2020届高考物理总复习第十三单元第3课时热力学定律教师用书（含解析） 9页

课时3　热力学定律　　1.热力学第一定律(1)热力学第一定律:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。表达式:ΔU=Q+W。(2)应用热力学第一定律解题的法宝就是一定要熟记、记准符号法则。对理想气体而言,温度只与内能有关,温度升高,内能增加,ΔU>0;温度降低,内能减少,ΔU<0。从外界吸收热量Q>0,有促使内能增加的可能;向外界放出热量Q<0,有促使内能减少的可能;若系统与外界绝热,则Q=0,既不吸热,也不放热。外界对气体做功,W>0,有促使内能增大的可能;气体对外界做功,W<0,有促使内能减少的可能。　　【温馨提示】　理想气体内能变化的分析思路①由体积变化分析气体做功情况:体积膨胀,气体对外做功;气体被压缩,外界对气体做功。②由温度变化判断气体内能变化:温度升高,气体内能增大;温度降低,气体内能减小。③由热力学第一定律ΔU=W+Q判断气体是吸热还是放热。　　2.能量守恒定律(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能,分子运动具有内能,电荷的运动具有电能,原子核内部的运动具有原子能,等等。(2)不同形式的能量之间可以相互转化:摩擦生热是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能,等等。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成的这一转化过程。(3)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,或者是从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。条件性:能量守恒定律是自然界的普遍规律,但某一系统或某一种形式的能是否守恒则是有条件的。3.热力学第二定律(1)热力学第二定律的两种表述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。或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。(2)用熵的概念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)热力学第二定律的微观意义:一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。(4)曾经有人设计一类机器,希望它从高温热库(例如锅炉)吸取热量后全部用来做功,不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗?这种机器不违背能量守恒定律,但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热,同时不间断地做功的永动机叫第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。　　【温馨提示】　热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒,而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以发生,哪些不可能发生,例如,第二类永动机不可能实n现,热机效率不可能是100%,热现象过程中能量耗散是不可避免的,实际的宏观的热现象过程是不可逆的。1.(2018湖北武汉单元检测)(多选)在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中,关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负,下列说法中正确的是(　　)。A.外界对物体做功时W为负,内能增加时ΔU为正B.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正C.吸热时Q为正,内能增加时ΔU为正D.吸热时Q为负,内能增加时ΔU为负E.外界对物体做功时W为正,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为正答案　BCE2.(2018江西南昌6月摸底考试)(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热源的热机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”E.能量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答案　ABE3.(2018山西太原9月诊断)(多选)木箱静止于水平地面上,现在用一个80N的水平推力推动木箱前进10m,木箱受到的摩擦力为60N,转化为木箱与地面系统的内能为U,转化为木箱的动能为Ek,则(　　)。A.U=200JB.U=600JC.Ek=600JD.Ek=200JE.U>Ek答案　BDE4.(2018陕西榆林质量调研)(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是(　　)。A.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知,做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第一定律可知,做功和热传递改变物体内能的效果和方式都相同E.由热力学第二定律可知,热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热源吸收热量,完全变成功也是可能的答案　ABE5.(2018贵州贵阳开学考试)(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是(　　)。A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体E.功转变为热的宏观自然过程是不可逆过程n答案　ACE1.(2018全国卷Ⅰ,33)(多选)如图甲所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e,对此气体,下列说法正确的是(　　)。甲A.过程①中气体的压强逐渐减小B.过程②中气体对外界做正功C.过程④中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小解析　过程①中气体的体积不变,温度上升,根据查理定律可知,气体压强逐渐增大,A项错误;过程②中气体体积增大,对外膨胀,对外界做正功,B项正确;过程④中气体体积不变,温度降低,内能减少,向外界放出了热量,C项错误;状态c、d的温度相等,内能相等,D项正确;如图乙所示,连接Od交ab于b',Od是等压线,则pd=pb',又ab是等容线,因为Tb>Tb',所以pb>pb',即得pb>pd,E项正确。乙答案　BDE2.(2018全国卷Ⅲ,33)(多选)如图所示,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中(　　)。A.气体温度一直降低B.气体内能一直增加C.气体一直对外做功D.气体一直从外界吸热E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功解析　一定质量的理想气体从a到b的过程,由理想气体状态方程paVaTa=pbVbTb可知,Ta0,由ΔU=Q+W,知Q>0,气体一定吸热,C项错误;由热力学第二定律知,D项正确;根据热平衡性质知,E项正确。答案　BDE　　热力学第一定律与图象的综合应用　　例4　(多选)如图所示,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(　　)。nA.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,A项正确,C项错误;在过程ca中,气体体积缩小,外界对气体做功,压强不变,温度降低,故内能减小,由热力学第一定律可得气体向外界放出热量,B项正确,E项错误;在过程bc中,温度不变,内能不变,体积增大,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,D项正确。答案　ABD　　变式4　(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p-T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　由理想气体状态方程pVT=C知p=CTV,气体a与c状态时体积相等,A项正确;理想气体的内能由温度决定,而Tc