选择性必修+第三章 热力学定律+讲义+-2023-2024学年物理人教版

这是一份选择性必修+第三章 热力学定律+讲义+-2023-2024学年物理人教版，共7页。学案主要包含了备考提示等内容，欢迎下载使用。
1．热力学第一定律
物体的内能跟物体的温度和体积都有关系：温度升高时物体内能增加；体积变化时，物体内能变化。
做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。
外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=Q+W 这在物理学中叫做热力学第一定律。
在这个表达式中，当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正表示物体内能增加，ΔU为负表示物体内能减小。
2．热力学第二定律
（1）热传导的方向性。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。
（2）第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。
（3）热力学第二定律。表述：①不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。③第二类永动机是不可能制成的。
热力学第二定律使人们认识到：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
（4）能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。
3．能量守恒定律
能量守恒定律指出：能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一。
题型体系
题型一：基本概念考查
1.下列说法正确的是
A．任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
2.已知理想气体的内能与温度成正比。如图所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能
（A）先增大后减小（B）先减小后增大
（C）单调变化（D）保持不变
3.下列说法正确的是
A．气体的温度升高时，并非所有分子的速率都增大
B．盛有气体的容器作减速运动时，容器中气体的内能随之减小
C．理想气体在等容变化过程中，气体对外不做功，气体的内能不变
D．一定质量的理想气体经等温压缩后， 其压强一定增大
4.对于定量气体，可能发生的过程是
Ａ．等压压缩，温度降低
Ｂ．等温吸热，体积不变
Ｃ．放出热量，内能增加
Ｄ．绝热压缩，内能不变
5.下列关于热现象的说法，正确的是 （ ）
Ａ．外界对物体做功，物体的内能一定增加
Ｂ．气体的温度升高，气体的压强一定增大
Ｃ．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体
Ｄ．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
6．有关物体内能，以下说法正确的是（ ）
A．1g0ºC水的内能比1g0ºC冰的内能大
B．电流通过电阻后发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的
C．气体膨胀，它的内能一定减少
D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加
7．一定质量的理想气体，（ ）
A．先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度
B．先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积
C．先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度
D．先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能
8.下列说法中正确的是：（ ）
A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器
壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
B.气体体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数
增多，从而气体的压强一定增大
C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加
D.分子a从远外趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一
定最大
题型二：利用热力学第一定律判断物体内能的变化
1.对一定量的气体，下列说法正确的是
A、在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功
B、在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功
C、在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加
D、在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变
2.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（ ）
A．Q1—Q2=W2—W1B．Q1=Q2
C．W1=W2D．Q1>Q2
3． 如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡（ ）
A．a的体积增大了，压强变小了
B．b的温度升高了
C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
D．a增加的内能大于b增加的内能
4.如图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸之间无摩擦。a态是气缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温（270C）中达到的平衡状态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能，下列说法正确的是（ ）
A、与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多
B、与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较大
C、在相同时间内，a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等
D、从a态到b态，气体的内能增加，外界对气体做功，气体对外界释放了热量
5.如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器后
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
图①
图②
6. 用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空（如图①）。现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器（如图），这个过程称为气体的自由膨胀。下列说法正确的是
A．自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
7.选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答．并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑．如都作答则按A、B两小题评分．)
A．
(1)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中的气体做功为2.0×105J，同时气体的内能增加了1.5×l05J．试问：此压缩过程中，气体 (填“吸收”或“放出”)的热量等于 J．
(2)若一定质量的理想气体分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是 (填“A”、“B”或“C”)，该过程中气体的内能 (填“增加”、“减少”或“不变”)．
(3)设想将1g水均匀分布在地球表面上，估算1cm2的表面上有多少个水分子?(已知1ml 水的质量为18g，地球的表面积约为5×1014m2，结果保留一位有效数字)
8.
喷雾器内有10L水，上部封闭有latm的空气2L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L（设外界环境温度一定，空气可看作理想气体）。
(l）当水面上方气体温度与外界沮度相等时，求气体压强，并从徽观上解释气体压强变化的原因。
(2）打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由。
题型三：热力学第二定律判断
1.图3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
2.下列说法正确的是
A. 热量不能由低温物体传递到高温物体
B. 外界对物体做功，物体的内能必定增加
C. 第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
D. 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
3.关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
4.（１）有以下说法：
Ａ. 气体的温度越高，分子的平均动能越大
B. 即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的
C. 对物体做功不可能使物体的温度升高
D. 如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关
E. 一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室。甲室中装有一定质量的温度为Ｔ的气体，乙室为真空，如图所示。提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为Ｔ
F. 空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的。
G. 对于一定量的气体，当其温度降低时，速度大的分子数目减少，速率小的分子数目增加
H. 从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
其中正确的是--------
5.⑵热力学第二定律常见的表述有两种。
第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；
第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
图10（a）是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据第二种表述完成示意图10（b）。根据你的理解，热力学第二定律的实质是_________________________。 SHAPE \* MERGEFORMAT

习题答案
题型一：
1：C 【解析】：物体的内能是指所有分子运动的动能和分子势能的总和，A错；B选项违背了热力学第二定律，B错；自然界中，满足能量守恒定律的过程并不是都自发地进行，而是有方向性的，D错；由热力学第一定律可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，但方式不同，做功是其它形式的能与内能的转化，而热传递是内能的转移。
2：B 【解析】：由PV/T为恒量，由图像与坐标轴围成的面积表达PV乘积，从实线与虚线等温线比较可得出，该面积先减小后增大，说明温度T先减小后增大，内能先将小后增大。
3：AD 【解析】：气体温度升高时，其平均动能增大，这是气体分子运动的统计规律，并非所有分子的速率都增大，A对；气体的内能是所有分子热运动的动能和分子势能的总和，与容器的运动状态无关，B错；理想气体在等容变化过程中，其体积不变，气体对外做功为零，但可通过吸热或放热来改变内能，C错；一定质量的理想气体，经等温压缩后，其温度不变，体积减小，故压强增大，D对。
4： A C 5： D 6： D 7：CD 8：D
题型二
1：Ａ 2：Ａ
3：BCD。对气体a加热使a的温度升高且压强增大,推动隔板K向右移动.隔板K将压缩b对气体做功,根据热力学第一定律知道,气体b的内能将增大,故当达到新的平衡时b的温度升高了.
当达到新的平衡时:(1)对隔板K分析知道,a、b两边的气体压强相等.(2)由“两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b”说明两部分气体的分子个数相同，而a部分体积大于b部分的体积，故a中气体单位体积内分子数少于b中气体单位体积内的分子数.(3)根据压强的微观定义“气体的压强由单位体积内气体的分子数与气体的温度决定”，综合（1）（2）可以反过来推断a气体的温度大于b气体的温度。
4：AC 5：Ｃ
6：C
【解析】：气体分子永不停息做无规则运动，故A错；自由膨胀后，气体对外做功W＝0，容器绝热，其热传递能量Q＝0，由热力学第一定律可知，其内能不变，气体温度不变，但由于膨胀体积增大，故压强减小，所以B错，C对；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D错。
7：放出；5×104；（2）C；增加；（3）7×103（6×103～7×103都算对）
解析：（1）由热力学第一定律△U = W＋Q，代入数据得：1.5×105 = 2.0×105＋Q，解得Q =－5×104；
（2）由PV/T=恒量，压强不变时，V随温度T的变化是一次函数关系，故选择C图；
（3）1g水的分子数 N = EQ \F(m,M)NA ，1cm2的分子数 n =N EQ \F(S,S0)≈7×103 （6×103～7×103都算对）。
8解析：(l）设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律
p1 V1=p2V2 ①
代人数据得 P2=2.5atm ②
微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。
(2）吸热。气体对外做功而内能不变．根据热力学第一定律可知气体吸热。
题型三
1：BC 【解析】：由热力学第二定律知，热量不能自发的有低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助。电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能。故答案为 BC。属于容易题。 【备考提示】：热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的基础，在复习过程中应加以重视。
2：.D
3：D【解析】：第二类永动机并不违反能量守恒定律，跟热现象有关的宏观过程均具有方向性。做功和热传递是改变物体的内能的两种方式，做功是内能和其他形式的能之间的转化，热传递是内能之间的转移。故答案为D。有些考生错误的认为物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加；有的考生错误的认为外界对物体做功，则物体的内能一定增加。从而得出错 误的选项。属于容易题。
热机
低温物体
高温物体
图10（b）
W
Q1
Q2
【备考提示】：热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的基础，在复习过程中应加以重视。
4: A B E G
5: 图见下面。热力学第二定律的实质是：自然界中进行的与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性。