第4节 热力学第二定律
1．了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性，了解什么是热力学第二定律。
2．了解热力学第二定律的两种表述，以及两种表述的物理实质。
3．了解什么是第二类永动机，知道第二类永动机不能制成的原因。
4．能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及宏观自然过程的方向性问题。
一、热力学第二定律的两种表述
1．热力学第二定律的克劳修斯表述 (1)热力学第二定律(概念)：反映□01宏观自然过程的方向性的定律。 (2)克劳修斯表述：热量不能自发地从□
02低温物体传到□03高温物体。即热传导的过程具有□04方向性。
2．热力学第二定律的开尔文表述
(1)热机
①热机工作的两个阶段
第一个阶段是□05燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能。 第二个阶段是工作物质□
06对外做功，把自己的内能变成机械能。 ②热机的效率：热机输出的机械功W 与燃料产生的热量Q 的比值。用公式表示为□07η＝W Q
。 (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。即机械能与内能转化具有方向性。
(3)热力学第二定律的其他描述
①气体向真空的自由膨胀是□
08不可逆的。 ②一切宏观自然过程的进行都具有□
09方向性。 (4)第二类永动机
①定义 只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化的□
10热机。 ②第二类永动机不可能制成 第二类永动机不违背□11能量守恒定律，但违背□12热力学第二定律。 二、热力学第一定律、热力学第二定律的比较及两类永动机的比较
1．热力学第二定律与热力学第一定律
(1)热力学第一定律揭示了□01做功和□02热传递对改变物体内能的规律关系ΔU ＝□03W ＋Q ，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化。热力学第一定律就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性。告诫人们：第一类永动机不可能制成。热力学第一定律只有一种表述形式。
(2)热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性。如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进而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。告诫人们：第二类永动机不可能制
成。热力学第二定律有□
04多种表述形式。 (3)两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。
2．两类永动机的比较
判一判
(1)任何物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和。( )
(2)满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行。( )
(3)将海水温度自动下降时释放的内能可以全部转化为机械能。( )
(4)能够制成的热机既不违背能量守恒定律，也不违背热力学第二定律。( )
提示：(1)× (2)× (3)× (4)√
课堂任务对热力学第二定律的理解
1．热力学第二定律克劳修斯表述阐述了热传递的方向性。其含义是热量从高温物体传递到低温物体是一个自发过程，不需要任何第三者的介入，不会对任何第三者产生任何影响。“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助。如：重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它们不受外界干扰，这就是自发的过程。
2．热量也可以由低温物体传到高温物体，但这一定不是一个自发过程，这个过程必须有第三者的介入。
3．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：通过做功，机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能而不产生其他影响。
4．热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，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。
例1 (多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电能不可能全部转变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能
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
[规范解答] 热力学第二定律指明了宏观热现象具有方向性，利用这一方向性特点进行分析。凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。无论采用任何设备和手段进行能量转化，根据热机工作原理，热机工作时从高温热库吸热，一部分对外做功，一部分产生热量排出，热机的机械效率总小于100%，故A正确。火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确。热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主要思想，故D正确。由电流热
效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误。
[完美答案] ACD
对热力学第二定律的理解
(1)理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性。理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”。
(2)还要正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响。
[变式训练1](多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )
A．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
B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其他变化
D．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
答案AD
解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性。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为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外界的帮助，因而引起其他变化，故A正确，B错误；热传导过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但要从低温物体传递到高温物体，必然引起其他变化(外界对系统做功)，故C错误，D正确。
课堂任务热力学第二定律的应用
热力学第二定律应用时要注意的几个问题
1．单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。
2．其他影响：指除了从单一热库吸收热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动传热是不可能的。
3．关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对
外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。
4．适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
5．两种表述是等价的
如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立。
例2 关于第二类永动机的说法，正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律
B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性
C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律
D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺
[规范解答] 第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何变化，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，只有B正确。
[完美答案] B
[变式训练2]关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是( )
A．将地球上所有海水的温度降低0.2 ℃，以放出大量的内能供人类使用
B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则的运动
C．在热传递中，热量一定是从内能多的物体传向内能少的物体
D．在热传递中，热量自发地从温度高的物体传到温度低的物体
答案 D
解析自然界一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、C错误；布朗运动不是液体分子的运动，而是固体颗粒的运动，B错误。故只有D正确。
A组：合格性水平训练
1．(对热力学第二定律的理解)(多选)随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中错误的是( )
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化
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．满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行
D．外界对物体做功，物体的内能必然增加
答案BCD
解析由热力学第二定律的开尔文表述可知A正确。热机效率总低于100%，B错误。满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错误。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W＞0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错误。
2．(对热力学第二定律的理解)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成动能，使这个物体运动起来，其原因是( ) A．违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能不可能转化为机械能，只有机械能转化成内能
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
答案 C
解析虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，因而不可能发生，故C正确。
3．(对热力学第二定律的理解)(多选)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律( )
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
答案CD
解析A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生，C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生。
4．(对热力学第二定律的理解)(多选)根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有( )
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体
C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能
答案BD
解析根据热传递规律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。但在一定条件下，热量也可以从低温物体传到高温物体，例如电冰箱等就是这样的装置。因此B正确，A错误；机械能可以全部转化为内能，在一定条件下，内能也可以全部转化为机械能。例如气体的等温膨胀，就是将吸收来的热量全部用来对外做功，但是它引起了一定的变化，那就是气体膨胀了，要使气体回到原来状态，就必须对气体做功。因此D正确，C错误。
5．(综合)(多选)下列说法中正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
B．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
C．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
D．热力学第二定律的两种表述是等效的
答案ACD
解析本题的关键是要了解第一类、第二类永动机是在什么情况下设想的，及对热力学两大定律的理解。第一类永动机是想“创生”能量，违反了能量守恒定律；第二类永动机是想使热机效率η＝1，违反了热力学第二定律(没有违反能量守恒定律)。热力学第一定律是能量守恒定律在内能与其他形式能转换时的具体表达，热力学第二定律指出自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性，它们分别从不同侧面揭示了热现象的本质，是相互独立的。热力学第二定律的两种表述是等效的，故A、C、D正确。
6．(热力学第二定律的应用)(多选)下列说法中正确的是( )
A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行的
B．一切宏观热力学过程都具有方向性
C．制冷系统将冰箱内温度较低的食品的热量传给外界较高温度的空气，这违反了“热量只能从温度较高的物体传到温度较低的物体”的规律
D．电冰箱从箱内温度较低的食品吸收的热量等于冰箱向外界空气释放的热量
答案AB
解析由热力学第二定律知，A、B正确；热量只能自发地从高温物体传向低温物体，但在满足了一定条件后，热量也能够从低温物体传向高温物体—非自发性的传导，C错误；在电冰箱制冷过程中，由于做功效率无法达到100%，所以电冰箱从箱内低温食品吸收的热量小于冰箱向外界释放的热量，D错误。
7．(综合)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( )
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内
能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
答案 B
解析热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体表现，热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，两者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故A、C、D错误，B正确。
B组：等级性水平训练
8．(对热力学第二定律的理解)(多选)关于热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( )
A．热力学第二定律是一个实验定律
B．反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律
C．一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性
D．气体向真空中膨胀的过程具有方向性
答案BCD
解析热力学第二定律是一个统计规律而不是实验定律，A错误；任何宏观自然过程的不可逆性都可以说明热力学第二定律，B正确；与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，C正确；气体向真空中膨胀的过程是不可逆的，D正确。
9．(综合)17世纪70年代，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，其结构如图所示，在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上、下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两小孔的弯曲轨道。维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度可以对外做功。然后又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下……。对于这个设计，下列判断中正确的是( )
A．满足能量守恒定律，所以可行
B．不满足热力学第二定律，所以不可行
C．不满足机械能守恒定律，所以不可行
D．不满足能量守恒定律，所以不可行
答案 D
解析该设计违背了能量守恒定律，故不可行，A、B、C错误，D正确。
10. (热力学第二定律的应用)图中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
答案 C
解析“汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温”说明气体内能不变，因此吸收的热量全部用来做功，但这并不违背热力学第二定律，因为有杆对外做功。C正确。
11．(综合)(多选)如图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，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．电冰箱的制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二定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
答案BC
解析电冰箱能够从低温物体吸收热量，是因为电流做了功，消耗了电能，它不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。故B、C正确，A、D错误。
12．(热力学第二定律的应用)(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
答案BCD
解析热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确。
13．(综合)在研究性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的( )
A．改进热机的生产工艺，总有一天热机的效率可以达到100%
B．发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
答案 D
解析热机的效率在任何条件下都不可能达到100%，A错误；温度不能无限降低，绝对零度不可能达到，B错误；扩散现象具有方向性，逆过程不可能自发进行，C错误；太阳能可以用来发电和进行加热，D正确。
14．(热力学第二定律的应用)下列过程中，可能发生的是( )
A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发溢进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
答案 C
解析根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理手段是可以实现的，故C正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他影响，故A错误；气体膨胀具有方向性，故B错误；扩散现象也有方向性，故D错误。
第十章热力学定律 知识网络： 一、 功、热与内能 ●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。 ●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U 表示。 ●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。 ●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。 二、 热力学第一定律、第二定律 第一定律表述：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作的功的和。表达式u W Q ?=+ 第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。 应用热力学第一定律解题的思路与步骤： 一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。 三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。 四、几种特殊情况： 若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU ，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 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。 若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。
对热力学第一定律的理解： 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 对热力学第二定律的理解: ①在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。 ②热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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。 对能量守恒定律的理解： ③在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。 ④某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 ③某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 三、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为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变 ●第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 ●第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律（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）●熵：是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。 ①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。 ②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少。 ③任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递。 ④一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少。 ●能量耗散：系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用。 四、能源和可持续发展： ●能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。 ●化石能源：人们把煤、石油叫做化石能源。 ●生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体内的太阳能，储存形式是生物分子的化学能。 ●风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，我国新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电。
第2节热力学第一定律 一、改变物体内能的两种方式 1．改变内能的两种方式：做功和热传递。 2．做功：外力对物体做功，可以使物体的内能增加。 3．热传递：没有做功而使物体内能改变的物理过程。 4．做功和热传递对物体内能的改变是等效的，但本质不同。 二、热力学第一定律 1．定义：功、热量跟内能改变之间的定量关系。 2．数学表达式：ΔU＝Q＋W。 1．判断：(1)物体吸收热量，内能一定增大。() (2)物体对外做功，内能一定减小。() (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。() (4)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。() 答案：(1)×(2)×(3)√(4)× 2．思考：运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么？ 提示：“钻木取火”即人对木头做功，使木头的内能增大，温度升高，当温度达到木头的着火点时，木头便开始燃烧，即利用做功的方式改变木头的内能。 1.
内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成。热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程则毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，不能谈到“热量”或“功”。 (1)内能是状态量，热量、功是过程量。 (2)热量、功、内能本质是不同的。 1．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是() A．一定是外界对物体做了20 J的功 B．一定是物体吸收了20 J的热量 C．一定是物体分子动能增加了20 J D．物体分子的平均动能可能不变 解析：选D做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误。 1. (1)对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量。 (2)与热力学第一定律相对应的符号法则：
高中物理-热力学第一定律 如图,一个质量为m 的T 形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体,活塞体积可忽略不计,距气缸底部h 0处连接一U 形细管（管内气体的体积可忽略）。初始时,封闭气体温度为T 0,活塞距离气缸底部1.5h 0,两边水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ,大气压强为p 0,气缸横截面积为S ,活塞竖直部分高为1.2h 0,重力加速度为g 。 （1）通过制冷装置缓慢降低气体温度,当温度为多少时两边水银面恰好相平？ （2）从开始至两水银面恰好相平的过程,若气体放出的热量为Q ,求气体内能的变化。 【参考答案】（1） （2）0.3h 0(p 0S +mg )–Q 【试题解析】（1）初态时,气体压强,体积V 1=1.5h 0S ,温度为T 0 要使两边水银面相平,气缸内气体的压强p 2=p 0,此时活塞下端一定与气缸底接触,V 2=1.2h 0 设此时温度为T ,由理想气体状态方程有 解得 （2）从开始至活塞竖直部分恰与气缸底接触,体积变小,气体压强不变,外界对气体做功,其后体积不变,外界对气体不做功,故外界对气体做的功W =p 1ΔV =()×0.3h 0S 由热力学第一定律有ΔU =W –Q =0.3h 0(p 0S +mg )–Q 【知识补给】 状态变化与内能变化 中学常见的状态变化主要有等温变化、等容变化、等压变化和绝热变化。 000455p ST p S mg +10mg p p S =+11220p V p V T T =000455p ST T p S mg =+0mg p S +
（1）等温变化：理想气体的内能等于分子动能,不变；一般气体的分子间距较大,分子间作用力为引力,体积增大,则分子势能增大,内能增大。 （2）等容变化：理想气体的内能随温度升高而增大；一般气体分子势能不变,温度升高时分子动能增大,内能增大；体积不变则外界对气体不做功,内能变化只与热传递有关。 （3）等压变化：理想气体的内能随温度升高而增大；一般气体温度升高时,分子平均速率增大,压强不变,则分子数密度应减小,即体积增大,分子势能和分子动能都增大,内能增大。（4）绝热变化：与外界无热交换,内能变化只与体积变化,即外界对气体做的功有关；理想气体的体积增大时,内能减小,温度降低,压强减小；一般气体的体积增大时,内能减小,分子势能增大,分子动能减小,温度降低,压强减小。 下列说法正确的是 A．物体的温度升高,物体内所有分子热运动的速率都增大 B．物体的温度升高,物体内分子的平均动能增大 C．物体吸收热量,其内能一定增加 D．物体放出热量,其内能一定减少 如图所示为密闭的气缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的 A．温度升高,内能增加600 J B．温度升高,内能减少200 J C．温度降低,内能增加600 J D．温度降低,内能减少200 J 如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程,D→A为等容过程。
第十章热力学定律 5 热力学第二定律的微观解释 A级抓基础 1．(多选)关于有序和无序宏观态和微观态，下列说法正确的是() A．有序和无序是绝对的 B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态” C．一个“宏观态”只能对应着唯一的“微观态” D．无序意味着各处一样、平均、没有差别 解析：因为无序是各处都一样、平均、没有差别，故D项正确；而有序和无序是相对的，故A项错误；而一个“宏观态”可能对应一个或多个“微观态”，所以B项正确，C项错误． 答案：BD 2．已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是() A．甲比较有序，乙比较无序，甲→乙 B．甲比较无序，乙比较有序，甲→乙 C．甲比较有序，乙比较无序，乙→甲 D．甲比较无序，乙比较有序，乙→甲 解析：一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行，A对，B、C、D错．答案：A
3．(多选)下列关于熵的观点中正确的是() A．熵越大，系统的无序度越大 B．对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小 C．气体向真空扩散时，熵值减小 D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多 解析：熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，选项A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，选项B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，选项C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，选项D正确．答案：ABD 4．(多选)对“覆水难收”的叙述正确的是() A．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序 B．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为无序 C．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序 D．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序 解析：一切自然过程总是从有序转化成无序，因此盆中的水是有序的，泼出去的水是无序的，故选项A、C正确． 答案：AC 5．一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止．系统的熵如何变
随堂练习 一．选择题（共10小题） 1．（2016秋?浦东新区校级期中）下述改变物体内能的方法中，属于做功的是（）A．冷的物体接触热的物体后变热 B．物体在火炉旁被烤热 C．电流通过灯丝使灯丝发热 D．热的物体放在通风地方凉下来 2．（2016秋?浦东新区校级期中）下列例子中通过热传递改变物体内能的是（）A．用锤子锤击金属块后，锤子和金属块都变热 B．灼热的火炉使周围物体的温度升高 C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些 D．摩擦冰块使其熔解 3．（2016秋?浦东新区期中）两个相互接触的物体没有发生热传递，这是因为它们具有相同的（）A．质量B．温度C．内能D．体积 4．（2015?船营区校级学业考试）在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是（）A．电流通过点炉丝使温度生高 B．流星进入大气层运动温度升高 C．铁锤打铁块使铁块温度升高 D．在炉火上的水被烧开 5．（2014春?新疆校级月考）一定质量的0℃的冰，全部变成0℃的水的过程中（）A．分子的平均动能增大，吸收热量，内能不变 B．分子的平均动能减小，放出热量，内能增大 C．分子的平均动能不变，吸收热量，内能增大 D．分子的平均动能不变，放出热量，内能减小 6．（2014秋?南京校级月考）将一杯热水倒入盛有冷水的容器中，冷水的温度升高了10℃，再向容器内倒入一杯相同质量和温度的热水，容器中的水温又升高了6℃．如果继续向容器中倒入一杯同样的热水，则容器中的水温会升高（） A．5℃B．4℃C．3℃D．2℃ 7．（2014?奉贤区二模）关于热现象的描述正确的是（） A．满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发进行 B．做功和热传递都通过能量转化的方式改变系统内能 C．一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 D．物体内单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
热学试题 一选择题： 1．只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离 A．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量 B．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度 C．阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积 D．该气体的质量、体积、和摩尔质量 2．关于布朗运动下列说法正确的是 A．布朗运动是液体分子的运动 B．布朗运动是悬浮微粒分子的运动 C．布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果 D．温度越高，布朗运动越显著 3．铜的摩尔质量为μ（kg/ mol）,密度为ρ（kg/m3），若阿伏加徳罗常数为N A，则下列说法中哪个是错误 ．．的 A．1m3铜所含的原子数目是ρN A/μ B．1kg铜所含的原子数目是ρN A C．一个铜原子的质量是（μ / N A）kg D．一个铜原子占有的体积是（μ / ρN A）m3 4．分子间同时存在引力和斥力，下列说法正确的是 A．固体分子间的引力总是大于斥力 B．气体能充满任何仪器是因为分子间的斥力大于引力 C．分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小 D．分子间的引力随着分子间距离增大而增大，而斥力随着距离增大而减小 5．关于物体内能，下列说法正确的是 A．相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同 B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少 C．一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少 D．一定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定减少 6．质量是18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，在它们的温度都是100℃时A．它们的分子数目相同，分子的平均动能相同 B．它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大 C．它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大 D．它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同 7．有一桶水温度是均匀的，在桶底部水中有一个小气泡缓缓浮至水面，气泡上升过程中逐渐变大，若不计气泡中空气分子的势能变化，则 A．气泡中的空气对外做功，吸收热量 B．气泡中的空气对外做功，放出热量 C．气泡中的空气内能增加，吸收热量 D．气泡中的空气内能不变，放出热量 8．关于气体压强，以下理解不正确的是 A．从宏观上讲，气体的压强就是单位面积的器壁所受压力的大小 B．从微观上讲，气体的压强是大量的气体分子无规则运动不断撞击器壁产生的 C．容器内气体的压强是由气体的重力所产生的 D．压强的国际单位是帕，1Pa＝1N/m2
第一章 热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1．道尔顿分压定律，对理想气体和实际混合气体来说关系式PB=Nb(RT/V)都成立。 2．在两个封闭的容器中，装有同一种理想气体，压力、体积相同，那么温度也相同。 3．物质的温度越高，则热量越多；天气预报：今天很热。其热的概念与热力学相同。 4．恒压过程也就是恒外压过程，恒外压过程也就是恒过程。 5．实际气体在恒温膨胀时所做的功等于所吸收的热。 6．凡是温度升高的过程体系一定吸热；而恒温过程体系不吸热也不放热。 7．当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生变化时， 所有的状态函数的数值也随之发生变化。 8．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力 一定时；系统的体积与系统中水和NaCl 的总量成正比。 9．在101.325kPa 、100℃下有lmol 的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态完全确定。 10．一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完全确定。 11．系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 12．从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q 和W 的值一般不同，Q + W 的值一般也 不相同。 13．因Q P = ΔH ，Q V = ΔU ，所以Q P 与Q V 都是状态函数。 14．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 15．对于一定量的理想气体，当温度一定时热力学能与焓的值一定，其差值也一定。 16．在101.325kPa 下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想 气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 17．1mol ，80.1℃、101.325kPa 的液态苯向真空蒸发为80.1℃、101.325kPa 的气态苯。已 知该过程的焓变为30.87kJ ，所以此过程的Q = 30.87kJ 。 18．1mol 水在l01.325kPa 下由25℃升温至120℃，其ΔH = ∑C P ,m d T 。 19．因焓是温度、压力的函数，即H = f (T ,p )，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于 d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 20．因Q p = ΔH ，Q V = ΔU ，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W 。 21．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 22．一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 23．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。 24．若一个过程是可逆过程，则该过程中的每一步都是可逆的。 25．1mol 理想气体经绝热不可逆过程由p 1、V 1变到p 2、V 2， 则系统所做的功为 V p C C V p V p W =--=γγ，11122。 26．气体经绝热自由膨胀后，因Q = 0，W = 0，所以ΔU = 0，气体温度不变。 27．(?U /?V )T = 0 的气体一定是理想气体。 28．因理想气体的热力学能与体积压力无关，所以(?U /?p )V = 0，(?U /?V )p = 0。 29．若规定温度T 时，处于标准态的稳定态单质的标准摩尔生成焓为零，那么该温度下
｛复习提问｝ 1、什么是热力学第一定律？ 2、什么事准平衡过程和可逆过程？举例描述。 3、系统储存能包括及部分，各是什么，表示符号和表达式是什么？ ｛导入新课｝ 第三节系统与外界传递的能量 上一节课我们学习了系统的总储存能，这一节我们来学你系统与外界传递的能量。 在热力过程中,热力系与外界交换的能量包括三部分，分别是功量、热量和工质通过边界时所携带的能量。下面我们分别来学习这三种能量： 一、热量 1、定义：系统和外界之间仅仅由于温度不同（温差）而通过边界传递的能量称 为热量。符号：Q , 单位为J或kJ 2、单位质量工质与外界交换的热量用q表示,单位为J/kg或kJ/kg 。 微元过程中热力系与外界交换的微小热量用δQ或δq表示。 3、热量为在热传递中物体能量改变的量度,是过程量。其数值大小与过程有关， 所以不是状态参数。 4、热量正负规定: 系统吸热，热量取正值，Q（q）＞0 ；系统放热，热量取 负值，Q（q）＜0 。 5、热量的记算式（推导）： 引入新概念【熵】 熵：指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。有温差便有热量的传递,可用熵的变化量作为热力系与外界间有无热量传递以及热量传递方向的标志。 1、符号: S , 单位为J/K 或kJ/K 。 2、单位质量工质所具有的熵称为比熵, 用s 表示, 单位为J/（kg?K) 或kJ/（kg?K）。 用熵计算热量
在微元可逆过程中，系统与外界传递的热量可表示为： δq =Tds δQ =TdS 在可逆过程1-2中，系统吸收的热量可写为： q =?21Tds Q=?2 1TdS 根据熵的变化判断一个可逆过程中系统与外界之 间热量交换的方向：ds ＞0，δq ＞0，系统吸热； ds ＜0，δq ＜0，系统放热； ds =0，δq =0，系统与外界没有热量交换，是绝热（定熵）过程。 3. 温熵图 (T -s 图) 在可逆过程中单位质量工质与外界交换的热量 q =?21 Tds ， 大小等于T -s 图（温熵图）上过程曲线下的面积，因此温熵图也称示热图。对于分析热力过程和热力循环很有用处。 二、功量 我们知道热量是由于温差的作用使系统与外界发生能量交换，顾名思义，功量是在力差作用下，系统与外界发生的能量交换。 1、功量亦为过程量，不是状态参数。 2、有各种形式的功,如电功、磁功、膨胀功、轴功等。工程热力学主要研究 两种功量形式: ⑴体积变化功，⑵轴功。 ⑴体积变化功——由于热力系体积发生变化（增大或缩小）而通过边 界向外界传递的机械功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。 ①符号: W , 单位为J 或kJ 。 ②1kg 工质传递的体积变化功用符号w 表示，单位为J/kg 或kJ/kg 。 ③正负规定: d v > 0 , w > 0 , 热力系对外作膨胀功； d v < 0 , w < 0 , 热力系对外作压缩功。 ④体积变化功的计算式（推导） 课本图2-4 假设质量为1kg 的气体工质在汽缸中进行一个可逆膨胀过程，缸内气体压力p ，活塞截面积A ，活塞在某一瞬间移动微小位移dx 。则整个热力过程工质对活塞所作功量为 : 1→2为可逆过程 (pdv pAdx w ==δ)
选修3-3热学知识点归纳 一、分子运动论 1. 物质是由大量分子组成的 （1）分子体积 分子体积很小，它的直径数量级是 （2）分子质量 分子质量很小，一般分子质量的数量级是 （3）阿伏伽德罗常数（宏观世界与微观世界的桥梁） 1摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值： 设微观量为：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m ； 宏观量为：物质体积V 、摩尔体积V 1、物质质量M 、摩尔质量μ、物质密度ρ． 分子质量： 分子体积: （对气体，V 0应为气体分子平均占据的空间大小） 分子直径: 球体模型: V d N =3A )2(34π 303 A 6=6=ππV N V d （固体、液体一般用此模型） 立方体模型:30=V d （气体一般用此模型）（对气体，d 理解为相邻分子间的平均距离） 分子的数量．A 1 A 1A A N V V N V M N V N M n ====ρμρμ 2. 分子永不停息地做无规则热运动 （1）分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。 （2）布朗运动 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的 运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。 （3）实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。 因为图中的每一段折线，是每隔30s 时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s 内，小颗粒的运动也是极不规则的。 （4）布朗运动产生的原因 大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。 （5）影响布朗运动激烈程度的因素
第一章热力学第一定律 一、单选题 1) 如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为体系有：( ) A.W =0，Q <0，?U <0 B.W <0，Q<0，?U >0 C.W<0，Q<0，?U >0 D.W<0，Q=0，?U>0 2) 如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气(视为理想气体)，已 知p 右> p 左， 将隔板抽去后: ( ) A.Q＝0, W＝0, ?U＝0 B.Q＝0, W <0, ?U >0 C.Q >0, W <0, ?U >0 D.?U＝0, Q＝W≠0 3）对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的：( ) A. (?U/?T)V＝0 B. (?U/?V)T＝0 C. (?H/?p)T＝0 D. (?U/?p)T＝0 4）凡是在孤立孤体系中进行的变化，其?U和?H的值一定是：( ) A.?U >0, ?H >0 B.?U＝0, ?H＝0 C.?U <0, ?H <0 D.?U＝0，?H大于、小于或等于零不能确定。 5）在实际气体的节流膨胀过程中，哪一组描述是正确的: ( ) A.Q >0, ?H＝0, ?p < 0 B.Q＝0, ?H <0, ?p >0 C.Q＝0, ?H＝0, ?p <0 D.Q <0, ?H＝0, ?p <0 6）如图，叙述不正确的是：( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.?H1表示无限稀释积分溶解热 C.?H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 7）?H＝Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPa B.在0℃、101325Pa下，冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K，101325Pa)可逆变化到(373K，10132.5Pa ) 8) 一定量的理想气体，从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态，终态体积分别为V1、V2。( ) A.V1 < V2 B.V1 = V2 C.V1> V2 D.无法确定 9) 某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行，体系温度由T1升高到T2，则此过程的焓变?H:( )
2016-2017学年高中物理第十章热力学定律过关检测（二）新人教版选修3-3 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2016-2017学年高中物理第十章热力学定律过关检测（二）新人教版选修3-3）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为2016-2017学年高中物理第十章热力学定律过关检测（二）新人教版选修3-3的全部内容。
第十章过关检测(二） （时间：45分钟满分:100分） 一、选择题（本题共8小题,每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~5题只有一个选项符合题目要求，第6～8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分,有选错的得0分） 1。高温物体甲和低温物体乙发生热传递,最后达到热平衡，这个过程的实质是（) A。甲把温度传给乙，最后甲、乙两者温度相等 B.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者内能相等 C.甲把温度传给乙，最后甲、乙两者内能相等 D。甲把内能传给乙,最后甲、乙两者温度相等 解析:宏观上甲的温度降低，乙的温度升高，因而有的同学会错误地认为甲物体向乙物体传递了温度,而实质上是甲将内能传递给了乙，因而选项A、C错误；热传递完成后，最后甲、乙两物体达到热平衡,即两者温度相同，并不是内能相等，选项B错误,而选项D正确。 答案：D 2。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②），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，气体分子只做定向运动 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 解析：理想气体在绝热的条件下，向真空做自由膨胀的过程是一个既与外界没有热交换,又没有对外做功的过程,根据热力学第一定律可以确定气体的内能不变，而理想气体的分子势能为0,即分子动能不变，温度不变. 答案:C 3.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两球吸收的热量一样多 D。不能确定吸收热量的多少
高中物理专题-热力学定律 在绝热气缸中封闭着两部分同种类的气体A和B，中间用绝热活塞隔开，活塞用销钉固定着。开始时两部分气体的体积和温度都相同，气体A的质量大于气体B的质量。撤去销钉后活塞可以自由移动，最后达到平衡。关于B部分气体的内能和压强的大小 A．内能增加，压强不变B．内能不变，压强不变 C．内能增加，压强增大D．内能不变，压强增大 【参考答案】C 【试题解析】因为气体A的质量大于气体B的质量，故开始时气体A的压强大于气体B的压强，撤去销钉后，A气体膨胀对B气体做功，故B气体内能增加，压强增大，选C。 【知识补给】 功和内能 （1）气体做功的特征是气体体积的变化，若气体只有压强的变化而无体积的变化，气体不做功。 （2）做功的对象是实物，故气体向真空膨胀不做功。 （3）理想气体被绝热压缩，则内能增加，温度升高，体积减小，压强一定增大；理想气体绝热膨胀，则内能减少，温度降低，压强一定增大。 如图所示，内壁光滑的绝热气缸竖直立于地面上，绝热活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸中，活塞静止时处于A位置。现将一重物轻轻地放在活塞上，活塞最终静止在B位置。则活塞在B位置时与活塞在A位置时相比较
A．气体的内能可能相同 B．气体的温度一定不同 C．单位体积内的气体分子数不变 D．单位时间内气体分子撞击单位面积气缸壁的次数一定增多 如图所示，绝热气缸固定在水平地面上，气缸内用绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时活塞静止在图示位置现用力使活塞缓慢向右移动一段距离，则在此过程中 A．外界对缸内气体做正功 B．缸内气体的内能不变 C．缸内气体在单位时间内作用于活塞单位面积的冲量增大 D．在单位时间内缸内气体分子与活塞碰撞的次数减少 如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时 A．氢气的温度不变B．氢气的压强减小 C．氢气的体积减小D．氧气的温度升高 绝热气缸的质量为M，绝热活塞的质量为m，活塞与气缸壁之间无摩擦且不漏气，气缸中密封一部分理想气体，最初气缸被销钉固定在足够长的光滑固定斜面上。如图所示，现拔去销钉，让气缸在斜面上自由下滑，当活塞与气缸相对静止时，被封气体与原来气缸静止在斜面上时相比较，下列说法中正确的是 A．气体的压强不变B．气体的内能减小
第十章热力学定律 (本试卷满分100分，考试用时90分钟) 一、选择题(本题共8小题，每小题5分，共40分) 1．根据热力学定律和分子动理论可知，下列说法中正确的是 A．理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热量交换 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．永动机是不可能制成的 D．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体 解析一定质量的理想气体在等温变化时，内能不变，但可以与外界有热量交换，若从外界吸收热量，则吸收的热量等于对外做的功，若外界对气体做功，则外力做的功等于气体向外放出的热量，选项A错误；布朗运动并不是液体分子的运动，而是悬浮微粒的运动，它反映了液体分子的无规则运动，选项B错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，都不可能制成，选项C正确；热量可以由低温物体传到高温物体，但必须在一定外界条件下，选项D错误。 答案 C 2．0 ℃水结成0 ℃的冰，对此过程应用热力学第一定律，以下关系符号的说明正确的是 A．Q＞0，W＞0，ΔU＞0B．Q＞0，W＜0，ΔU＜0 C．Q＜0，W＜0，ΔU＜0 D．Q＜0，W＞0，ΔU＜0 解析对这一过程要注意两点：(1)水结成冰，要放出熔化热。(2)水结成冰，体积要膨胀。据此，则立即可以给出判断。放出熔化热，表示Q＜0。体积膨胀，表示物体对外界做功，W＜0.由ΔU＝Q＋W，C正确。 答案 C 3．如图1所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E p(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零)，现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程
第四讲化学反应进行的方向 子?新课标?高三化学〔人教版〕第一轮复习选修〔4〕单元讲座 第二章化学反应速率和化学平稳 第四讲化学反应进行的方向 复习目标：能用焓变和熵变讲明化学反应的方向。 复习重点、难点：熵判据 科学家依照体系的存在着使体系总能量趋向于，也确实是⊿H 0的趋势，也存在使体系由有序向无序转化〔⊿S 0〕的自然现象，提出了焓判据和熵判据。 一、焓变与自发反应的关系 焓变〔ΔH〕作为判定反应自发性的依据：假设ΔH＜0，＿＿＿能自发进行；假设ΔH ＞0，＿＿＿不能自发进行，而＿＿＿能自发进行。 能自发进行，但当温度升高时却能自发进行。 二、熵变与自发反应的关系 熵指的是，用表示。作为固液气三态的熵值比较大小顺序为。 摸索：为何物质的溶解是自发过程？〔请用熵变来讲明〕〔通过分子扩散自发形成平均混合物。物质溶于水自发地向水中扩散，形成平均的溶液，体系有由有序自发地变为无序的倾向〕。 行。 三、自发反应的判定依据 焓变〔焓判据〕只能判定，熵变〔熵判据〕只能判定。
结论：二者的复合判据才是自以反应的判定标准。二者对反应方向的阻碍存在着关系：⊿H正反应自发进行；⊿H—T⊿S>0 逆反应自发过行。 疑难点拨 焓的概念是依照热力学第一定律引入的，规定在等温等压且不做非体积功的条件下，反应的热效应就等于反应的焓变，关于一定压且不做非体积功条件下的化学反应的热效应也等于产物的是焓值〔末态〕减去反应物的总焓值〔始态〕。在研究各种体系的变化过程时，人们发觉自然界的自发过程一样都朝着能量降低的方向进行。明显，能量越低，体系的状态就越稳固。化学反应一样亦符合上述能量最低原理。的确，专门多放热反应，在298K、标准态下是自发的。例如： 3Fe(s) + 2O2(g)=Fe3O4(s)；△H (298 K)= －1118.4 kJ·mol-1 C(s) + O2(g)=CO2(g)；△H(298 K) =－393.509 kJ·mol-1 CH4(g) + 2O2(g)=CO2(g) + 2H2O(l)；△H(298 K) = －890.36 kJ·mol－1 此有人曾试图以298K、标准态下反应的焓变作为反应自发性的判据。认为在等温等压条件下，当 △H < 0时：化学反应自发进行 △H > 0时：化学反应不能自发进行 然而，实践讲明：有些吸热过程(△H >0)亦能自发进行。例如，水的蒸发，NH4Cl溶于水以及Ag2O的分解等差不多上吸热过程，但在298K、标准态下均能自发进行：NH4Cl(s) = NH4+(aq) + Cl－(aq)；△H (298 K)= 14.7 kJ·mol-1 Ag2O(s) = 2Ag(s) + 1/2O2(g)；△H (298 K)= 31.05 kJ·mol-1 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)；△H (298 K)= 178.32 kJ·mol-1 关于CaCO3的分解反应在298K、标准态下反应是非自发的。但当温度升高到约1123K 时，CaCO3的分解反应就变成自发过程，而现在反应的焓变仍近似等于178.32kJ·mol-1,(温度对焓变阻碍甚小)。由此可见，把焓变作为反应自发性的普遍判据是不准确、不全面的。因为除了反应焓变以外，体系纷乱度的增加和温度的改变，也是许多化学和物理过程自发进行的阻碍因素。 二、如何利用〝△H-T△S〞判定化学反应的自发性 通过教材学习，我们明白反应的自发性不仅与焓变和熵变有关，而且还与温度条件有关。化学反应的方向是焓变和熵变共同阻碍的结果，判定依据为△H-T△S，即依据△H-T△S的值的大小判定。△H-T△S又称自由能，符号△G，△G=△H-T△S，在等温等压下，自由能变化(△G)的正负决定着化学反应进行的方向和程度。而△G又与△H、△S及T紧密相关。关系如下： 现在我们利用△H-T△S对中学化学中的两个咨询题探讨。 关于C还原CuO所发生的反应有以下两种可能情形： 1、假如反应为：2CuO+C=2Cu+CO2↑，直截了当依照各物质的△G运算，那么： 那么△G°1=(-394.4+2×0)-[2×(-127.2)+0]=- △H-T△S= －140.0(kJ)<0 2、假如反应为：CuO+C=Cu+CO↑，依照各物质的△G运算，那么： △G°2=(-137.3+0)-(127.2+0)= △H-T△S =－10.1(kJ)<0
第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A、B两部分。A中气体参数为P A、T A，B为真空。现将隔板抽去，气体作绝热自由膨胀，终压将为P2，试问终了温 度T2是否可用下式计算？为什么? 1 2 2 () k k A A p T T p -= 答：气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程，因此终了温度T2不可用上式计算。 4-2 今有任意两过程a-b，b-c，b、c两点在同一定熵线上，如图所示。试问：Δｕab、Δｕac哪个大？再设b、c 两点在同一条定温线上，结果又如何？ 答：由题可知，因b、c两点在同一定熵 线上T b>T c, ｕb>ｕc. Δｕab>Δｕac。若b、 c两点在同一条定温线上，T b=T c, ｕb=ｕ c. Δｕab=Δｕac。 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上（工质为空气）。
（1）工质又升压、又升温、又放热；（2）工质又膨胀、又降温、又放热； （3）n=1.6的膨胀过程，判 断q，w，Δu的正负； 答：n=1.6的压缩过程在p-v 图和T-s图上表示为1→2 过程。在此过程中q>0, w<0，Δu>0 （4）n=1.3的压缩过程，判断q，w，Δu的正负。
答：n=1.3的压缩过程在p-v图和T-s图上表示为1→2过程。在此过程中q<0，w<0，Δu>0 4-4将p-v图表示的循环，如图所示，表示在T－s图上。图中：2-3，5-1，为定容过程；1-2，4-5为定熵过程；3-4为定压过程。 答：T-s图如图 所示
4-5 以空气为工质进行的某过程中，加热量的一半转变为功，试问过程的多变指数n 为多少？试在p-v 图和T-s 图上画出该过程的大概位置（比热容比可视为定值）。 答：多变过程中，遵循热力学第一定律q u w =?+，由题可知12q u =?，由于v 21()1n -k q c T T n =--，所以() v 21v 21()()21n -k c T T c T T n -=--即： () 121n -k n =-，0.6n = 4-6如果采用了有效的冷却方法后，使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩，这时是否还需要采用多级压缩？为什么？（6分） 答：还需要采用多级压缩，由余隙效率可知， 12111n v p c p λ??????=-- ????????? ，余隙使一部分气缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。因此，当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩。
1．根据热力学定律,下列说法正确的是（） A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．科技的进步可以使内燃机成为单一的热源热机 D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 【答案】AB 【考点】热力学第一定律、热力学第二定律 【解析】在外界帮助的情况下，热量可以从低温物体向高温物体传递，A 对；空调在制冷时，把室内的热量向室外释放，需要消耗电能，同时产生热量，所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，B 对；根据热力学第二定律，可知内燃机不可能成为单一热源的热机，C 错；因为自然界的能量是守恒的，能源的消耗并不会使自然界的总能量减少，D 错。 2．液体与固体具有的相同特点是 (A)都具有确定的形状(B)体积都不易被压缩 (C)物质分子的位置都确定(D)物质分子都在固定位置附近振动 答案：B 解析：液体与固体具有的相同特点是体积都不易被压缩，选项B正确。 3．已知湖水深度为20m，湖底水温为4℃，水面温度为17℃，大气压强为1.0×105Pa。当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的(取g＝10m/s2，ρ＝1.0×103kg/m3) (A)12.8倍(B)8.5倍(C)3.1倍(D)2.1倍 答案：C 解析：湖底压强大约为3个大气压，由气体状态方程，当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的3.1倍，选项C正确。 4. 图6为某同学设计的喷水装置，内部装有2L水，上部密封1atm的空气0.5L，保持阀门关闭，再充入1atm的空气0.1L，设在所有过程中空可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有 A.充气后，密封气体压强增加 B.充气后，密封气体的分子平均动能增加 C.打开阀门后，密封气体对外界做正功 D.打开阀门后，不再充气也能把水喷光 【答案】AB 【考点】热力学第一定律、热力学第二定律 【解析】在外界帮助的情况下，热量可以从低温物体向高温物体传递，A 对；空调在制冷时，把室内的热量向室外释放，需要消耗电能，同时产生热量，所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，B 对；根据热力学第二定律，可知内燃机不可能成为单一热源的热机，C 错；因为自然界的能量是守恒的，能源的消耗并不会使自然界的总能量减少，D 错。 5．A．[选修3-3]（12分）如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。