高中物理选修3-3检测：第十章热力学定律 章末复习课

章末复习课
【知识体系】
[答案填写]①无②ΔU＝W③pΔV④温度差⑤做功⑥ΔU＝Q⑦W＋Q⑧不可能⑨自发的⑩单一
⑪100%⑫增大⑬低品质
主题1热力学第一定律
1．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．
2．热力学第一定律．
ΔU＝W＋Q.正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的关键．
(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)ΔU >0，物体的内能增加；ΔU <0，物体的内能减少．
分析题干，确定内能改变的方式(W ，Q )→判断W ，Q 的符号→代入公式ΔU ＝W ＋Q →得出结论：
⎩⎪⎨⎪⎧ΔU >0，则内能增加|ΔU |；ΔU <0，则内能减少|ΔU |.
【例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
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，体积增大为气体对外做功，故选D.
答案：D
针对训练
1．下列说法正确的是( )
A ．液体中悬浮颗粒的无规则运动称为布朗运动
B ．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C ．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D ．物体对外界做功，其内能一定减少
解析：布朗运动是液体中悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，故A 对、B 错；改变物体内能的途径有做功和热传递，物
体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能也不一定减少，故C、D均错．
答案：A
主题2热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述：
(1)按照热传递的方向性表述为：热量不能自发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)按照机械能与内能转化的方向性表述为：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．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)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．
(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，无论有无生命，所有宏观的自发过程都具有单向性，都是不可逆过程．如河水向下游流，重物向下落，房屋由新到旧直至倒塌，人要从婴儿到老年直至死亡等．
【例2】(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的热源热机
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”
解析：在外界帮助的情况下，热量可以从低温物体向高温物体传递，A 对；空调在制冷时，把室内的热量向室外释放，需要消耗电能，同时产生热量，所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，B 对；根据热力学第二定律，可知内燃机不可能成为单一热源的热机，C 错；因为自然界的能量是守恒的，能源的消耗并不会使自然界的总能量减少，D 错．
答案：AB
针对训练
2．(多选)下列关于热现象的描述正确的是()
A．据热力学定律，热机的效率不可能达到100%
B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
解析：根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，故A正确；做功是通过能量转化的方式改变系统内能的，热传递是通过能量转移的方式改变系统内能的，故B错误；根据热力学第二定律，温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，故C正确；物体由大量分子组成，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
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
(2014·课标全国Ⅰ卷)(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图象如图所示，下列判断正确的是()
A．过程ab中气体一定吸热
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分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
解析：在ab段体积不变则W＝0，但温度升高物体内能增大即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸热，故A正确．过程bc中温度不变则内能不变即ΔU＝0，但体积增大，气体对外做功W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q>0故吸热则B错．过程ca 中温度减小即ΔU<0，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，两者不会相等，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，故分子的平均动能最小，则D正确．b 和c两个状态中温度相同分子平均动能相等，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：ADE
针对训练
(多选)关于一定量的气体，下列说法正确的是()
A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和
B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
解析：气体的分子间距很大，故气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和，A正确；温度越高，分子的热运动越剧烈，温度降低，分子的热运动剧烈程度降低，B正确；在完全失重的情况下，气体分子仍在做无规则运动，对容器壁的压强一定不为零，C错误；气体从外界吸收热量的同时，有可能对外做功，其内能不一定增加，D错误；由理想气体状态方程pV
T＝k可知，等压膨胀过程中的温度一定升高，E正确．答案：ABE
1.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T b和T c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则()
A．T b>T c，Q ab>Q ac B．T b>T c，Q ab<Q ac C．T b＝T c，Q ab>Q ac D．T b＝T c，Q ab<Q ac
解析：由理想气体状态方程在bc两点：2p0V0
T c＝
p02V0
T b，则T b＝
T c，过程ab和过程ac内能的增量相同且ΔU>0.过程ab体积增大则对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸收的热量Q ab＝ΔU＋|W|，过程ac体积不变W＝0，则ΔU＝Q ac，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．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)()
A ．内能增大，放出热量
B ．内能减小，吸收热量
C ．内能增大，对外界做功
D ．内能减小，外界对其做功
解析：不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小．塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功．再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D 正确．
答案：D
4.如图所示，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( )
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：p ＝p 0＋mg S
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．压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104 J ，则该气体的分子平均动能________(填“增加”“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.
解析：无热交换即Q＝0，内能增加了3. 4×104J，由热力学第一定律知外界对气体做功：ΔU＝W.对理想气体不考虑分子势能，内能增加则分子平均动能增加．
答案：增加 3.4×104 J。