1、第三讲 热力学定律1判断正误(1)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的( )(2)功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程( )(3)空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性( )(4)不断改进工艺，热机的效率可能达到 100%.( )(5)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律( )答案：(1) (2) (3) (4) (5)2一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7010 4 J，气体内能减少1310 5 J，则此过程 ( )A气体从外界吸收热量 2.0105 JB气体向外界放出热量 2.0105 JC气体从外界吸收热量 6.0
2、104 JD气体向外界放出热量 6.0104 J答案：B3木箱静止于水平地面上，现在用一个 80 N 的水平推力推动木箱前进 10 m，木箱受到的摩擦力为 60 N，则转化为木箱与地面系统的内能 U 和转化为木箱的动能 Ek 分别是( )AU200 J，E k600 JBU600 J ，E k200 JCU600 J ，E k800 JDU800 J，E k200 J答案：B4(人教版选修 33P 61 第 2 题改编)(多选)下列现象中能够发生的是( )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
3、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考点一 热力学第一定律与能量守恒定律1对公式 UQW 符号的规定符号 W Q U 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少2三种特殊情况若过程是绝热的，则 Q0 ，W U ，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 W0 ，则 QU ，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 U0，则 WQ0 或 WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量1(2015北京卷)下列说法正确的是 ( )A物体放出热量，其内能一定减小B物体对外做功，其内能一定减小C物体吸收热
4、量，同时对外做功，其内能可能增加D物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选 C 根据热力学第一定律 UW Q 可知，若外界对物体做功，物体放出热量，内能可能增加，选项 A 错误；物体对外界做功，若同时吸收热量，内能可能增加，选项 B 错误，C 正确；物体放出热量，同时对外做功，其内能一定减小，选项 D 错误2(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：选 C
5、DE 物体内大量分子做无规则运动具有的动能和分子势能的总和叫内能质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，其内能还与气体的体积和压强等有关，故选项 A 错误；气体内能的大小与气体的质量和温度等有关，而与气体的运动速度无关，故宏观速度增大，不会影响内能，选项 B 错误；气体被压缩时外界对气体做功，若在此过程中同时放出热量，根据 UWQ 可知，内能可能不变，选项 C 正确；由于理想气体是理想化的物理模型，其内能只考虑分子动能，表现在宏观上只与温度有关，选项 D 正确；一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，温度一定升高，内能一定增加，选项 E 正确考点二 热力学第二定律1热力学第二定律的含义(1)“自
6、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” 的含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热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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3热力学过程方向性实例：高温物体 低温物体热 量 Q能 自 发 传 给 热 量 Q不 能 自 发 传 给功 热能 自 发 地 完 全 转 化 为 不 能 自 发 地 且 不 能 完 全 转 化 为气体体积 V1 气体体积 V2(较大)能 自 发 膨 胀
7、到 不 能 自 发 收 缩 到不同气体 A 和 B 混合气体 AB能 自 发 混 合 成 不 能 自 发 分 离 成4热力学第一、第二定律的比较热力学第一定律 热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系它指出自然界中出现的过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础3(2018辽宁锦州联考)( 多选) 下列叙述中正确的是( )A热力学第二定律可描述为
8、“不可能使热量由低温物体传递到高温物体 ”B分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数D由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势E用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了 3. 0105 J 的功，同时气体向外界放出1.5105 J 的热量，则气体内能增加了 1.5105 J解析：选 CDE 热力学第二定律描述的是热学现象的方向性，热量可以从低温物体传递到高温物体，但要引起其他方面的变化，选项 A 错误；若分子间初始距离小于平衡距离，则分子间的相互作用力随着分子
9、间距离的增大先减小再增大，然后再减小，选项 B 错误；由阿伏伽德罗常数的定义可知，只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏伽德罗常数，选项 C 正确；表面张力的形成是由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，选项 D 正确；由热力学第一定律可知 UWQ ，故 U3.010 5 J1. 5105 J1.510 5 J，说明内能增加了 1.5105 J，选项 E 正确4关于热力学定律，下列说法正确的是( )A热量能够自发地从高温物体传到低温物体B不可能使热量从低温物体传向高温物体C第二类永动机违反了热力学第二定律D气体向真空膨胀
10、的过程是不可逆过程E功转变为热的实际宏观过程是可逆过程答案：ACD考点三 热力学定律与气体实验定律的综合解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路(2018辽宁大连统考)一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态 B，再变化到状态C，其状态变化过程的 pV 图象如图所示已知该气体在状态 A 时的温度为 27 .求：(1)该气体在状态 B 时的温度；(2)该气体从状态 A 到状态 C 的过程中与外界交换的热量解析：(1)对于理想气体：AB 过程，由查理定律有 ，pATA pBTB得 TB 100 K，所以 tBT B273 173 .(2)BC 过程，由盖吕萨克定律有 ，得 TC300 K，
11、VBTB VCTC所以 tCT C273 27 .由于状态 A 与状态 C 温度相同，气体内能相等，而 AB 过程是等容变化，气体对外不做功，B C 过程中气体膨胀对外做功，即从状态 A 到状态 C 气体对外做功，故气体应从外界吸收热量，QpV 1105(3103 110 3 )J 200 J.答案：(1)173 (2)200 J(2015福建卷)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 Tb和 Tc，在过程 ab和 ac 中吸收的热量分别为 Qab和 Qac.则( )AT bT c，Q ab
12、Q ac BT bT c，Q abQ acCT b Tc，Q abQ ac DT bT c，Q abQ ac解析：选 C 由理想气体状态方程知 ，故 TcT b；过程 ab 和2p0V0Tc p0V0Ta p02V0Tbac 中内能改变量相同，ac 过程气体体积不变，做功为 0，W 10，ab 过程气体体积增大，气体对外做功 W20，由热力学第一定律 QWU 知 QacQ ab，选项 C 正确如图所示，一个厚度和质量不计、横截面积为 S10 cm2 的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为 T0300 K，压强
13、为 p0.510 5 Pa，活塞与汽缸底的距离为 h10 cm，活塞与汽缸可无摩擦滑动且不漏气，大气压强为 p01.010 5 Pa.求：(1)此时桌面对汽缸的作用力 F；(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到 T，此过程中气体吸收热量为 Q7 J，内能增加了U 5 J，整个过程活塞都在汽缸内，求 T 的值解析：(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有 FpSp 0S，得 F( p0p)S50 N.(2)设温度升高至 T 时活塞距离汽缸底 H，则气体对外界做功 Wp 0Vp 0S(Hh)，由热力学第一定律 UQW.解得 H12 cm.气体温度从 T0 升高到 T 的过程，由理想气体状态方程得 .解得pS
14、hT0 p0SHTT T0720 K.p0Hph答案：(1)50 N (2)720 K一个水平放置的气缸，由两个截面积不同的圆筒连接而成活塞 A、B 用一长为 4L 的刚性细杆连接，L 0.5 m，它们可以在筒内无摩擦地左右滑动A、B 的截面积分别为 SA40 cm2，S B20 cm2，A、B 之间封闭着一定质量的理想气体，两活塞外侧( A 的左方和 B 的右方)是压强为 p01.010 5 Pa 的大气当气缸内气体温度为 T1525 K 时两活塞静止于如图所示的位置(1)现使气缸内气体的温度缓慢下降，当温度降为多少时活塞 A 恰好移到两圆筒连接处？(2)若在此变化过程中气体共向外放热 50
15、0 J，求气体的内能变化了多少？解析：(1)对活塞受力分析，活塞向右缓慢移动过程中，气体发生等压变化由盖吕萨克定律有 3LSA LSBT1 4LSBT2代入数值，得 T2300 K 时活塞 A 恰好移到两筒连接处(2)活塞向右移动过程中，外界对气体做功Wp 03L(SA SB)110 530.5(4103 210 3 )J300 J由热力学第一定律得 UWQ 300500 J 200 J即气体的内能减少 200 J.答案：(1)300 K (2)减少 200 J5(2017江苏南通一模)如图所示，在开口向上、竖直放置的薄壁圆柱形容器内用质量m20 kg 的活塞密封一部分气体，活塞在容器内能自由
16、滑动且保持水平，容器的底面积S100 cm2，开始时气体的温度 T1280 K，活塞到容器底的距离 h120.0 cm.在气体从外界吸收 Q40 J 热量的过程中，活塞缓慢上升的距离 h10 cm.已知大气压强p01.010 5 Pa，重力加速度 g 取 10 m/s2 求：(1)活塞停止上升时容器内气体的温度 T2；(2)密闭气体内能的增加量 U.解析：(1)活塞上升过程中，由盖吕萨克定律有 ，V1T1 V2T2则 T2 T1 T1294 K.V2V1 h1 hh1(2)活塞上升的过程，外界对系统做的功 W(mgp 0S)h，由热力学第一定律有 UQW，解得 U29.8 J.答案：(1)29
17、4 K (2)29.8 J6(2018山西长治二中等五校联考) 如图所示，一绝热汽缸倒立竖在两水平台面上，缸内一光滑活塞密封了一定质量的理想气体；在活塞下挂有一物块，活塞与物块的总重量G30 N，活塞的横截面积 S310 3 m2 活塞静止时，缸内气体温度 t127 ，体积V1310 3 m3，外界的大气压强恒为 p01010 5 Pa，缸内有一个电热丝，电热丝的电阻值恒为 R5 ，电源电动势 E18 V、内阻 r1 ，闭合开关 20 s 后，活塞缓慢下降高度 h0.1 m，求：(1)20 s 内气体内能的变化量；(2)20 s 末缸内气体的温度解析：(1)设缸内气体初态压强为 p1，对活塞由受力平衡有p0SGp 1S，在电热丝对气体加热 20 s 的过程中，外界对气体做的功为 Wp 1Sh，电热丝产生的热量为 QI 2Rt，其中 I ，ER r根据热力学第一定律有 U WQ ，解得 U873 J，即气体的内能增加了 873 J.(2)气体做等压膨胀，由盖吕萨克定律有 ，V1T1 V1 ShT2代入数据解得 T2330 K，即缸内气体的温度为 t2(330273) 57 .答案：(1)增加 873 J (2)57
