高中物理2018届高考物理第一轮复习教学案34

第3讲热力学定律
考纲下载：1.热力学第一定律(Ⅰ)2.能量守恒定律(Ⅰ)3.热力学第二定律(Ⅰ)
主干知识·练中回扣——忆教材夯基提能
1．热力学第一定律
(1)改变内能的两种方式
方
式
工程做功热传递
在绝热过程中，
在单纯的热传
外界对物体做
递过程中，物体
内能变功，物体的内能
吸收热量，内能
化增加；物体对外
增加；物体放出
界做功，物体的
热量，内能减少
内能减少
不同物体间或
物理实其他形式的能与同一物体的不
质内能之间的转化同局部之间内
能的转移
相互联做一定量的功或传递一定量的热
系在改变内能的效果上相同
(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与外界对它所做的功的和。

②表达式：U＝Q＋W。

③符号法那么
符
号W Q U
外界对物体物体吸收热
内能增
＋
做功量加
物体对外界物体放出热
内能减
－
做功量小2.热力学第二定律
(1)克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

(2)开尔文表述
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，或表述为“第二类永动机是不可能制成的〞。

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，能量的总和保持不变。

(2)能源的利用
①存在能量耗散和品质降低。

②重视利用能源时对环境的影响。

③要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等)。

稳固小练
判断正误
(1)做功和热传递的实质是相同的。

(×)
(2)绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功，气体的内能可能减少。

(×)
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。

(√)
(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外
界对气体做功。

(√)
(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量并没有消失。

(√)
(6)热量可以从低温物体传到高温物体。

(√)
(7)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。

(×)
核心考点·分类突破——析考点讲透练足
考点一热力学第一定律
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的
过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量
关系。

此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际
单位焦耳。

2．三种特殊情况
(1)假设过程是绝热的，那么Q＝0，W＝U，外界对物体做的功等于
物体内能的增加；
(2)假设过程中不做功，即 W＝0，那么Q＝U，物体吸收的热量等
于物体内能的增加；
(3)假设过程的始、末状态物体的内能不变，即U＝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。

[典题1][多项选择](2021开·封模拟)如下列图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两局部。

a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。

抽开隔板K后，a内气体进入b，最终到达平衡状态。

在此过程中( )
．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度不变
D．气体压强变大，温度不变
E．单位时间内撞击容器壁的分子数减少
[解析] 绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0，稀薄
气体向真空扩散时气体没有做功，W＝0，根据热力学第一定律稀薄
气体的内能不变，那么温度不变，稀薄气体扩散体积增大，根据玻意耳
定律可知，气体的压强必然变小，故A、D错误，B、C正确；温度
不变，分子的平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击容器壁
的分子数减少，故E正确。

[答案] BCE
理想气体内能变化的判定
对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规那么热运动的动能，这时内能只与温度有关，故判定一定质量的理想气体内能是否变化，应看温度是否发生了变化，与体积无关。

1．(2021·上海模拟)一定质量的理想气体，经过一个绝热膨胀过
程，那么此过程中理想气体的( )
A．内能增大 B．温度升高
C．压强减小 D．对外界不做功
解析：选C 因气体绝热膨胀，故气体对外做功，压强减小，但
没有热交换，由热力学第一定律可知，气体内能减小，故A、D错误，
C正确；理想气体不计分子势能，故内能只与温度有关，因内能减小，
故温度降低，那么可知分子的平均动能减小，C正确。

2.(2021福·建高考)如下列图，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，那么( )
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：选C
p a V a p c V c
p
b V b
由理想气体状态方程可知
T
a
＝T
c
＝T
b
，
即
2p0·V0＝p0·2V0，得T
c＝T b，那么气体在b、c状态内能相等，因a到Tc Tb
b和a到c的U相同；而a到c过程中气体体积不变，W＝0，a到
b过程中气体膨胀对外做功，W<0，根据热力学第一定律 U＝Q＋W
可知a到b的吸热Q ab大于a到c的吸热Q ac，即Q ab>Q ac，选项C正
确。

考点二
热力学第二定律
1．两类永动机的比较
第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃从单一热库吸收热量，使
料，却能不断地对外之完全变成功，而不产生
做功的机器其他影响的机器
不违背能量守恒，违背热违背能量守恒，不可
能制成
力学第二定律，不可能制
成
2.热力学第二定律的涵义
(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。

3．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程
的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

4．热力学过程方向性实例
热量Q能自发传给
(1)高温物体热量Q不能自发传给低温物体。

能自发地完全转化为
(2)功不能自发地且不能完全转化为热。

(3)气体体积V1不能自发收缩到能自发膨胀到气体体积V2(较大)。

(4)不同气体A和B不能自发别离成能自发混合成混合气体AB。

[典题2] [多项选择](2021南·昌模拟)以下表达和热力学定律相关，其中正确的选项是( )
．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
B．能量耗散过程中能量不守恒
C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违
背了热力学第二定律
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具
有方向性
E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
[解析] 第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功，违
背了能量守恒定律，所以不可能制成，故A正确；能量耗散过程中
能量也守恒，故B错误；电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的
热量传到外界，是由于压缩机做功，并不违背了热力学第二定律，故
错误，能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确；根据热力学第二定律可知：气体不可能从单一热源吸热，并全部用来对外做功，而不引起其它变化，假设引起外界变化那么可以，故E正确。

[答案] ADE
1．[多项选择](2021呼·伦贝尔模拟)以下说法正确的选项是( )
A．随着科学技术的开展，制冷机的制冷温度可以降到－280
℃B．随着科学技术的开展，热量可以从低温物体传到高温物体
C．随着科学技术的开展，热机的效率可以到达100%
D．无论科技怎样开展，第二类永动机都不可能实现
E．无论科技怎样开展，都无法判断一温度升高的物体是通过做
功还是热传递实现的
解析：选BDE 热力学温度与分子的平均动能成正比，分子热
运动的平均动能不可能为零，制冷机的制冷温度不可以降到－273℃
以下，故A错误；随着科学技术的开展，热量可以从低温物体传到
高温物体，故B正确；根据热力学第二定律，热机的效率不可以达
到100%，故C错误；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的
功而不产生其他影响，即第二类永动机都不可能实现，故D正确；
做功和热传递都可以改变物体的内能，无论科技怎样开展，都无法判
断一温度升高的物体是通过做功还是热传递实现的，故E正确。

2．关于两类永动机和热力学的两个定律，以下说法正确的选项是
( )
．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一
定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能
的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析：选D第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，
但U＝W＋Q可以等于零，C错误；由热
力学第二定律可知D中现象是可能的，但
会引起其他变化，D正确。

气体实验定律与热力学第一定律
考点三
的综合
[典题
3 ](2
021
·兰
州模拟
)一定质量的理想气体体
积
V与热力学
温
度T的关系图象如下列图，气体在状态A时的压强pA＝p0，温度
TA＝T0，线
段AB与V轴平行，BC的延长线过原点。

求：
(1)气体在状态B时的压强p B；
(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，对外界做的功为 10J，
该过程中气体吸收的热量为多少；
(3)气体在状态C时的压强p C和温度T C。

[解析] (1)A到B是等温变化，压强和体积成反比，根据玻意耳
定律有
pAVA＝pBVB
p0
解得p B＝
2
(2)状态A至状态B过程是等温变化，气体内能不变，即U＝0
气体对外界做功W＝－10J
根据热力学第一定律有U＝Q＋W
解得Q＝－W＝10J
(3)由B到C等压变化，根据盖吕萨克定律得
V
B
V
C
T
B
＝
T C
T0解得TC＝2
因为B到C等压变化，所以p＝p
＝
p0 C
2
p0p0
T 0
[答案](1)2(2)10J (3
)22
1．[多项选择](2021河·池期末)图示是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。

假设封闭气体为理想气体且与外
界没有热交换，那么向下压a的过程中，瓶内气体( )
A．内能增大 B．体积增大 C．压强增大
D．温度升高 E．分子间作用力增大
解析：选ACD 当向下压活塞a时，压力对气体做功，气体与
外界又没有热交换，由热力学第一定律得瓶内气体的内能增大，故A
正确；向下压a的过程中，气体的体积减小，故B错误；一定质量
pV 的气体，内能增大，温度升高，体积减小，根据理想气体状态方程T
C得知气体的压强增大，故C、D正确；据题瓶内气体为理想气体，那么气体分子间的作用力为零，不变，故E错误。

2.如下列图，内壁光滑的圆柱形金属容器内有一个质量为m、面
积为S的活塞。

容器固定放置在倾角为θ的斜面上。

一定量的气体被密封在容器内，温度为T0，活塞底面与容器底面平行，距离为h。

已
知大气压强为p0，重力加速度为g。

(1)容器内气体压强为________。

h
(2)由于环境温度变化，活塞缓慢下移2时气体温度为
________；此过程中容器内气体________(填“吸热〞或“放热〞)，
气体分子的平均速率________(填“增大〞、“减小〞或“不变〞)。

解析：(1)容器内气体的压强与大气压和活塞的重力有关。

活塞
对气体产生的压强为p′＝mgcosθ，那么容器内气体的压强p＝p0＋p′
S
mgcosθ
＝p0＋
S。

V0V1
(2)环境温度变化，活塞缓慢下移，可认为是等压变化，那么
T0＝T1，
T0
且V0＝2V1，解得T1＝2。

在此等压变化过程中，气体温度降低，内能减少；气体体积减小，
外界对气体做功，由热力学第一律U＝Q＋W知气体放出热量，气体分子的平均速率减小。

mgcosθ
T 0
答案：(1)p0
＋S(2)2放
热减小
3.如下列图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质
量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为0、压强为0
的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度。

：气体内能U
与温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。

求：
(1)气缸内气体与大气到达平衡时的体积 V1；
(2)在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q。

解析：(1)在气体由p＝0下降到p0的过程中，气体体积不变，
温度由T＝0变为T1，由查理定律得
T1 p0
V T＝p
解得T1＝2T0
在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小
到V1，气体压
T1
强不变，由盖—吕萨克
定律得V1＝T0
V
解得V1＝2
(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为 W＝p0Sh＝p0(V－
V1)
在这一过程中，气体内能的减少量为
U＝α(T1－T0)
由热力学第一定律得，气缸内气体放出的热量为Q＝W＋U
解得Q＝p0V＋αT
2 0
答案：(1)V(2)p0V＋αT
2 2 0
专题突破训练
1．(2021·延庆模拟)对于一个热力学系统，以下说法正确的选项是
( )
．如果外界对它传递热量那么系统内能一定增加
B．如果外界对它做功那么系统内能一定增加
C．如果系统的温度不变那么内能一定不变
D．系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的
和
解析：选D物体吸收热量，可能同时对外做功，内能不一定增加，故A错误；外界对物体做功，物体可能同时放热，物体的内能不一定增加，故B错误；如果系统的温度不变，物态发生变化，那么内能一定变化，故C错误；根据热力学第一定律，系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和，故D正确。

2．(2021·珠海模拟)在一锅正在沸腾的水中，一个小气泡由底层
缓慢地升到液面，上升过程中气泡的压强不断减小，那么气泡在上浮过
程中( )
A．内能增大 B．内能减小
C．外界对气泡做功D．吸收热量
解析：
选
D气泡缓慢上升的过程中，外部的压强逐渐减小，由
于外部恒温，根
据pV
T＝C，所以体积增大，气泡膨胀对外做功，温度不变，那么内能不变，故A、B错误；根据热力学第一定律可得，
U＝Q＋W知，气泡内能不变，同时对外做功，所以必须从外界吸收
热量，故C错误，D正确。

3．(2021·东城区模拟)有关热现象，以下说法正确的选项是( )
．固体很难被压缩，是因为固体分子间有间隙
B．物体的内能增加，一定因为吸收了热量
C．物体吸收了热量，温度一定升高
D．任何热机的效率都不可能到达100%
解析：选D根据分子动理论的内容可知，固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用，故A错误；做功和热传递都可
以改变物体的内能，物体的内能增加，不一定因为吸收了热量，故B错误；如果气体从外界吸收热量，同时气体对外做功，气体内能可能不变，那么温度不变，故C错误；根据热力学第二定律，任何热机的效率都不可能到达100%，故D正确。

4．(2021·梅州模拟)小红和小明打乒乓球不小心把乒乓球踩扁了，
小明认真观察后发现外表没有开裂，于是把踩扁的乒乓球放在热水里
泡一下，根本恢复了原状。

乒乓球内的气体可视为理想气体，对于乒
乓球恢复原状的过程，以下描述中正确的选项是( )
．内能变大，球内气体对外做正功的同时吸热
B．内能变大，球内气体对外做正功的同时放热
C．内能变大，球内气体对外做负功的同时吸热
D．内能变小，球内气体对外做负功的同时放热
解析：选A 乒乓球内的气体受力膨胀，故对外做功，故W＜0，
气体温度升高，故内能增加，故U＞0，根据热力学第一定律公式U＝Q＋W，Q＞0，即吸收热量，故A正确，B、C、D错误。

5．对于一定量的理想气体，以下说法正确的选项是( )
．假设气体的压强不变，其内能一定不变
B．假设气体的内能不变，其状态一定不变
C．假设气体的温度随时间不断升高，其压强一定不断增大D．当气体温度升高时，气体的内能一定增大
解析：选D 对于理想气体而言，内能是由温度决定的，根据理
pV
想气体状态方程，T＝C可知，当压强不变时，其温度不一定不发生
变化，因此内能不一定不变，A错误；而反过来，内能不变只能说明
温度不变，可能发生等温变化，也就是气体状态可能发生变化，B错
pV
误；根据理想气体状态方程，T＝C，温度升高，只能是pV乘积变
大，至于压强可能增加也可能减小，C错误；内能是由温度决定的，
当温度升高时，内能一定增加，D正确。

6．[多项选择](2021宜·昌模拟)关于热力学定律，以下说法正确的选项是
( )
．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
B．一定量气体，吸热200J，气体对外做功220J，内能减少20
C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体
D．利用高科技手段，可以将流散到周围环境中的内能重新收集
起来加以利用而不引起其他变化
E．一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，那么
吸收的热量大于增加的内能
解析：选BCE 第二类永动机不违反了能量守恒定律，但违反
了热力学第二定律，故A错误；气体对外做功220J，W＝－220J，
吸收200J热量，Q＝200J，根据热力学第一定律U＝Q＋W得U
＝－20J，即内能减少20J，故B正确；根据热力学第二定律，热量
能够自发地从高温物体传到低温物体，故C正确；根据热力学第二定律利用高科技手段，不可能将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化，故D错误；一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，体积增大，对外做功，所以吸收的热量大于增加的内能，故E正确。

7．[多项选择](2021贵·州模拟)以下有关热现象的说法，正确的选项是
( )
．不是所有符合能量守恒定律的过程都能发生
B．一切与热现象相关的宏观自然过程都是不可逆的
C．到达热平衡的两个系统，其内能相等
D．将吸收的热量全部用来对外做功的热机是不存在的
E．在绝热过程中，外界对系统做功的大小决定了系统内能的大
解析：选ABD 符合能量守恒定律的过程并不一定能发生，还
要符合热力学第二定律的过程才能发生，故A正确；根据热力学第
二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故B正
确；到达热平衡的两个系统，温度相等，但内能不一定相等，故 C
错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，所以将吸收的热量全部用来对外做功的热机是不存在的，故D正确；在绝热过程中，根据热力学第一定律可知外界对系统做功的大小决定了系统内能的变化量，而不是决定内能的大小，故E错误。

8．[多项选择](2021衡·水模拟)有关热学的说法，正确的选项是( )
．布朗运动的实质就是分子的热运动
B．气体温度升高，分子的平均动能一定增大
C．随着科技的进步，物体的温度可以降低到－300℃
D．热量可以从低温物体传递到高温物体
E．对物体做功，物体的内能可能减小
解析：选BDE 布朗运动就是微粒的运动，它间接反响了液体
分子做无规那么运动，故A错误；温度是分子平均动能的标志，温度
越高，分子的平均动能越大，故B正确；0K(－273℃)是不可能达
到的，所以－300℃是不可能到达的，故 C错误；热量在一定的条
件下，可以从低温物体传递到高温物体，故D正确；根据热力学第
一定律可知，对物体做功的同时，假设放出热量，其内能不一定增加，
故E正确。

9．[多项选择](2021全·国新课标Ⅰ)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图象如下列图。

以下判断正确的选项是( )
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中外界对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
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