2018年高考物理复习第3节 热力学定律

第3节热力学定律(1)做功和热传递的实质是相同的。

(×)(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J ，气体的内能一定减少。

(×)(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。

(√)(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。

(√)(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。

(×)(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。

(√)(7)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。

(×)突破点(一) 热力学第一定律1．改变内能的两种方式的比较4(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解析：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p -V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的相同解析：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＝C，则开小，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pVT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[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[方法规律]4个常见的宏观热现象方向性实例(1)高温物体热量Q能自发传递热量Q不能自发传递低温物体。

(2)功能独立全转化为不能独立地完全转化为热量。

(3)气体体积V1能自发膨胀不能自发压缩气体体积V2(V2＞V1)。

(4)不同气体A和B能自发混合不能自发分离混合气体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解析：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解析：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．绝对零度不可达到解析：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9 cm ，活塞横截面积S ＝50 cm 2。

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22 J ，稳定后气体温度变为127 ℃。

已知大气压强等于105 Pa ，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L 1S ，温度为：T 1＝(273＋27) K ＝300 K ，末状态的体积为：L 2S ，温度为：T 2＝(273＋127)K ＝400 K气体做等压变化，则：L 1S T 1＝L 2S T 2代入数据得：L 2＝12 cm 。

(2)在该过程中，气体对外做功：W ＝F ·ΔL ＝p 0S (L 2－L 1)＝105×50×10－4×(12－9)×10－2 J ＝15 J ，由热力学第一定律：ΔU ＝Q －W ＝22 J －15 J ＝7 J 。

[答案] (1)12 cm (2)7 J[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。

[集训冲关]1.(多选)(2017·超级全能生26省联考)如图所示，p -V 坐标系中每个方格的边长均相等，在p -V 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解析：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，应是一条双曲线(上半支)，直线段AB 明显不符，故A 错误；pV ＝CT ，C 为恒量，pV 越大，T 越高。

状态在(2,2)处温度最高。

在状态A 和B ，pV 乘积相等，所以温度先升高，后又减小到初始温度；气体的内能先增加某一值，再减少同样的值，故B 正确；气体膨胀就会对外界做功，整个过程中气体初末温度相等，所以整个过程内能变化为0。

根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，由于气体的内能增加，ΔU ＝0，由于气体膨胀对外做功，W <0，所以Q >0，即气体一定吸收热量，故C 正确；气体的体积在不断增大，质量一定，所以气体的密度在不断减小，故D 正确。

2．(2017·大庆一模)如图所示，一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ，再由B 变化到C 。

已知状态A 的温度为300 K 。

(1)求气体在状态B 的温度；(2)由状态B 变化到状态C 的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由。

解析：(1)由理想气体的状态方程p A V A T A ＝p B V B T B解得气体在状态B 的温度T B ＝1 200 K 。

(2)由B →C ，气体做等容变化，由查理定律得：p B T B ＝p C T C解得T C ＝600 K故气体由B 到C 为等容变化，不做功，但温度降低，内能减小。