版高考物理一轮复习第十二章热学第3节热力学定律Word格式.docx

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物体放出热量，内能减少

从运动形式上看　　

做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化

热传递是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移

从能量的角度看

做功是其他形式的能与内能相互转化的过程

不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移

能的性质变化情况　

能的性质发生了变化

能的性质不变

联系

做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的

2.温度、内能、热量、功的比较

含　义

特点

温度

表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义

状　态　量

内能

（热能）

物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能

热量

是热传递过程中内能的改变量，热量用来量度热传递过程中内能转移的多少

过　程　量

功

做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程

3.对公式ΔU＝Q＋W符号的确定

符号

W

Q

ΔU

＋

外界对物体做功

物体吸收热量

内能增加

－

物体对外界做功

物体放出热量

内能减少

4．三种特殊情况

（1）若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。

（2）若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。

（3）若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。

[多角练通]

1．（多选）（2017·

淄博、莱芜二模）健身球是一个充满气体的大皮球，现把健身球放在水平地面上。

若在人体压向健身球的过程中球内气体温度保持不变，则（　　）

A．气体分子的平均动能增大　　　B．气体的密度增大

C．气体的内能增大D．外界对气体做功

解析：

选BD　在人压向健身球的过程中，外界对球做功，气体所占的体积减小，故气体的密度增大；

气体温度不变，故气体分子的平均动能不变；

由于外界对气体做功，但气体温度不变，故内能不变；

由热力学第一定律可知，气体对外放热；

故A、C错误；

B、D正确。

2．（多选）（2017·

潮州朝安区高三模拟）对于一定量的气体，下列说法正确的是（　　）

A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和

B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低

C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零

D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加

E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高

选ABE　气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，A正确；

温度高，气体分子热运动就剧烈，B正确；

在完全失重的情况下，分子热运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，C错误；

做功也可以改变物体的内能，D错误；

气体在等压膨胀过程中温度一定升高，E正确。

3．（多选）（2016·

海南高考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其pV图像如图所示。

在过程1中，气体始终与外界无热量交换；

在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。

对于这两个过程，下列说法正确的是（　　）

A．气体经历过程1，其温度降低

B．气体经历过程1，其内能减小

C．气体在过程2中一直对外放热

D．气体在过程2中一直对外做功

E．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同

选ABE　气体经历过程1，压强减小，体积变大，气体膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，选项A、B正确；

气体在过程2中，根据理想气体状态方程＝C，则开始时，气体体积不变，压强减小，则温度降低，对外放热；

然后压强不变，体积变大，气体膨胀对外做功，则温度升高，需要吸热，故选项C、D错误；

过程1和过程2的初、末状态相同，故气体内能改变量相同，选项E正确。

突破点

（二）　热力学第二定律

1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义

（1）“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。

（2）“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。

如吸热、放热、做功等。

2．热力学第一、第二定律的比较

热力学第一定律

热力学第二定律

定律揭

示的

问题

它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系

它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的

机械能

和内能

的转化

当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能

内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能

热量的

传递

热量可以从高温物体自发传向低温物体

说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体

表述

形式

只有一种表述形式

有多种表述形式

两定律

的关系

在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础

3.两类永动机的比较

第一类永动机

第二类永动机

设计要求

不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器

从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器

不可能

制成的原因

违背能量守恒定律

不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律

[典例]　（多选）（2017·

东北三省四市模拟）下列说法中正确的是（　　）

A．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等

B．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。

其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小

C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向

D．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的

[解析]　相互间达到热平衡的两物体的温度相同，内能不一定相等，故A错误；

火罐内气体压强小于大气压强，所以火罐能“吸”在皮肤上，故B正确；

根据热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，但在一定外界条件影响下可以实现，故C正确；

根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确。

[答案]　BCD

4个常见的宏观热现象方向性实例

（1）高温物体低温物体。

（2）功热量。

（3）气体体积V1气体体积V2（V2＞V1）。

（4）不同气体A和B混合气体AB。

[集训冲关]

1．（2017·

连云港模拟）关于能量和能源，下列说法正确的是（　　）

A．在能源利用的过程中，能量在数量上并未减少

B．由于自然界中总的能量守恒，所以不需要节约能源

C．能量耗散说明能量在转化过程中不断减少

D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造

选A　根据能量守恒定律可知，在能源使用过程中，能量在数量上并未减少，故A正确，C错误；

虽然自然界中的总能量不会减少，但是能源的品质会降低，无法再利用，故还需要节约能源，故B错误；

根据能量守恒可知，能量不会被创造，也不会消失，故D错误。

2．（2017·

重庆模拟）卡诺循环是由法国工程师卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：

等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩。

下列相关说法中正确的是（　　）

A．随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%

B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，气缸内气体的内能保持不变

C．等温压缩过程中，因外界对气体做功，故气缸内气体内能增大

D．等温膨胀过程中，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少

选D　由热力学第二定律可知，热机效率不可能达到100%，选项A错；

绝热膨胀和绝热压缩过程中，与外界没有热量交换，而气缸体积改变，气缸内气体的内能因做功而改变，选项B错；

等温压缩过程中，温度不变，气缸内气体内能不变，选项C错；

等温膨胀过程中，温度不变，体积增大，单位体积内分子数目减少，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少，选项D对。

3．（多选）（2017·

洛阳孟津一高检测）下列说法正确的是（　　）

A．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力

B．悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是分子热运动

C．把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体

D．第二类永动机没有违反能量守恒定律

E．绝对零度不可达到

选ADE　通常，处于液体表面层的分子较为稀疏，其分子间距较大，液体分子之间的合力表现为平行于液体界面的引力，故A正确；

悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是布朗运动，故B错误；

把很多小的单晶体放在一起，就变成了多晶体，故C错误；

第二类永动机没有违反能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故D正确；

因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失，所以绝对零度是不存在的，故E正确。

突破点（三）　气体实验定律与热力学第一定律的综合

求解此类综合问题的通用思路

[典例]　（2017·

潍坊模拟）如图所示在绝热气缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27℃，封闭气柱长为9cm，活塞横截面积S＝50cm2。

现通过气缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22J，稳定后气体温度变为127℃。

已知大气压强等于105Pa，活塞与气缸间无摩擦，求：

（1）加热后活塞到气缸底部的距离；

（2）此过程中气体内能改变了多少。

[解析]　

（1）取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为L1S，温度为：

T1＝（273＋27）K＝300K，

末状态的体积为：

L2S，温度为：

T2＝（273＋127）K＝400K

气体做等压变化，则：

＝

代入数据得：

L2＝12cm。

（2）在该过程中，气体对外做功：

W＝F·

ΔL＝p0S（L2－L1）＝105×

50×

10－4×

（12－9）×

10－2J＝15J，

由热力学第一定律：

ΔU＝Q－W＝22J－15J＝7J。

[答案]　

（1）12cm　

（2）7J

[方法规律]

判断理想气体内能变化的两种方法

（1）一定质量的理想气体，内能的变化完全由温度变化决定，温度升高，内能增大。

（2）若吸、放热和做功情况已知，可由热力学第一定律ΔU＝W＋Q来确定。

1.（多选）（2017·

超级全能生26省联考）如图所示，pV坐标系中每个方格的边长均相等，在pV图中的直线段AB表示一定质量的理想气体的状态变化过程，则气体从状态A变化到状态B的整个过程中，下列说法正确的是（　　）

A．气体的温度保持不变

B．气体的内能先增加某一值，再减少同样的值

C．气体对外做功，并吸热

D．气体的密度不断减小

选BCD　设题图中每一个小方格的长度为单位长度1。

等温过程pV＝常量，应是