高中物理选修3-3检测：第十章热力学定律 章末复习课

高中物理学习材料金戈铁骑整理制作章末复习课【知识体系】[答案填写]①无②ΔU＝W③pΔV④温度差⑤做功⑥ΔU＝Q⑦W＋Q⑧不可能⑨自发的⑩单一⑪100%⑫增大⑬低品质主题1热力学第一定律1．做功与热传递的区别与联系．做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不同．做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的转移．2．热力学第一定律．ΔU ＝W ＋Q .正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的关键．(1)外界对物体做功，W >0；物体对外做功，W <0；(2)物体从外界吸热，Q >0；物体放出热量，Q <0；(3)ΔU >0，物体的内能增加；ΔU <0，物体的内能减少．分析题干，确定内能改变的方式(W ，Q )→判断W ，Q 的符号→代入公式ΔU ＝W ＋Q →得出结论：⎩⎪⎨⎪⎧ΔU >0，则内能增加|ΔU |；ΔU <0，则内能减少|ΔU |. 【例1】 某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么下列正确的是( )A ．外界对胎内气体做功，气体内能减小B ．外界对胎内气体做功，气体内能增大C ．胎内气体对外界做功，内能减小D ．胎内气体对外界做功，内能增大解析：对车胎内的理想气体分析知，因为是理想气体分子势能认为是0，内能只看分子动能，中午温度升高，分子平均动能增大故内能增大，体积增大为气体对外做功，故选D.答案：D针对训练1．下列说法正确的是( )A．液体中悬浮颗粒的无规则运动称为布朗运动B．液体分子的无规则运动称为布朗运动C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加D．物体对外界做功，其内能一定减少解析：布朗运动是液体中悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，故A对、B错；改变物体内能的途径有做功和热传递，物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能也不一定减少，故C、D均错．答案：A主题2热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述：(1)按照热传递的方向性表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这是热力学第二定律的克劳修斯表述．(2)按照机械能与内能转化的方向性表述为：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．这是热力学第二定律的开尔文表述．2．热力学第二定律的微观意义：(1)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．(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．3．在整个自然界中，无论有无生命，所有宏观的自发过程都具有单向性，都是不可逆过程．如河水向下游流，重物向下落，房屋由新到旧直至倒塌，人要从婴儿到老年直至死亡等．【例2】(多选)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”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．答案：AB针对训练2．(多选)下列关于热现象的描述正确的是()A．据热力学定律，热机的效率不可能达到100%B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D．物体由大量分子组成，其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解析：根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，故A正确；做功是通过能量转化的方式改变系统内能的，热传递是通过能量转移的方式改变系统内能的，故B错误；根据热力学第二定律，温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，故C正确；物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动是有规律的，故D错误．答案：AC统揽考情本章考查多以选择题的形式出现，主要考查热力学第一定律，改变内能的途径：做功和热传递，并结合理想气体状态方程进行考查．对热力学第二定律主要以一个选项的形式出现，主要是热力学第二定律的两种表述及其微观意义．真题例析(2014·课标全国Ⅰ卷)(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图象如图所示，下列判断正确的是()A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同解析：在ab段体积不变则W＝0，但温度升高物体内能增大即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸热，故A正确．过程bc中温度不变则内能不变即ΔU＝0，但体积增大，气体对外做功W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q>0故吸热则B错．过程ca 中温度减小即ΔU<0，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，两者不会相等，放出的热量多故C错．a、b和c三个状态中，状态a的温度最小，故分子的平均动能最小，则D正确．b 和c两个状态中温度相同分子平均动能相等，但体积增大分子密集程度变小造成撞击次数减小，故E正确．答案：ADE针对训练(多选)关于一定量的气体，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：气体的分子间距很大，故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，A正确；温度越高，分子的热运动越剧烈，温度降低，分子的热运动剧烈程度降低，B正确；在完全失重的情况下，气体分子仍在做无规则运动，对容器壁的压强一定不为零，C错误；气体从外界吸收热量的同时，有可能对外做功，其内能不一定增加，D错误；由理想气体状态方程pVT＝k可知，等压膨胀过程中的温度一定升高，E正确．答案：ABE1.如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b 或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为T b和T c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则()A．T b>T c，Q ab>Q ac B．T b>T c，Q ab<Q acC．T b＝T c，Q ab>Q ac D．T b＝T c，Q ab<Q ac解析：由理想气体状态方程在bc两点：2p0V0T c＝p02V0T b，则T b＝T c，过程ab和过程ac内能的增量相同且ΔU>0.过程ab体积增大则对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸收的热量Q ab＝ΔU＋|W|，过程ac体积不变W＝0，则ΔU＝Q ac，则C正确．答案：C2．某未密闭房间内的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时()A．室内空气的压强比室外的小B．室内空气分子的平均动能比室外的大C．室内空气的密度比室外的大D．室内空气对室外空气做了负功解析：由于房间是未密封的，它与外界是相通的，故室内的空气压强与室外的空气压强相等，A错误；由于室内的空气温度高于室外的空气温度，而温度是分子平均动能的标志，故室内空气分子的平均动能比室外的大，B正确；室内空气的密度小于室外空气的密度，C 错误；室内的空气会向室外膨胀，所以室内的空气对室外空气做正功，D 错误．答案：B3．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，外界对其做功解析：不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小．塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功．再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D 正确．答案：D4.如图所示，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体( )A ．内能增加B ．对外做功C ．压强增大D ．分子间的引力和斥力都增大解析：对活塞：p ＝p 0＋mg S知：压强不变；由等压变化规律：温度升高体积增大，体积增大则对外做功；导热良好则温度不变，内能便不变；对理想气体不考虑分子间的相互作用力．故选B.答案：B5．压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104 J，则该气体的分子平均动能________(填“增加”“减少”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104 J.解析：无热交换即Q＝0，内能增加了3. 4×104J，由热力学第一定律知外界对气体做功：ΔU＝W.对理想气体不考虑分子势能，内能增加则分子平均动能增加．答案：增加 3.4×104 J。

热力学定律[体系构建][核心速填］1．内能（1）功和内能:在绝热情况下,功是能量变化的量度．（2)热和内能:只有热传递时,热量是内能变化的量度．(3）做功和热传递在改变物体的内能上呈等效的．2．热力学第一定律(1）内容：一个热力学系统的内能增量等于功W和传递的热量Q的总和．(2）表达式：ΔU＝Q＋W.(3)能量守恒定律：不创生,不消失，只能转化和转移，总量不变．（4)第一类永动机不能制成，违背了能量守恒定律．3．热力学第二定律（1）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．（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．（3)微观解释：一切自发过程总是沿分子热运动无序性增大的方向进行．（4）熵增加原理:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少．(5)第二类永动机不能制成,违背了热力学第二定律．4．能源与可持续发展（1)能量耗散:一切能量最终要转化成不可回收的能量．（2)环境污染:温室效应，酸雨，光化学烟雾．(3）开发新能源：太阳能，生物质能，风能，水能等．热力学第一定律及其应用12．注意各物理量符号和理想气体的特点（1)各物理量符合的意义物理量ΔU W Q大于零物体的内能增加外界对物体做功物体吸热小于零物体的内能减少物体对外界做功物体放热等于零物体内能不变物体对外界(或外界对物体)不做功物体与外界绝热①只有绝热过程Q＝0,ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．②只有在气体体积不变时,W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化．③若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反．大小相等,因此判断内能变化问题一定要全面考虑．④对于气体，做功W的正负一般要看气体体积变化，气体体积缩小，W〉0;气体体积增大，W<0.【例1】(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（）A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大C．若气体温度升高1 K，其等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量D．在完全失重状态下，气体的压强为零E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大ACE ［一定质量的理想气体的内能与温度有关，若气体的压强和体积都不变，则温度不变，其内能也一定不变,A正确；由错误!＝C知，气体的温度不断升高,压强不一定增大，B错误；根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W，气体温度升高1 K，ΔU相同，等容过程W＝0，等压过程，体积增大，则W<0，故等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量，C正确；气体的压强是由于分子频繁撞击器壁而产生的，与是否失重无关，D错误;温度升高,理想气体的内能一定增大，E正确．］［一语通关］(1）对于气体要抓住体积V变化是做功的标志(气体自由膨胀除外，一般情况下，V变大,对外做功，W＜0，反之，对内做功，W＞0)．（2）对于理想气体要抓住温度T变化是内能变化的标志（T升高，内能增加ΔU＞0，反之，内能减少ΔU＜0)．1．在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程:第一种变化是从状态A到状态B，外界对该气体做功为6 J；第二种变化是从状态A到状态C，该气体从外界吸收的热量为9 J．图线AC的反向延长线过坐标原点O，B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零．求：（1)从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W1和其内能的增量ΔU1；（2）从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.[解析] (1）由题意知从状态A到状态C的过程，气体发生等容变化该气体对外界做的功W1＝0根据热力学第一定律有：ΔU1＝W1＋Q1内能的增量ΔU1＝Q1＝9 J.（2）从状态A到状态B的过程，体积减小，温度升高该气体内能的增量ΔU2＝ΔU1＝9 J根据热力学第一定律有ΔU2＝W2＋Q2从外界吸收的热量Q2＝ΔU2－W2＝3 J.［答案] (1）0 9 J （2)9 J 3 J热力学第二定律及其应用1（1）热传递具有方向性两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量,必须借助外界的帮助，来产生其他影响或引起其他变化．(2）气体的扩散现象具有方向性两种不同的气体可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．（3）机械能和内能的转化过程具有方向性物体在水平面上运动,因摩擦而逐渐停下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后,在地面上重新运动起来．（4）气体向真空膨胀具有方向性气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回，使容器变为真空．2．深刻理解热力学第二定律的内涵掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质,即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述．本章对热力学第二定律的表述很多，这些不同形式的表述都是等价的．【例2】（多选）下列说法正确的是( ）A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律B．空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多C．自发的热传导是不可逆的D．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其它影响E．气体向真空膨胀具有方向性BCE ［有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量,A错误,B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其它影响,这违背了热力学第二定律,D错误，C正确；气体可自发地向真空容器膨胀，E正确．］［一语通关]（1)自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,都是不可逆的．(2)理解的关键是“自发”和“不引起其他变化"．2．（多选）地球上有很多的海水,它的总质量约为1。

章末综合检测(第十章)时间:60分钟满分:100分一、选择题(本题共14小题,1～10题为单项选择题,11～14题为多项选择题,每小题4分,共56分．)1．热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程( )A．有的只遵守热力学第一定律B．有的只遵守热力学第二定律C．有的既不遵守热力学第一定律,也不遵守热力学第二定律D．所有的都遵守热力学第一、第二定律2．一个带活塞的汽缸内盛有一定量的气体,若此气体的温度随其内能的增大而升高,则( )A．将热量传给气体,其温度必升高B．压缩气体,其温度必升高C．压缩气体,同时气体向外界放热,其温度必不变D．压缩气体,同时将热量传给气体,其温度必升高3．下列说法正确的是( )A．对某物体做功,必定会使该物体的内能增加B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律,但它是制造不出来的C．电流的能不可能全部转化为内能D．热量不可能从低温物体传到高温物体4．在给自行车轮胎打气时,会发现胎内空气温度升高,这是因为( )A．胎内气体压强不断增大,而容积不变B．轮胎从外界吸热C．外界空气温度本来就高于胎内气体温度D．打气时,外界不断地对胎内气体做功5．下列有关焦耳及焦耳实验的说法正确的是( )A．焦耳是法国物理学家,他的主要贡献是焦耳定律及热功当量B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替C．焦耳实验的研究对象是容器中的水D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度,实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同,但做功必须相同6．如图所示,直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分体积相等的气体,A的密度小,B 的密度较大,抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸收的热量为Q,气体内能增量为ΔU,则( )A．ΔU＝Q B．ΔU＜QC．ΔU＞Q D．无法比较7．下列关于物体内能变化的说法,正确的是( )A．一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变B．一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加C．一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加D．一定质量的物体在体积保持不变的过程中,内能一定不变8．如图所示,用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分,甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气,在达到平衡时,它们的温度必相等,若分子势能可忽略,则甲、乙中( )A．气体的压强相等B．气体分子的平均动能相等C．气体的内能相等D．气体分子的平均速率相等9．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气,打开筒的开关,筒内高压空气迅速向外溢出,待筒内外压强相等时,立即关闭开关．在外界保持恒温的条件下,经过一段较长的时间后,再次打开开关,这时出现的现象是( )A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外C．筒内外有空气交换,处于动平衡状态,筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换10．在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体,光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止．在这一过程中,密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是( )A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋WB．ΔU＝W ,W＝Mgh＋mgΔhC．ΔU＝W,W<Mgh＋mgΔhD．ΔU≠W ,W＝Mgh＋mgΔh11．在下述现象中,没有做功而使物体内能改变的是( )A．电流通过电炉而使温度升高B．在阳光照射下,水的温度升高C．锤打铁块,使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰,室内温度会降低12．我国航天员漫步太空已成为现实,已知飞船在航天员出舱前先要“减压”,在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”,因此将此设施专门做成了飞船的一个舱,叫“气闸舱”,其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体,气闸舱B内为真空,整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后,A中的气体进入B中,最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体,则此过程( )A．气体体积膨胀,对外做功B．气体分子势能减少,内能增加C．气体体积变大,温度不变D．B中气体不可能自发地全部退回到A中13．某同学做了如下实验:先把空烧瓶放入冰箱冷冻,取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上,再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里,气球膨胀起来,如图所示,与烧瓶放进热水前相比,放进热水后密闭气体的( )A．内能减小B．分子平均动能增大C．分子对烧瓶底的平均作用力变大D．体积是所有气体分子的体积之和14．如图所示,一定质量的理想气体,从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A,则( )A．A→B过程气体降温B．B→C过程气体内能增加,可能外界对气体做了功C．C→A过程气体放热D．全部过程气体做功为零二、非选择题(本题共4个小题,共44分)15．(8分)如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置,开始时被封闭的气体的长度为32 cm,某同学用力向下压缩气体,使封闭气体的长度变为12 cm,该同学对活塞做90 J的功,大气压强为p＝1×105 Pa,活塞的横截面积S＝10 cm2,不计活塞的重力和摩擦,若以适当的速度压缩气体,在此过程中向外散热20 J,求气体内能变化了多少？16．(10分)爆米花酥脆可口、老少皆宜,是许多人喜爱的休闲零食,如图为高压爆米花的装置原理图,玉米在铁质的密闭容器内被加热,封闭气体被加热成高温高压气体,当打开容器盖后,“嘭”的一声气体迅速膨胀,压强急剧减小,玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27 ℃,大气压为p0,已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析:(1)容器内的气体看做理想气体,求容器内气体的温度．(2)假定在一次打开的过程中,容器内气体膨胀对外界做功15 kJ,并向外释放了20 kJ 的热量,容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？17.(12分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p­ V图象,当该系统从状态a 沿过程a→c→b到达状态b时,有335 J的热量传入系统,系统对外界做功126 J,求:(1)若沿a→d→b过程,系统对外做功42 J,则有多少热量传入系统？(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时,外界对系统做功84 J,问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？18．(14分)如图所示,长为50 cm、内壁光滑的汽缸固定在水平面上,汽缸内用横截面积为100 cm2的活塞封闭有压强为1.0×105 Pa、温度为27 ℃的理想气体,开始时活塞位于距左侧缸底30 cm处．现对封闭的理想气体加热,使活塞缓慢向右移动．(已知大气压强为1.0×105 Pa)(1)试计算当温度升高到327 ℃时,缸内封闭气体的压强．(2)若在此过程中封闭气体共吸收了700 J的热量,试计算气体增加的内能．章末综合检测(第十章)1．解析:热力学第一、第二定律是热力学的基本定律,对所有涉及热现象的宏观过程都成立．选项D正确．答案:D2．解析:由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知,当压缩气体,同时将热量传给气体,其内能增加,温度必升高,D正确；若压缩气体的同时向外界放热,内能增加或减少的情况无法确定,温度变化也无法确定,C错误；而A、B只是考虑了或W或Q的一个方面而忽略了另一方面,故不正确．答案:D3．解析:由ΔU＝W＋Q可知,A错误；第二类永动机违背了热力学第二定律,所以制造不出来,B正确；电流通过纯电阻电路可使电能全部转化为内能,C错误；在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体,D错误．答案:B4．解析:给自行车轮胎打气,人对胎内气体做功,气体内能增加,所以温度升高．答案:D11。