人教版物理选修3-3：第十章热力学定律

第十章热力学定律知识建构专题应用专题一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。

理解时应注意以下两点：(1)存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是物体热传递过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关。

(2)机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量。

两者没有直接关系，但可以相互转化。

【专题训练1】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．铁锤打铁块，使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快题后反思：由于做功和热传递在改变物体内能上是等效的，所以如果物体内能发生变化，除非事先知道，否则无法断定是通过哪种方式(做功还是热传递)实现的。

专题二热力学第一定律的理解与应用1．表达式：ΔU＝Q＋W。

2．ΔU、Q、W的正负问题凡有利于物体内能增大的，取正号，如内能增加ΔU为正，外界对物体做功W取正号，外界给物体传递热量Q取正号，反之取负号。

3．综合问题要理解内能概念记住影响内能大小的因素，对于气体要抓住体积变化是做功的标志(V变大，对外做功，反之对内做功)，对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志(T升高，内能变大，反之，内能减小)。

【专题训练2】如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。

设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计空气分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小()。

A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小专题三能量守恒定律的应用1．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个物体，在能的转化或转移过程中其总量不变。

能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化。

考题名师诠释【例1】如图2-2-1所示，A、B是两个管状容器，除了管较粗的部分高低不同之外其他一切全同.将此两容器抽成真空，再同时分别插入两个水银池中，当水银柱停止运动时（如图），问两管中水银的温度是否相同？为什么？（设水银与外界没有热交换.）图2-2-1解析：把两真空管A、B开口插入水银池中，在大气压力的作用下，水银将冲入管中，通过水银自身之间、水银与管之间的摩擦，最后水银停止运动，在这个过程中水银的温度升高了.不过要直接从这个动态过程中判断出哪一个管中水银的温度高是困难的，可以换一个角度，以池中和管中的全部水银为研究对象，利用能量转化和守恒规律去判断.在水银进入管中的过程中，大气压力对水银做功，把大气的能量转化为水银的内能和重力势能，在一定的大气压下，静止时，A、B管中水银柱的高度是相同的，也即进入管中的水银体积相同，所以大气压力做功相同.但两装置中水银重力势能的增量不同，所以两者内能的改变也不同，由图可知A管水银的重力势能较小，所以A管中水银的内能增量较多，其温度应略高些.答案：A管内水银温度较高.点评：能量转化和守恒定律是探索未知领域的重要武器，用它来解决问题，只要知道物理过程初末状态的能量和过程中的能量转化情况，而不必考虑过程的变化细节，这使问题的解决过程大大地简化.链接·拓展如图2-2-2所示，A、B两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度，A、B两球用一种特殊的材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显地变大.如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢地升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则（）图2-2-2A.A球吸收的热量较多B.B球吸收的热量较多C.两球吸收的热量一样多D.无法确定答案：B【例2】(2006全国高考Ⅰ，18)下列说法中正确的是（）A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大B.气体的体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加D.分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大解析：气体的压强由温度和体积共同决定，A、B选项都分别从一个因素来讨论气体压强，不知另一个因素的变化，无法确定气体压强的变化，所以选项A、B错误.由热力学第一定律，ΔU=W+Q，气体的内能由做功和吸放热共同决定，C选项只知外界对气体做功，但不知气体是吸热还是放热，无法判断气体的内能，所以选项C错误.当a分子从远处趋近至分子力为零时，是从平衡位置外靠向至平衡位置，分子间作用力为引力，且做正功，分子势能减小，分子动能增加，从平衡位置再向里靠近，分子间作用力为斥力，且做负功，分子势能增加，分子动能减小，所以在平衡位置处分子动能最大，所以选项D正确.答案：D点评：本题涉及了气体压强的微观解释、热力学第一定律和分子间的相互作用力，知识点虽多，但均为基础知识，注重考查了对基础知识的理解和掌握程度.【例3】(2006北京高考，15)如图2-2-3所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换.打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（）图2-2-3A.气体体积膨胀，内能增加B.气体分子势能减少，内能增加C.气体分子势能增加，压强可能不变D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中解析：当阀门K被打开，P中的气体进入Q中，由于Q中为真空，且系统与外界无热交换，所以气体内能不变，选项A、B错误.气体体积增大，温度不变，压强减小，选项C错误.由热力学第二定律可知，Q中气体不可能自发地全部退回到P中，所以D选项正确.答案：D点评：（1）以气体为载体，将热力学第一、二定律及气体状态参量的变化规律有机结合进行分析、推理能力的考查，是近几年高考命题的热点.（2）解读此类问题的思路：一是根据分子动理论或气态方程分析气体的压强、体积、温度的变化情况；二是根据热力学定律分析功、热传递及内能变化情况，其中要明确，当气体体积减小时，外界对气体做功，反之（气体向真空中膨胀除外），气体对外界做功；温度升高，内能增大；温度降低，内能减小.。

------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------第十章热力学定律章末复习课【知识系统】[ 答案填写 ] ①无②Δ＝③p V ④温度差⑤做功⑥Δ ＝⑦ ＋⑧U W U Q W Q不行能⑨自觉的⑩单调? 100% ? 增大? 低质量主题 1热力学第必定律1．做功与热传达的差别与联系．做功和热传达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，但它们的实质不一样．做功是其余形式的能和内能之间的转变，热传达则是物体间内能的转移．2．热力学第必定律．U＝ W＋ Q.正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的重点．(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)U>0，物体的内能增添；U<0，物体的内能减少．剖析题干，确立内能改变的方式( W，Q) →判断W，Q的符号→代入公式U＝ W＋ Q→得出结论：------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------U >0，则内能增添 |U | ；<0，则内能减少 ||.UU【例 1】 (2016 ·全国Ⅱ卷 )( 多项选择 ) 必定量的理想气体从状态 a 开始，经历等温或等压 过程、 bc 、 、da 回到原状态，其- 图象如下图，此中对角线 ac 的延伸线过原点ab cdp TO . 以下判断正确的选项是 ________．A ．气体在 a 、 c 两状态的体积相等B ．气体在状态 a 时的内能大于它在状态c 时的内能C ．在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D ．在过程 da 中气体从外界汲取的热量小于气体对外界做的功E ．在过程 bc 中外界对气体做的功等于在过程 da 中气体对外界做的功分析： 由理想状态方程知 ca 为等容线，体积相等则 A 正确； a 、c 两状态 a 的温度大于c 的温度，则 a 的内能大于 c 的内能故 B 正确；由热力学第必定律 U ＝ W ＋ Q 知， cd 过程温 度不变 ( 内能不变 ) ，则 ＝－ ，故 C 错误；da 过程温度高升内能增大，则汲取的热量大于Q W对外做的功，故 D 错误； bc 过程温度降低量和 da 过程温度的高升量同样则内能的变化量相同，由热力学第必定律知E 正确．答案： ABE针对训练1．(2015 ·重庆卷 ) 某驾驶员发现中正午车胎内的气压高于清早时的，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，那么以下正确的选项是( )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，内能增大分析： 对车胎内的理想气体剖析知，由于是理想气体分子势能以为是0，内能只看分子动能，正午温度高升，分子均匀动能增大故内能增大，体积增大为气体对外做功，应选D.答案： D主题 2热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述：(1) 依据热传达的方向性表述为：热量不可以自觉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) 依据机械能与内能转变的方向性表述为：不行能从单调热库汲取热量，使之完整变成功，而不产生其余影响．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)全部自然过程老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，不论有无生命，全部宏观的自觉过程都拥有单向性，都是不行逆过程．如河水向下游流，重物向着落，房子由新到旧直至坍毁，人要从婴儿到老年直至死亡等．【例 2】( 多项选择 ) 依据热力学定律，以下说法正确的选项是()A．电冰箱的工作过程表示，热量能够从低温物体向高温物体传达B．空调机在制冷过程中，从室内汲取的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步能够使内燃机成为单调的热源热机D．对能源的过分耗费使自然界的能量不停减少，形成“能源危机”分析：在外界帮助的状况下，热量能够从低温物体向高温物体传达， A 对；空调在制冷时，把室内的热量向室外开释，需要耗费电能，同时产生热量，因此向室外放出的热量大于从室内汲取的热量， B 对；依据热力学第二定律，可知内燃机不行能成为单调热源的热机，C 错；由于自然界的能量是守恒的，能源的耗费其实不会使自然界的总能量减少，D 错．答案： AB针对训练2． ( 多项选择 ) 以下对于热现象的描绘正确的选项是()A．据热力学定律，热机的效率不行能达到100%B．做功和热传达都是经过能量转变的方式改变系统内能的C．温度是描绘热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热均衡时两系统温度同样D．物体由大批分子构成，其单个分子的运动是无规则的，大批分子的运动也是无规律的分析：依据热力学第二定律可知，热机的效率不行能达到100%，故 A 正确；做功是通过能量转变的方式改变系统内能的，热传达是经过能量转移的方式改变系统内能的，故 B 错误；依据热力学第二定律，温度是描绘热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度同样，故 C 正确；物体由大批分子构成，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统揽考情金戈铁制卷本章考察多以选择题的形式出现， 主要考察热力学第必定律， 改变内能的门路： 做功和热传达，并联合理想气体状态方程进行考察．对热力学第二定律主要以一个选项的形式出现，主假如热力学第二定律的两种表述及其微观意义．真题例析(2016 ·全国Ⅰ卷 )( 多项选择 ) 对于热力学定律，以下说法正确的选项是__________．A ．气体吸热后温度必定高升B ．对气体做功能够改变其内能C ．理想气体等压膨胀过程必定放热D ．热量不行能自觉地从低温物体传到高温物体E ．假如两个系统分别与状态确立的第三个系统达到热均衡，那么这两个系统相互之间也必然达到热均衡分析： 气体内能的改变U ＝Q ＋ W ，故对气体做功可改变气体内能， B 选项正确；气体 吸热为 Q ，但不确立外界做功 W 的状况，故不可以确立气体温度变化， A 选项错误；理想气体等压膨胀， W<0，由理想气体状态方程pV p 不变， V 增大，气体温度高升，内能增大，＝ ，TC由 U ＝ Q ＋W ，气体过程中必定吸热， C 选项错误；由热力学第二定律， D 选项正确；依据均衡性质， E 选项正确．答案： BDE针对训练( 多项选择 ) 必定量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程 、 、 回到原状态， 其p-Tab bc ca 图象如下图，以下判断正确的选项是 ()A ．过程 ab 中气体必定吸热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 分子的均匀动能最小E ． b 和 c 两个状态中，容器壁单位面积单位时间内遇到气体分子撞击的次数不一样分析： 在 ab 段体积不变则W ＝ 0，但温度高升物体内能增大即U>0，由热力学第必定律U ＝ W ＋Q ，则吸热，故 A 正确．过程 bc 中温度不变则内能不变即 U ＝ 0，但体积增大，气体对外做功 W<0，由热力学第必定律U ＝ W ＋ Q ， Q >0 故吸热则 B 错．过程 ca 中温度减小即 U <0，体积减小外界对气体做功， 由热力学第必定律U ＝ W ＋ Q ，二者不会相等， 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，故分子的均匀动能最小，则 D------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------正确． b 和 c 两个状态中温度同样分子均匀动能相等，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： ADE1. 如图，必定质量的理想气体， 由状态 a 经过 ab 过程抵达状态 b 或许经过 ac 过程抵达状态 . 设气体在状态 b 和状态 c 的温度分别为 T 和 T ，在过程 ab 和 ac 中汲取的热量分别b c为Q 和Q ，则()abacA ． T b >T c ，Q ab >Q acB ． T b >T c ， Q ab<Q ac C ．T ＝T ，Q >QD ．T ＝T ，Q <Qbcabacbc ab ac2 0p 02 0分析： 由理想气体状态方程在 p VVbcbc 两点： T c＝T b ，则 T ＝ T ，过程 ab 和过程 ac 内 能的增量同样且U >0. 过程 ab 体积增大则对外做功， 即 W <0，由热力学第必定律 U ＝W ＋ Q ， 则汲取的热量 Q ＝ U ＋| W | ，过程 ac 体积不变 W ＝0，则 U ＝Q ，则 C 正确．abac答案： C2.(2016 ·海南卷 )( 多项选择 ) 必定量的理想气体从状态 M 能够经历过程 1 或许过程 2 抵达状态 N ，其 p-V 图象如下图．在过程1 中，气体一直与外界无热量互换；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，以下说法正确的选项是 _______．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 中向来对外放热D ．气体在过程 2 中向来对外做功E ．气体经历过程 1 的内能改变量与经历过程2 的同样分析： 气体经历过程 1，压强减小体积变大，膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，pV选项 A 、 B 正确；气体在过程 2 中，依据理想气体状态方程T ＝ C ，刚开始时气体体积不变，金戈铁制卷-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------压强减小，则温度降低，对外放热；而后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，温度高升吸热，故 C、D 错误；不论是经过过程 1 仍是经过过程2，初、末状态同样，故内能改变量相同，选项 E 正确．答案： ABE3． (2016 ·全国Ⅲ卷 )( 多项选择 ) 对于气体的内能，以下说法正确的选项是________．A．质量和温度都同样的气体，内能必定同样B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．必定量的某种理想气体的内能只与温度相关E．必定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能必定增添分析：温度同样，分子均匀动能同样，质量固然同样但两种气体分子个数不必定同样，则内能不必定同样，故A、 B 错误；理想气体的内能只与温度相关，等压膨胀温度必高升，故 D、 E 正确；由热力学第必定律知，外界对气体做功但可能放热故内能可能不变，则 C 正确．答案： CDE4.( 多项选择）如下图，内壁圆滑、导热优秀的气缸顶用活塞封闭有必定质量的理想气体. 当环境温度高升时，缸内气体(）A. 内能增添B. 对外做功C. 压强增大D. 分子间的引力和斥力都增大mg分析：对活塞： p＝ p0＋S知：压强不变；由等压变化规律：温度高升体积增大，体积增大则对外做功；导热优秀则温度与环境温度同样，增大，内能增大；对理想气体不考虑分子间的互相作使劲. 应选 AB.答案： AB5．压缩过程中，两个阀门均封闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量互换，内能增添了 3.4 × 104 J，则该气体的分子均匀动能________( 填“增添”“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.金戈铁制卷-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------分析：无热互换即Q＝0，内能增添了 3. 4 × 104 J ，由热力学第必定律知外界对气体做功：U＝ W.对理想气体不考虑分子势能，内能增添则分子均匀动能增添．答案：增添等于金戈铁制卷。

第1、2节功和内能热和内能1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过程。

2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。

3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。

4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。

5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。

一、焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。

2．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。

(2)通过电流的热效应给水加热。

3．实验结论要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。

二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。

(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。

2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。

(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。

三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。

(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。

(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。

(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

(3)单纯的传热过程中内能的变化。

①公式：ΔU＝Q。

②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。

1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。

(×)(2)内能大的物体含有的热量多。

(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。

(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。

(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。