高中物理 第三章 热力学基础章末复习课学案 粤教版选修33

6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 第三章第三章 热力学基础热力学基础 章末复习课 知识体系 热力学基础内能功和内能：在绝热情况下，功是 变化的量度热和内能：只有热传递时， 是内能变化的量度做功和热传递在改变物体的内能上是 的热力学第一定律表达式：U 能量守恒定律：不会凭空 ，也不会凭空消失，只能 和 ，总量 第一类永动机不能制成，违背了 定律热力学第二定律克劳修斯表述：热量不能自动地从 物体传到 物体开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做 ， 而不引起其他变化微观解释：与热现象有关的自发的宏观过程总是朝着分子热运动无序性 的方向进行熵：描述物体的 第二类永动机不能制成，违背了热力学 定律能源与可持续发展能源与环境能量降退与节约能源 主题 1 热力学第一定律 1做功和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 特别提醒 (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 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 (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 2热力学第一定律 热力学第一定律揭示了内能的增量(U)与外界对物体做功(W)和物体从外界吸热(Q)之间的关系，即UWQ，正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的保证 (1)外界对物体做功，W0；物体对外做功，WO；物体放出热量，QO，物体的内能增加；U0，物体的内能减少 特别提醒 分析题干，确定内能改变的手段(W、Q)判断W、Q的符号代入公式UWQ得出结论U0，则内能增加|U|；U0，则内能减少|U|. 【典例 1】 (2016全国卷)(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其pT图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是_ 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中气体从外界吸收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 解析：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b的温度，则a的内能大于b的内能，故 B 正确；由热力学第一定律UWQ知，cd过程温度不变(内能不变)则QW，故 C 错误；da过程温度升高内能增大，则吸收的热量大于对外做的功，故 D 错误；bc过程温度降低量和da过程温度的升高量相同则内能的变化量相同，由热力学第一定律知 E 正确 答案：ABE 针对训练 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，那么下列说法正确的是( ) 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 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 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，胎内气体对外做功，故选 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)热传导具有方向性：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体 (2)机械能与内能转化的方向性：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响 2热力学第二定律的微观解释 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， 即在任何自然过程中， 一个孤立系统的总熵不会减少 应用时应注意把握“方向性”和“熵增加原理”来正确分析和判定 第一类“永动机”： 是指设想中的既不消耗能量又能源源不断地对外做功的机器 它违背了能量转化和守恒定律，因此，不可能实现 第二类“永动机”：是指设想中的效率达到 100%的热机第二类永动机虽没有违背能量转化和守恒定律，但违背了热力学第二定律，因此也是不可能实现的 3分析问题的方法 (1)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，但这些不同形式的表述都是等价的 (2)自然过程：自然过程是指没有外来干扰自然进行的过程 (3)热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，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，因而产生其他影响或引起其他变化 (4)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 (5)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，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，自发地在地面上重新运动起来 (6)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从容器中流出，容器内变为真空 【典例 2】 (多选)下列说法中正确的是( ) 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 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 B热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体 C机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械功 D机械功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为机械功 解析： 由热传递产生的条件可知热量能够自发地从高温物体传到低温物体， 当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸收热量传到高温物体，但不是自发的，所以 A 错误，B正确；运动物体克服摩擦力做功，最终停止，这个过程机械功全转化为热量在温度不变的膨胀过程中，系统吸热全用于对外做功，所以 C 错误，D 正确 答案：BD 针对训练 2(多选)下列说法中正确的是( ) A一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可能实现的 C由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D一切物理过程都不可能自发地进行 解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A 对。第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现，B 错由热力学第二定律的实质知 C 对在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，D 错 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 (2016全国卷)(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是_ A气体吸热后温度一定升高 B对气体做功可以改变其内能 C理想气体等压膨胀过程一定放热 D热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 解析：气体内能的改变UQW，故对气体做功可改变气体内能，B 选项正确；气体6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，故不能确定气体温度变化，A 选项错误；理想气体等压膨胀，W0，由热力学第一定律UWQ，则吸热，故 A 正确过程bc中温度不变则内能不变即U0，但体积增大，气体对外做功W0，故吸热，则 B 错过程ca中温度减小即UTc，QabQac BTbTc，QabQac DTbTc，Qab0.过程ab体积增大则对外做功， 即W0， 由热力学第一定律UWQ，则吸收的热量QabU|W|，过程ac体积不变W0，则UQac，则 C 正确 答案：C 2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：B 3(2016全国卷)(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是_ A质量和温度都相同的气体，内能一定相同 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一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 解析：温度相同，分子平均动能相同，质量虽然相同但两种气体分子个数不一定相同，则内能不一定相同，故 A、B 错误；理想气体的内能只与温度有关，等压膨胀温度必升高，故 D、E 正确；由热力学第一定律知，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：CDE 4如图，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( ) 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 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：pp0mgS，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：B 5(2017全国卷)(多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积假设整个系统不漏气下列说法正确的是( ) A气体自发扩散前后内能相同 B气体在被压缩的过程中内能增大 C在自发扩散过程中，气体对外界做功 D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 解析：气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，选项 A 正确，C 错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，选项 BD 正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项 E 错误；故选 ABD. 答案：ABD 6(2017全国卷)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b， 再经过等温过程bc到达状态c， 最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是( ) A在过程ab中气体的内能增加 B在过程ca中外界对气体做功 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 6 E D B C 3 1 9 1 F 2 3 5 1 D D 8 1 5 F F 3 3 D 4 4 3 5 F 3 7 5 C在过程ab中气体对外界做功 D在过程bc中气体从外界吸收热量 E在过程ca中气体从外界吸收热量 解析：在过程ab中，体积不变，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，压强增大，温度升高，内能增加，故 A 正确、B、C 错误；在过程ca中，气体的体积缩小，外界对气体做功，故 B 正确；在过程bc中，温度不变，内能不变，体积增加，气体对外界做功由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故 D 正确在过程ca中，压强不变，体积变小，温度降低，故内能变小，而外界对气体做功，气体要向外界放出热量，故 E 错误 答案：ABD