（江蘇專版）2022年高考物理一輪復習 第十二章 第3節(jié) 熱力學定律講義（含解析）

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1、（江蘇專版）2022年高考物理一輪復習 第十二章 第3節(jié) 熱力學定律講義（含解析） (1)做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的。(×) (2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內(nèi)能一定減少。(×) (3)物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變。(√) (4)在給自行車打氣時，會發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為外界對氣體做功。(√) (5)自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失。(×) (6)利用河水的能量使船逆水航行的設想，符合能量守恒定律。(√) (7)熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化。(×) 突破點(一)　熱力學第一定律 1．

2、改變內(nèi)能的兩種方式的比較 做　功 熱　傳　遞 區(qū)別 內(nèi)能變化情況 外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少 物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少 從運動形式上看 做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉化 熱傳遞是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動發(fā)生變化，是內(nèi)能的轉移 從能量的角度看 做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉化的過程 不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉移 能的性質(zhì)變化情況 能的性質(zhì)發(fā)生了變化 能的性質(zhì)不變 聯(lián)系 做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的

3、2．溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較 含　義 特點 溫度 表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動能大小的標志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義 狀　態(tài)　量 內(nèi)能(熱能) 物體內(nèi)所有分子動能和勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相對位置所決定的能 熱量 是熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量，熱量用來量度熱傳遞過程中內(nèi)能轉移的多少 過　程　量 功 做功過程是機械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉化過程 3．對公式ΔU＝Q＋W符號的確定 符號 W Q ΔU ＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 － 物體對外界做功 物體放出熱量

4、 內(nèi)能減少 4．三種特殊情況 (1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。 (2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。 (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0 或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。 [題點全練] 1．(2019·如東月考)關于溫度、熱量、功、內(nèi)能，以下說法正確的是(　　) A．同一物體溫度高時，含有的熱量多 B．物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高 C．外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加W D．熱量總是從溫度高的物體傳給溫度低的物體 解析：選D

5、　熱量是過程量，只有在吸熱、放熱過程中才發(fā)生轉移，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯誤；只有在絕熱過程中ΔU＝W，故C錯誤；發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，熱量從高溫物體向低溫物體傳遞，故D正確。 2．(2018·連云港期末)1912年，英國物理學家威爾遜發(fā)明了觀察帶電粒子運動徑跡的云室，結構如圖所示，在圓筒容器中加入少量酒精，使云室內(nèi)充滿酒精飽和蒸汽，迅速向下拉動活塞。以下說法正確的是(　　) A．室內(nèi)氣體溫度降低，酒精飽和蒸汽壓降低 B．室內(nèi)氣體溫度升高，酒精飽和蒸汽壓降低 C．室內(nèi)氣體溫度降低，酒精飽和蒸汽壓升高 D．室內(nèi)氣體溫度升高，酒精飽和蒸汽壓升高 解析：選A　迅速向

6、下拉動活塞，酒精蒸汽絕熱膨脹，對外做功，溫度降低，酒精飽和蒸汽壓降低，酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)，故A正確，B、C、D錯誤。 3．[多選](2019·南京六校聯(lián)考)如圖所示，一導熱性能良好的金屬汽缸靜放在水平面上，活塞與汽缸壁間的摩擦不計。汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。現(xiàn)緩慢地向活塞上倒一定質(zhì)量的沙土，忽略環(huán)境溫度的變化，在此過程中(　　) A．氣體的內(nèi)能不變　　　　 　B．汽缸內(nèi)分子平均動能增大 C．汽缸內(nèi)氣體分子密度增大 D．氣體從外界吸收熱量 解析：選AC　金屬汽缸導熱性能良好，由于熱交換，汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同，向活塞上倒一定質(zhì)量的沙土時氣體等溫度壓縮，溫度不變

7、，氣體的內(nèi)能不變。而汽缸內(nèi)封閉氣體被壓縮，體積減小，外界對氣體做功，ΔU＝0，W>0，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知Q<0，即放熱，A正確，D錯誤；溫度不變，則汽缸內(nèi)分子平均動能保持不變，B錯誤；汽缸內(nèi)封閉氣體被壓縮，體積減小，而質(zhì)量不變，則汽缸內(nèi)氣體分子密度增大，C正確。 突破點(二)　熱力學第二定律 1．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義 (1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。 (2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。 2．熱力學第一

8、、第二定律的比較 熱力學第一定律 熱力學第二定律 定律揭示的問題 它從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關系 它指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的 機械能和內(nèi)能的轉化 當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能 熱量的傳遞 熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向低溫物體 說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體 表述形式 只有一種表述形式 有多種表述形式 兩定律的關系 在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎 3．兩類永動機的比較 第一類永動機 第二類永動機 設

9、計要求 不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器 不可能制成的原因 違背能量守恒定律 不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律 [典例]　[多選](2019·南京模擬)下列說法中正確的是(　　) A．相互間達到熱平衡的兩物體的內(nèi)能一定相等 B．空調(diào)既能制熱又能制冷，說明在不自發(fā)的條件下，熱傳遞可以逆向 C．自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的 D．由于自然界中總的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源 [解析]　相互間達到熱平衡的兩物體的溫度相同，內(nèi)能不一定相等，故A錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量

10、不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定外界條件影響下可以實現(xiàn)，故B正確；根據(jù)熱力學第二定律可知，自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，故C正確；雖然自然界中的總能量不會減少，但是能源的品質(zhì)會降低，無法再利用，故還需要節(jié)約能源，故D錯誤。 [答案]　BC [方法規(guī)律] 4個常見的宏觀熱現(xiàn)象方向性實例 (1)高溫物體低溫物體。 (2)功熱量。 (3)氣體體積V1氣體體積V2(V2＞V1)。 (4)不同氣體A和B混合氣體AB。 [集訓沖關] 1．(2019·沭陽模擬)關于熱力學定律，下列說法正確的是(　　) A．在一定條件下物體的溫度可以降到0 K

11、B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D．壓縮氣體，氣體的溫度一定升高 解析：選B　由于絕對零度不可能達到，故A錯誤；物體從外界吸收熱量并對外做功，根據(jù)熱力學第一定律可知內(nèi)能可能增加、減小或不變，C錯誤；壓縮氣體，外界對氣體做正功，可能向外界放熱，內(nèi)能可能減少、溫度降低，D錯誤；物體從單一熱源吸收的熱量全部用于做功而引起其他變化是可能的，B正確。 2．(2019·鹽城調(diào)研)下列說法中正確的是(　　) A．隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的 B．一切自然現(xiàn)象都遵循能量守恒定律 C．在粗糙的水平面上滑動的運動物體動能不斷減少，是動能自發(fā)完全

12、轉化內(nèi)能，反之內(nèi)能也能自發(fā)完全轉化為動能 D．能量轉化過程中，其總能量越來越小，所以要大力提倡節(jié)約能源 解析：選B　第一類永動機違反了能量守恒定律，第二類永動機違反了能量轉化的方向性，都不可能制成，故A錯誤；能量守恒定律是一切自然現(xiàn)象中普遍適用的規(guī)律，故B正確；在粗糙的水平面上滑動的運動物體動能可以自發(fā)完全轉化為內(nèi)能，反之內(nèi)能不能自發(fā)完全轉化為動能，故C錯誤；能量轉化過程中，總能量不變，但能源會越來越少，故D錯誤。 3．(2018·蘇州模擬)卡諾循環(huán)是由法國工程師卡諾于1824年提出的，它可用于分析熱機的工作過程，卡諾循環(huán)包括四個步驟：等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮。下列相關說法

13、中正確的是(　　) A．隨著設備的改進和技術的提高，熱機效率可能達到100% B．絕熱膨脹和絕熱壓縮過程中，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能保持不變 C．等溫壓縮過程中，因外界對氣體做功，故汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能增大 D．等溫膨脹過程中，單位時間內(nèi)在單位面積上碰撞汽缸壁的分子數(shù)減少 解析：選D　由熱力學第二定律可知，熱機效率不可能達到100%，選項A錯；絕熱膨脹和絕熱壓縮過程中，與外界沒有熱量交換，而汽缸體積改變，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能因做功而改變，選項B錯；等溫壓縮過程中，溫度不變，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能不變，選項C錯；等溫膨脹過程中，溫度不變，體積增大，單位體積內(nèi)分子數(shù)目減少，單位時間內(nèi)在單位面積上碰撞汽缸壁的分子數(shù)

14、減少，選項D對。 突破點(三)　氣體實驗定律與熱力學第一定律的綜合 求解此類綜合問題的通用思路 [典例]　(2018·南京模擬)如圖所示，輕質(zhì)活塞將體積為V0，溫度為3T0的理想氣體，密封在內(nèi)壁光滑的圓柱形導熱汽缸內(nèi)，已知大氣壓強為p0，大氣的溫度為T0，氣體內(nèi)能U與溫度的關系為U＝aT(a為常量)，在汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢降為T0的過程中，求： (1)氣體內(nèi)能的減少量； (2)氣體放出的熱量。 [解析](1)由題意可知氣體內(nèi)能的減少量ΔU＝aΔT＝2aT0。 (2)設溫度降低后的體積為V2，則由蓋—呂薩克定律得＝，外界對氣體做功為W＝p0(V0－V2) 根據(jù)熱力學第一定律

15、ΔU＝W＋Q， 解得Q＝p0V0＋2aT0。 [答案]　(1)2aT0　(2)p0V0＋2aT0 [方法規(guī)律] 判斷理想氣體內(nèi)能變化的兩種方法 (1)一定質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能的變化完全由溫度變化決定，溫度升高，內(nèi)能增大。 (2)若吸、放熱和做功情況已知，可由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q來確定。 [集訓沖關] 1.[多選](2017·江蘇高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V-T圖像如圖所示。下列說法正確的有(　　) A．A→B的過程中，氣體對外界做功 B．A→B的過程中，氣體放出熱量 C．B→C的過程中，氣體壓強不變 D．A→B→C的過程中，氣體內(nèi)能

16、增加 解析：選BC　由題圖可知，從A到B氣體的體積減小，外界對氣體做功，A項錯誤；從A到B過程氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體放出熱量，B項正確；從B到C過程中是一個常數(shù)，氣體發(fā)生的是等壓變化，氣體的溫度降低，內(nèi)能減少，C項正確，D項錯誤。 2.(2019·南通調(diào)研)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等溫過程到狀態(tài)B。此過程中，氣體溫度t＝20 ℃，吸收的熱量Q＝3.6×102 J，已知A狀態(tài)的體積是1 L，求： (1)此過程中氣體內(nèi)能的增量； (2)此過程中氣體是對外做功還是外界對氣體做功，做的功是多少； (3)若氣體先從狀態(tài)A經(jīng)等壓變化到狀態(tài)C，再經(jīng)等容變化到狀態(tài)B，則這個過程氣體吸收的熱量是多少？ 解析：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)B，氣體的溫度不變，則內(nèi)能不變，即ΔU＝0。 (2)氣體從A到B內(nèi)能不變，體積變大，氣體對外做功，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知對外做功為3.6×102 J。 (3)A狀態(tài)的體積是1 L，壓強為3×105 Pa， B狀態(tài)壓強為1×105 Pa； 根據(jù)玻意耳定律：pAVA＝pBVB 可得VB＝3 L；WA→B＝pAΔV＝3×105×2×10－3 J＝600 J； 所以氣體吸熱為Q＝600 J。 答案：(1)ΔU＝0　(2)對外做功，做功360 J　(3)600 J