高三第二轮复习专题热力学定律.docx

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高三第二轮复习专题热力学定律

2010物理高考二轮专题辅导--热力学定律

2010山东理综物理考试说明

1、“了解”和“认识”热力学第一定律

2、“了解”和“认识”　热力学第二定律

[知识网络]

　　　　　　　　　　　　　　　功和内能：

在绝热过程中，外界对系统做的功等于内能的增量　ΔＵ＝Ｗ

　　　　　　热力学第一定律　　热和内能：

单纯对系统做功，系统的内能增加ΔＵ＝Q

　　　　　　　　　　　　热力学第一定律；一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和即ΔＵ＝Q＋Ｗ

热力学定律　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　热力学第二定律：

热传递和能的转化均具有方向性热机的效率总达不到100％

微观解释：

一切自然过程总是沿着分子热　　运动的无序性增大的方向进行（宏观态和微观态）

　　　　　　热力学第二定律　能源和可持续发展：

人类社会的发展离不开能源，而能源的消耗对环境造成破坏。

可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡。

高考要点精析:

一、关于物体的内能及内能变化――热力学第一定律

内能：

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。

要同时考虑做功和热传递两个途径来确定内能的变化。

即根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小．例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。

二、关于热传导的方向性――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：

自然界种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。

重难点阐释:

1、功与热的异同

（1）功与热的相同点：

它们在引起物体内能的变化上是等效的。

（2）功与热传递的不同点：

热传递是一个物体的内能转移为另一个物体的内能，做功是其他形式的能与物体内能间的转化。

2、温度、内能、热量、热能等概念的区别

（1）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。

（2）内能：

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。

（3）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量

（4）热能：

是内能通俗的说法。

温度和内能是状态量，热量则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量，实质上是内能的转移。

4．分析物体内能变化的方法有两种

（1）根据物体内能的组成来分析，物体的内能是组成物体的所有分子动能和势能的总和，由温度的变化来判断分子平均动能的变化．由体积的变化来判断分子力做功的正负从而判断分子势能的变化，最后确定物体内能的变化。

（2）根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小．例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。

2009高考试题分类解析

1.考查热力学定律的相关知识

例1（09年四川卷）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.在一定条件下物体的温度可以降到0K

B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

C.吸收了热量的物体，其内能一定增加

D.压缩气体总能使气体的温度升高

解析：

根据热力学第三定律的绝对零度不可能达到可知A错；物体从外够外界吸收热量、对外做功，根据热力学第一定律可知内能可能增加、减小和不变，C错；压缩气体，外界对气体作正功，可能向外解放热，内能可能减少、温度降低，D错；物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功而引起其他变化是可能的，B对。

答案：

B

2.考查热力学第一定律

例2（09年重庆卷）密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）（）

A．内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量

C．内能增大，对外界做功D内能减小，外界对其做功

答案：

D

解析：

不计分子势能，空气内能由温度决定、随温度降低而减小，AC均错；

薄塑料瓶因降温而变扁、空气体积减小，外界压缩空气做功，D对；

空气内能减少、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热、B错。

点评：

分析系统的内能变化情况时一定要弄清外力做功和热传递的情况，同时要注意发掘题中的隐含条件．如：

（1）理解好绝热的含义，即与外界气体无热量交换，通过做功来改变气体的内能；

（2）知道理想气体不计分子势能，其内能只与温度有关.

对ΔU=Q+W要注意：

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．

3.考查热力学第一定律、气体实验定律的综合应用

例3（09年广东卷）某同学做了一个小实验：

先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密的套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图1所示。

这是因为烧瓶里的气体吸收了水的，温度，体积。

解析：

做功可以增加物体的内能；当用气球封住烧瓶，在瓶内就封闭了一定质量的气体，当将瓶子放到热水中，瓶内气体将吸收水的热量，增加气体的内能，温度升高，由理想气体状态方程

可知，气体体积增大。

答案：

热量；升高；增大

点评：

本题通过日常生活中的情景考查了气体实验定律及热力学第一定律。

处理该问题的关键是将生活实际中的情境转化为熟知的物理模型，然后选取规律求解。

例4（09年全国卷）如图2所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。

气缸壁和隔板均绝热。

初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。

现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。

当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（）

A．右边气体温度升高，左边气体温度不变

B．左右两边气体温度都升高

C．左边气体压强增大

D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

解析：

气缸壁和隔板均绝热，初状态时两部分气体的压强相等，浓度相等；电热丝通电一段时间后,电热丝发出的热量被右侧气体吸收，导致其温度升高，根据气体状态方程，其压强增大，气体膨胀将隔板向左推,对左边的气体做功,根据热力学第一定律,左边的气体内能增加,温度也升高，压强也跟着增大.故A项错误，BC项正确；右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功,故D项错误。

点评：

气体实验定律和热力学第一定律是分析气体的两大规律体系，在新高考模式题量减少的形势下，两大规律相结合出题是必然的，如例3、例4和08年山东卷、宁夏卷等.

4.考查热力学定律、分子动理论的结合

例4（09年江苏卷）

（1）若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是。

（填写选项前的字母）

A.气体分子间的作用力增大B.气体分子的平均速率增大

C.气体分子的平均动能减小D.气体组成的系统的熵增加

（2）若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中的气泡（填“吸收”或“放出”）的热量是J。

气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了J.

解析：

（1）掌握分子动理论和热力学定律才能准确处理本题。

气泡的上升过程气泡内的压强减小，温度不变，由玻意尔定律知，上升过程中体积增大，微观上体现为分子间距增大，分子间引力减小，温度不变所以气体分子的平均动能、平均速率不变，此过程为自发过程，故熵增大。

D项正确。

（2）本题从热力学第一定律入手，抓住理想气内能只与温度有关的特点进行处理。

理想气体等温过程中内能不变，由热力学第一定律

，物体对外做功0.6J，则一定同时从外界吸收热量0.6J，才能保证内能不变。

而温度上升的过程，内能增加了0.2J。

答案：

（1）D

（2）吸收；0.6；0.2

5.能量的转化和守恒

例5（09年广东卷）远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃。

随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法。

“钻木取火”是通过方式改变物体的内能，把转变为内能。

解析：

做功和热传递都可以改变物体的内能，“钻木取火”是把机械能转变为内能，即通过做功的方式改变物体的内能；

答案：

做功；机械能

（2）热量；升高；增大

点评：

解决这类问题的关键是要正确地了解研究对象的变化过程，把握所处的状态，搞清能量的转移或转化的过程.

考点落实训练

一、选择题

1.关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是

A．吸热的物体，其内能一定增加

B．体积膨胀的物体，其内能一定减少

C．放热的物体，其内能也可能增加

D．绝热压缩的物体，其内能一定增加

2.根据热力学第二定律，下列说法中正确的是

A．电流的电能不可能全部变成内能

B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能

C．在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能

D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体

3.下列说法中正确的是

A．热量可以自发地从低温物体传给高温物体

B．内能不能转化为动能

C．摩擦生热是动能向内能的转化

D．热机的效率最多可以达到100％

4.下列说法正确的是

A．第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律

B．自然界中的能量是守恒的，所以能量永不枯竭，不必节约能源

C．自然界中有的能量便于利用，有的不便于利用

D．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化

5.以下过程不可能发生的是

A．对物体做功，同时物体放热，物体的温度不变

B．对物体做功，同时物体吸热，物体的温度不变

C．物体对外做功，同时放热，物体的内能不变

D．物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变

6.热传导的方向性是指

A．热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能从低温物体传递到高温物体

B．热量只能从低温物体传递到高温物体，而不能从高温物体传递到低温物体

C．热量既能从高温物体传递到低温物体，又可以从低温物体传递到高温物体

D．热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体

7.对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是

A．系统的总熵只能增大，不可能减小

B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小

C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展

D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展

8.第二类永动机不可能制成，是因为

A．违背了能量守恒定律

B．热量总是从高温物体传递到低温物体

C．机械能不能全部转化为内能

D．内能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化

9.我们绝不会看到，一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。

其原因是

A．这违反了能量守恒定律

B．在任何条件下内能都不可能转化成机械能，只有机械能才会转化为内能

C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的

D．以上说法均不正确

10.物体A和B接触，高考资源网发现A放出热量，B吸收热量，则下列说法正确的是

A．A的温度一定比B的温度高

B．A的内能一定比B的内能大

C．A的热量一定比B的热量多

D．A的比热一定比B的比热大

11.在热力学第一定律表达式

中，高考资源网关于U、W、Q的正负，下列说法正确的是

A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时U为正

B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时U为负

C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时U为正

D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时U为负

12.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是

A．迅速向里推活塞B．迅速向外拉活塞

C．缓慢向里推活塞D．缓慢向外拉活塞

13.在如图所示的气缸中，用质量不计、横截面积为1cm2的活塞封闭了一定质量的气体。

某人用力F向下压活塞，活塞移动了10cm，此过程中力F对活塞做功为l0J，气体向外散热为10J。

已知大气压强为1×105Pa，则此过程中被封闭气体的内能

A．增加1JB．增加10J

C．增加20JD．不变

14.如图所示，气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。

现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过对外做功，若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是

A．气体从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此该过程违反热力学第二定律

B．气体从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以该过程违反热力学第二定律

C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律

D．以上三种说法都不对

15.如图所示，A、B两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B球用同一种特殊的材料制作，当温度稍微升高时，球的体积明显地增大，如果水和水银的初温及缓慢升高后的末温都相同，且两球膨胀后体积也相等，两球也不再上升，则

A．A球吸收的热量多

B．B球吸收的热量多

C．A、B二球吸收的热量一样多

D．不能确定吸收热量的多少

16.把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明

A．做功可以升高物体的温度

B．做功可以改变物体的内能

C．做功一定可以增加物体的内能

D．做功可以增加物体的热量

二、填空题

17.在物理学中，反映自然过程的方向性的定律就是。

18.热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性，机械能可以为内能，而内能转换成机械能。

19.引入熵的概念后，人们也把热力学第二定律叫做熵增加原理，具体表述为：

__________________________。

三、简答题

20.试对热力学第一定律、热力学第二定律进行对比分析。

四、计算题

21.如图所示，气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h=0.2m，活塞面积S=10cm2，封闭气体的压p=5×104Pa．现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。

在此过程中封闭气体吸收了Q=60J的热量，假设气缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦不计，则在此过程中气体内能增加了多少？

22.空调机中的压缩机在一次压缩过程中，对被压缩的气体做了1.0×103J的功，同时气体的内能增加了0.5×103J。

该过程气体吸热还是放热？

吸收或放出的热量Q是多少？

参考答案

一、选择题

1.CD

2.BCD

3.C

4.CD

5.BC

解析：

本题考察的是对热力学第一定律ΔU=W+Q的理解和应用，需要注意的是符号法则。

6.CD

7.AC

8.D

解析：

第二类永动机设想符合能量守恒定律，故A选项错误，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，即热可以自发的从高温物体向低温物体传递，但要使热从低物体向高温物体传递，必须通过做功来实现，故B选项错误，对C选项，机械能可以全部转化为内能，因而C选项错误，但内能不能全部转化为机械能，在内能转化为机械能时必引起其他变化，故D选项正确。

9.Ｃ

10.A

解析：

自发进行的热传递的方向，一定是从高温物传向低温物体。

热量是热传递中内能改变的量度，只有在热传递中“热量”才有意义，“热量”只能“吸收”“放出”，而不能“具有”。

所以只有A正确，BCD错误。

11.C

12.A

解析：

只有迅速向里推活塞，对混合气体做功，才能使混合气体的内能迅速增加，温度迅速升高到燃点。

故A正确。

13.A

提示：

用热力学第一定律解，要考虑大气压对活塞作的功。

14.C

15.B

解析：

A、B两球初末状态完全相同，故ΔU相同；B球膨胀对水银做的功大于A球膨胀对水做的功，由热力学第一定律ΔU=W+Q，所以B球吸收的热量大于A球吸收的热量，故B正确。

16.B

解析：

当快速下压活塞时，对空气做功，改变了气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来。

故B正确。

二、填空题

17.热力学第二定律

18.全部转化，无法全部用来做功以

19.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小

三、简答题

20.通过摩擦，功可以全部变为热。

热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。

热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动从低温物体传向高温物体。

热力学第一定律说明在任何过程中能量必须守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现。

热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一方向的过程则不能实现。

在热力学中，热力学第二定律和第一定律相辅相成，缺一不可。

四、计算题

21.解析：

对封闭气体，根据热力学第一定律

（2分）

代入数据得　　

（J）（2分）

22.解析：

该过程气体放热

由热力学第一定律得△U=W+Q

代入数据得Q=0.5×103J

该过程放热0.5×103J