高考物理一轮复习专题49热力学定律含解析

专题49 热力学定律〔讲〕
1．本章的根本概念和规律在高考要求中都属于Ⅰ级，从过去几年的高考题看，出现频率较高的知识点如下：分子动理论的根本观点，物体的内能及其改变，热力学第一、二定律，气体状态参量等．知识及现实联系密切。

2．高考热学命题的重点内容有：〔1〕分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；题型多为选择题和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进展计算〔或估算〕；〔2〕理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释和理解。

1．知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律．
2．知道及热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律．3．掌握能量守恒定律及其应用．
1．物体内能的改变
〔1〕做功是其他形式的能及内能的相互转化过程，内能的改变量可用做功的数值来量度．
〔2〕热传递是物体间内能的转移过程，内能的转移量用热量来量度．2．热力学第一定律
〔1〕内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量及外界对它所做的功的和．
〔2〕表达式：ΔU＝Q＋W．
3．能量守恒定律
〔1〕内容：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，能量的总量不变，这就是能量守恒定律．
〔2〕任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的．
4．热力学第二定律
〔1〕两种表述
①第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体〔克劳修斯表述〕．
②第二种表述：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〔开尔文表述〕．
〔2〕第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机．这类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．
考点一对热力学第一定律的理解及应用
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功及热传递之间的定量关系．
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
符号W QΔU
＋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
3．几种特殊情况
〔1〕假设过程是绝热的，那么Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量．
〔2〕假设过程中不做功，即W＝0，那么Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量．
〔3〕假设过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，那么W＋Q＝0或W ＝－Q．外界对物体做的功等于物体放出的热量．
★重点归纳★
应用热力学第一定律应注意
〔1〕热力学第一定律反映功、热量及内能改变量之间的定量关系：ΔU＝W ＋Q，使用时注意符号法那么〔简记为：外界对系统取正，系统对外取负〕．对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0．〔2〕对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化．吸、放热不能直接确定时，那么要放在最后，根据热力学第一定律来确定．必须指出的是，一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积那么被压缩．但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀〔外界为真空〕时，气体就没有克制外力做功．另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化及守恒来进展．
★典型案例★以下说法正确的选项是_______。

〔填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分〕
A．分子a从较远处以一定的初速度趋近固定不动的分子b，当a到达
r r 处
0时，a的动能最大
B．在用气筒给自行车打气的过程中，越打越费力，说明分子间的距离越来越小，分子力表现为斥力且越来越大
C．悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动和悬浮在空气中灰尘的运动都是布朗运动，两者都反映分子的无规那么运动
D．外界对一定质量的气体做功，同时气体吸收热量，
E．一定质量的理想气体发生绝热膨胀的过程中，其内能一定减少
【答案】ADE
【名师点睛】此题是选修模块3-3的内容，是热力学的根底知识，理解记忆是主要的学习方法，要尽量得高分。

★针对练习1★以下说法正确的选项是_______。

〔填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分〕
A．运送沙子的卡车停及水平地面，在缓慢卸沙过程中，假设车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，那么胎内气体从外界吸热
B．民间常用“拔火罐〞来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放人一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸〞在皮肤上．其原因是，当火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小
C．晶体的物理性质都是各向异性的
D．一定量的理想气体从外界吸收热量，其内能一定增加
E．分子间的相互作用力由引力及斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，分子间引力和斥力都随分子间距的减小而增大
【答案】ABE
【解析】在缓慢卸沙过程中，假设车胎不漏气，胎内气体的压强减小，温度
不变，根据气态方程pV
T
c
分析知气体的体积增大，对外做功，由热力学第
一定律可知，胎内气体从外界吸热，故A正确；当火罐内的气体体积不变时，
温度降低，根据气态方程pV
T
c
=分析知，气体的压强减小，这样外界大气压
大于火罐内气体的压强，从而使火罐紧紧地被“吸〞在皮肤上，故B正确；单晶体的物理性质是各向异性的，而多晶体的物理性质是各向同性的，故C 错误；一定量的理想气体从外界吸收热量，其内能不一定增加，还及吸放热情况有关，故D错误；分子间的引力及斥力同时存在，分子间的相互作用力由引力及斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，分子间引力和斥力都随分子间距的减小而增大，故E正确。

【名师点睛】根据热力学第一定律分析气体是吸热还是放热．根据气态方程
pV T
c
=分析气体压强的变化．多晶体是各向同性的，分子间的引力及斥力同
时存在，随着分子间距的减小都增大；解决此题的关键要掌握气态方程、热力学第一定律和分子动理论，要明确改变物体的内能有两种方式：做功和热传递。

★针对练习2★以下说法中正确的选项是_______。

〔填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分〕
A．布朗运动反映的是液体分子的无规那么运动
B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
C．物体放出热量，温度一定降低
D．气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的E．热量是热传递过程中,物体间内能的转移量;温度是物体分子平均动能大小的量度
【答案】ADE
【名师点睛】布朗运动是固体小颗粒的运动，但它反映了液体分子的无规那
么运动；热量可以自发地从高温物体传到低温物体；假设热量从低温物体传到高温物体，需引起其他方面的变化；气体压强是由于大量分子对器壁的碰撞产生的；热学内容的考察较为全面，在学习中要注意全面把握；但要注意理解热力学定律及气体压强等内容。

考点二对热力学第二定律的理解
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地〞、“不产生其他影响〞的涵义．〔1〕“自发地〞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〞的涵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，都提醒了大量分子参及宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进展的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
特别提醒热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
3．两类永动机的比拟
★重点归纳★
解答热力学第二定律问题时应注意
〔1〕热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现．
〔2〕热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
★典型案例★以下说法中正确的选项是_______。

〔填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分〕
A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规那么运动
B．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增加
C．A 一定量0
100C的水蒸气，其分子之间的势能增加
100C的水变成0
D．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
E．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律
【答案】ACD
【名师点睛】正确解答此题要掌握：温度是分子平均动能的标志；布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的运动；物体的内能；正确理解好应用热力学第二定律；此题考察了有关分子运动和热现象的根本知识，对于这些根本知识一定注意加强记忆和积累．其中对热力学第二定律的几种不同的表述要准确理解。

★针对练习1★以下说法正确的选项是_______。

〔填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得
分为0分〕
A．气体对容器壁有压强是气体分子对容器壁频繁碰撞的结果
B．足球充足气后很难压缩，是因为足球内气体分子间斥力作用的结果C．一定质量的理想气体等压膨胀过程总气体一定从外界吸收热量
D．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进展的E．饱和汽压及分子密度有关，及温度无关
【答案】ACD
【名师点睛】该题考察理想气体的状态方程、温度的微观意义、热力学第一定律以及热力学第二定律等，掌握温度是分子平均动能的标志，会利用热力学第一定律分析内能变化，知道热量传递具有方向性。

★针对练习2★以下说法正确的选项是〔填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分〕
A．在绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是外表张力作用的结果
B．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大
C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性的特点制成的
D．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，也能自发地从低温物体传到高温物体
E．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合热力学第二定律的宏观过程都能自然发生
【答案】ACE
【解析】在绕地球飞行的宇宙飞船中，在失重的条件下，自由漂浮的水滴呈
球形，这是外表张力作用的结果，故A正确；当两分子间距离小于平衡位置的间距时，分子力表现为斥力，分子间的距离越大，分子引力做正功，分子势能越小，当两分子间距离大于平衡位置的间距时，分子力表现为引力分子间的距离越大，分子引力做负功分子势能增加，故B错误；液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点，显示出不同的颜色，故C正确；热力学第二定律告诉我们，一切宏观热现象都是不可逆的，故D错误；自然界发生的一切过程能量都守恒，符合热力学第二定律的宏观过程都能自然发生，选项E正确。

此题选ACE。

【名师点睛】此题考察的是热学中的几个知识点和分子力随分子距离的变化关系。

要知道随分子距离的增加，分子间的斥力和引力均减小，但是斥力减小的快，引力减小的慢；当r<r0时分子力的合力表现为斥力，当r>r0时分子力的合力表现为引力，当间距大于分子直径的10倍以上时，分子力为零。