2016-2017学年高中物理第三章热力学基础章末复习课检测粤教版选修3-3

章末复习课
【知识体系】
[答案填写] ①内能 ②ΔU ＝W ③内能 ④等效 ⑤ΔU ＝Q ＋W ⑥能量守恒定律 ⑦自发地 ⑧单一热源 ⑨增大 ⑩无序程度 ⑪热力学第二定律
主题1 热力学第一定律
1．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 |.
2．做功、热传递与内能变化的关系．
(1)存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是物体热传递过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关．
(2)机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量．两者没有直接关系，但可以相互转化．
(3)理想气体其内能仅与温度有关，体积变大，气体对外做功；体积减小，外界对气体做功．做功的多少可以根据公式W＝P·ΔV进行计算．
【典例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，那么下列说法正确的是( ) 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，胎内气体对外做功，故选D.
答案：D
针对训练
1．(多选)如图所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．气缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比( )
A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
解析：当电热丝通电后，右边的气体温度升高，气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，内能增加，气体的温度升高．根据气体实验定律左边的气体压强增大，B、C正确．右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功，D错．
答案：BC
主题2 热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述．
(1)热传导具有方向性：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．
(2)机械能与内能转化的方向性：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响．
2．热力学第二定律的微观解释．
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，即在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少．
应用时应注意把握“方向性”和“熵增加原理”来正确分析和判定．
第一类“永动机”：是指设想中的既不消耗能量又能源源不断地对外做功的机器．它违背了能量转化和守恒定律，因此，不可能实现．
第二类“永动机”：是指设想中的效率达到100%的热机．第二类永动机虽没有违背能量转化和守恒定律，但违背了热力学第二定律，因此也是不可能实现的．3．分析问题的方法．
(1)掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．本章对热力学第二定律的表述很多，但这些不同形式的表述都是等价的．
(2)自然过程：自然过程是指没有外来干扰自然进行的过程．
(3)热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．
(4)气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．
(5)机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，自发地在地面上重新运动起来．
(6)气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器内变为真空．
【典例2】(多选)下列说法中正确的是( )
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体
C．机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械功
D．机械功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为机械功
解析：由热传递产生的条件可知热量能够自发地从高温物体传到低温物体，当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸收热量传到高温物体，但不是自发的，所以A错误，B
正确；运动物体克服摩擦力做功，最终停止，这个过程机械功全转化为热量．在温度不变的膨胀过程中，系统吸热全用于对外做功，所以C错误，D正确．
答案：BD
针对训练
2．(多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法中正确的是( )
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
解析：系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化，从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，所以A对；热力学第二定律的微观意义是“一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”，所以B、C均错；D项是在引入熵之后对热力学第二定律微观意义的描述，D对．
答案：AD
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p­T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：2p 0V 0T c ＝p 02V 0T 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．(多选)如图为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L 水，上部密封1 atm 的空气0.5 L ，保持阀门关闭，再充入1 atm 的空气0.1 L ，设在所有过程中空气可看成理想气体，且温度不变，下列说法正确的有( )
A ．充气后，密封气体压强增加
B ．充气后，密封气体的分子平均动能增加
C ．打开阀门后，密封气体对外界做正功
D ．打开阀门后，不再充气也能把水喷光
答案：AC
4．如图，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3.4×104 J ，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 等于。