体所做的功等于气体所放的热 

D．、和三个状态中，状态分子的平均动能最小 

E．和两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同