2019年高考物理二轮复习专题讲义：热学专题 086.热力学定律 Word版含答案

热力学定律
一、热力学第一定律
在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加△U，即△U= W + Q
①内容：物体内能的增量△E等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和。

②表达式：W+Q=△U
③符号规则：
物体内能增加，△U＞0；物体内能减少，△U＜0
外界对物体做功W＞0；物体对外界做功W＜0
物体从外界吸热Q＞0；物体向外界放热Q＜0
二. 热力学第二定律
表述形式1：热量总是从高温物体传到低温物体，但是不可能自动从低温物体传递到高温物体，而不引起其它变化。

（这是按照热传导的方向性来表述的。

）
表述形式2：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化。

机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其它变化。

（这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的。

）
注意：两种表述是等价的，并可从一种表述导出另一种表述。

表述形式3、第二类永动机是不可能制成的。

三、能量转化和守恒定律
功是能量转化的量度．热力学第一定律表示，做功和热传递提供给一个物体多少能量，物体的内能就增加多少，能量在转化或转移过程中守恒．
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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量不变。

12．(选修3-3) (2) 若对一定质量的理想气体做1500 J的功，可使其温度升高5℃．改用热传递的方式，使气体温度同样升高5℃，那么气体应吸收J的热量．如果对该气体做了2000 J的功，其温度升高了8℃，表明该过程中，气体还（填“吸收”或“放出”）热量J．
答：（2）1500、吸收、400 前两空各2分，第3个空4分
12.A⑴（选修模块3—3）空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中的气体做功为2.0×105J，同时气体的内能增加了1.5×l05J．试问：此压缩过程中，气体（填“吸收”或“放出”）的热量等于J．
答：放出；5×104；解析：由热力学第一定律△U = W＋Q，代入数据得：1.5×105 = 2.0×105＋Q，解得Q =－5×104J；12.（2）一定质量的理想气体，在绝热膨胀过程中①对外做功5J，则其内能（选填“增加”或“减少”）J;
②试从微观角度分析其压强变化情况.
答：①减小 5
②气体体积增大，则单位体积内的分子数减少；内能减少，则温度降低，其分子运动的平均速率减小；则气体的压强减小。

14、下列说法正确的是（D ）
A．物体吸收热量，其温度一定升高
B．热量只能从高温物体向低温物体传递
C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现
D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
解析：由热力学第一定律可知，做功与热传递可以改变物体的内能，D正确；故物体吸收热
量时，其内能不一定增大，A错；由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，但若通过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，B、C错．10．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（A D ）
A．体积不变，压强减小的过程，气体一定放出热量，内能减少
B．若气体内能增加，则外界一定对气体做功
C．若气体的温度升高，则每个气体分子的速度一定增大
D．若气体压强不变，气体分子平均距离增大时，则气体分子的平均动能一定增大9．下列说法正确的是( C D )
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式。

C．根据热力学第二定律可知，热量也可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
10．被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度增加，压强保持不变，则( C ) A．气缸中每个气体分子的速率都增大
B．气缸中单位体积气体分子数增多
C．气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量
D．气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量
13．（9分）（选做，适合选修3—3的同学）注意观察的同学会发现，用来制冷的空调室内机通常挂在高处，而用来取暖的暖气片却安装在较低处，这是由于要利用热空气密度小而冷空气密度大来形成对流的缘故。

请你解释，为什么热空气密度小而冷空气密度大？将一氢气球放飞，随着气球高度的不断增大，若高空气压不断降低，气球的体积也不断增大，而温度基本不变。

请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的？
解：（1）根据盖·吕萨克定律可知，对于质量一定的气体（2分），在压强一定的情况下（1分），温度越高，体积越大（2分），故密度越小。

（2）气球要不断从外界吸热（2分），将吸取的能量用来不断对外做功（2分）。

13．（1）（6分）（选做，适合选修3—3的同学）
汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功。

已知在某次
对外做功的冲程中汽油燃烧释放的化学能为1×103J，因尾气排放、汽缸发热
等对外散失的热量为2.5×102J，则该内燃机对外所做的功为J,该内
燃机的效率为。

随着科技的进步，不断设法减小热量损失，则内燃
机的效率不断提高，效率
（填“有可能”、“仍不可能”）达到100%。

本小题考查对热力学第一定律和效率概念的理解，考查实验探究能力。

7.5×102J（2分），75%（2分）。

仍不可能（2分）
9．如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体（不计分子势能），用电阻丝对气体缓慢加热，绝热活塞可无摩擦地缓慢上升，下列说法正确的是（ D ）
A．气体对外做功，其内能减少
B．气体分子在单位时间内撞击活塞的个数增加
C．气体分子在单位时间内对活塞的冲量增大
D．对气体加热产生的热量一定大于气体对外所做的功
12．（3）（本题4分）如图所示，绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两
E
部分，S 与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a 和b ．气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝对气体a 缓慢加热一段时间后，a 、b 各自达到新的平衡状态．试分析a 、b 两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？
答：气缸和隔板绝热，电热丝对气体a 加热，a 温度升高，体积增大，压强增大，内能增大；………………………………………………………………………… （2分）
a 对
b 做功，b 的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大．…………（2分）
36、（8分）【物理－物理3－3】
喷雾器内有10 L 水，上部封闭有1 atm 的空气2 L ．关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1 atm 的空气3 L （设外界环境温度一定，空气可看作理想气体）．
⑴当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体
压强，并从微观上解释气体压强变化的原因．
⑵打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等
温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理
由．
解：⑴设气体初态压强为p 1，体积为V 1；末态压强
为p 2，体积为V 2，由玻意耳定律p 1V 1＝ p 1V 1
代入数据得：p 2＝2.5 atm
微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加． ⑵吸热．气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热
14．【物理3－3】(8分)如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22cm ，现用竖直向下的外力F 压缩气体，使封闭的空气柱长度变为2cm ，人对活塞做功100J ，大气压强为p 0=1×105Pa ，不计活塞的重力．问：
①若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大?
②若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20J ，则气体的内能增加多少?(活 塞的横截面积S =1cm 2)
解：(8分)解①设压缩后气体的压强为p ，活塞的横截面积为S ，
l 0=22cm ，l =2cm ，V 0= l 0S ，V =LS ．缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律：
p 0V 0=pV (3分)
解出p =1.1×106 Pa (1分)
②大气压力对活塞做功W 1 =p 0 S ( l 0-l ) =2J ，人做功W 2=l00J ， (1分)
由热力学第一定律：
△U =W 1+W 2+Q (2分)
将Q ＝－20J 等代入，解出△U =82J (1分)12.I ．(12分)(选修3-3试题)
如图所示，一气缸竖直放置，用一质量为m 的活塞在缸内封闭了一定量的理想气体，在气缸的底部安装有一根电热丝，用导线和外界电源相连，已知气缸壁和活塞都是绝热的，气缸壁与活塞间接触光滑且不漏气．现接通电源，电热丝对缸内气体缓慢加热．
(1)关于气缸内气体，下列说法正确的是________
A ．单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少
B ．所有分子的速率都增加
C ．分子平均动能增大
D ．对外做功，内能减少 (2)设活塞横截面积为S ，外界大气压强为p 0，电热丝热功率为P ，测得通电
t 时间内活塞缓慢向上移动高度h ，求：
F
电源 电热丝
①气缸内气体压强的大小；
②t时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量．解：(1) CD
(2) ①由活塞受力平衡，
p
S
mg
p=
+
②气体对外做功W=pSh=p0Sh+mgh 内能的变化量△E=Q-W=Pt-mgh- p0Sh。