2019高三物理二轮练习资料-热力学定律与能量守恒_图文

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3．两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
不消耗能量却可以源源不 从单一热源吸热，全部用来对外做
断地对外做功的机器
功而不引起其他变化的机器
违背能量守恒，不可能实 不违背能量守恒，违背热力学第二
现
定律，不可能实现
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【跟踪训练】 5．(双选)下列说法中正确的是( ) A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以 实现的 C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D. 一切物理过程都不可能自发地进行
说明：(1)第一种是按照热传导过程的方向性表述的，第二 种则是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的．这两种 表述是等价的，都揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有 关的实际宏观过程都是不可逆的．
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(2)热力学第一定律和热力学第二定律是热力学知识的基 础理论．热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒，而 对过程没有限制．热力学第二定律指明哪些过程可以发生，哪 些不可以发生．如第二类永动机不可能实现，宏观的实际的热 现象过程是不可逆的．
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解析 冰箱靠消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部 制冷的，把冰箱与房间看作一个系统，打开冰箱门后，冰箱与 房间内的热交换发生在系统内，系统内部不引起总能量的变 化．但系统消耗电能增加了系统的总能量，冰箱正常工作，根 据能的转化与守恒定律知．增加的系统能量转化为内能使房间 的温度升高，故选 B.
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4．如图所示，用一根与绝热活塞相连的细线将绝热汽缸 悬挂在某一高度静止不动，汽缸开口向上，缸内封闭一定质量 的气体，缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气，现将细线剪断， 让汽缸自由下落，则下列说法正确的是( )
A．气体压强减小，气体对外界做功 B．气体压强增大，外界对气体做功 C．气体体积减小，气体内能减小 D．气体体积增大，气体内能减小
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(4)容易出错的几种特殊情况． ①若是绝热过程，则 Q＝0、W＝ΔU，即外界对物体做的 功等于物体内能的增加； ②若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热 量等于物体内能的增加； ③若过程的始末状态物体的内能不变，即 ΔU＝0，则 W＋ Q＝0 或 W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
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【答案】CD 【解析】由于单摆在阻尼振动过程中克服空气阻力做功， 使空气内能增加，据能量的转化和守恒定律知：系统的机械能 不断减少，减少的机械能转化为内能．
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考点三 热力学第二定律 1．一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体， 而不引起其他变化．
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2．另一种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部 用来做功，而不引起其他变化．
一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式的比较
2019高三 物理二轮练
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2.温度、内能、热量、功的区别
概 念
温度
内能
物体分子平均动能 物体内所
涵 大小的标志，对个别 有分子动
义 分子来说，温度没有 能和势能
意义
的总和
热量
热传递 过程中 内能的 改变量
功
机械能或其他 形式的能和内 能之间的转化
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注意：①能的转化和守恒定律是自然界的普遍规律，违背 该定律的第一类永动机是永远无法实现的．
②物质不同的运动形式对应着不同形式的能，各种形式的 能可以相互转化或转移．
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在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰
箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化( )
A．降低
B．升高
C．不变
D．无法确定
一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止；在这个 过程中机械功全部转化为热量，外界条件发生变化时，热量也 可以全部转化为机械功；例如在等温膨胀过程中，系统吸收的 热量全部转化为对外界做的功，选项 C 错误．D 正确．
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【答案】B 【解析】在没有剪断线前，汽缸内密封气体的压强 p＝p0 －GS汽缸；剪断线后，汽缸及活塞组成的系统做自由落体运动， 完全失重，所以 p′＝p0，即压强增大，故 A 错．剪断线后， 由于气体压强增大到等于大气压，活塞相对汽缸向下运动，气 体体积减小，外界对气体做功，故 B 对．由热力学第一定律可 知，气体内能增大，故 C、D 错．
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【答案】C 【解析】根据实验，快速压下活塞时，棉花燃烧起来，说 明玻璃筒内温度升高，内能增加，这一过程是通过做功实现的．
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考点二 能量转化与能量守恒定律的应用 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，这就是能量守恒定律．
答案 B
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一题一得 1.气体压强的产生的微观原因；2.分子势能与分 子力做功关系；3.热力学第一定律的理解；4.理想气体与实际 气体区别．
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(2010·广州一模)把浸有乙醚的一小块棉花放 在厚玻璃筒内底部，快速压下活塞时，棉花燃烧起来，此实验 说明( )
A．做功使管内气体热量增加 B．热传递不能改变物体的内能 C．做功改变了管内气体的内能 D．热传递改变了管内气体的热量
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式中外界对物体做功，W＞0；物体对外做功，W＜0；物 体吸热，Q＞0；物体放热，Q＜0；物体内能增加，ΔU＞0；物 体内能减少，ΔU＜0.
热力学第一定律说明了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 的．
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(2011·广州调研)某一密闭器中密封着一定质量的某 种实际气体，气体分子间的相互作用力表现为引力．关于实际 气体的下列说法中正确的是( )
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(3)热力学第二定律的微观解释 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．这是热力学第二定律的微观意义． ②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一 个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大 代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方 向发展．
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、热力学第二定律 能量守恒定律
1．热力学第二定律 (1)两种表述． ①按热传递的方向性来表述：热量不能自发地从低温物体 传到高温物体． ②按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单 一热源吸收热量，使之完全变成功而不产生其他影响． (2)热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观 过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规 律．
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2．能量守恒定律 (1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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．在转化或转移的过程中其总量保持不变．这就是能的转化 和守恒定律．
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(2)对能量守恒定律的理解： ①某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少 量与增加量相等． ②某个物体能量的减少，一定存在其他物体能量的增加， 且减少量和增加量一定相等． ③在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清过程 中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态确定 ΔE 增、 ΔE 减各为多少，再由 ΔE 增＝ΔE 减列式计算．
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3．(双选)某体育馆内有一恒温游泳池，水温等于室温，现 有一个气泡从水池底部缓缓上升，那么在上升过程中，泡内气 体(可视为理想气体)( )
A．分子间的平均距离减小 B．分子平均动能减小 C．不断吸热 D．压强不断减小 【答案】CD
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【解析】气泡处在恒温的水池中，可认为温度不变，故平 均动能不变，选项 B 错误；气泡从水池底部缓缓上升过程中， 其压强在不断减小，由气体压强的微观解释可知，体积必在增 大，对外做功，而温度不变，对理想气体而言，其内能不变， 由热力学第一定律知，气体必不断从外部环境中吸热，故选项 A 错误，C、D 正确．
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考点一 热力学第一定律——考查吸、放热情况 做功和热传递都可以改变物体的内能，做功和热传递对改 变物体的内能是等效的．但是功和热量都不是能量的一种形 式．功是能量转化的量度，热量是在热传递过程中内能转移多 少的量度．功和热量都是过程量，只有在能量转化或转移过程 中表现出来．热力学第一定律是表示功、热量和内能改变之间 的定量关系的规律，其表达式是：ΔU＝Q＋W，即一个热力学 系统内能的增量 ΔU，等于系统与外界交换的热量 Q 和所做的 功 W 之和．
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下列说法中正确的有( ) 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，也可能从低温物 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，热量也可能全部转化为 机械功
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解析 根据热传递的规律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 吸取热量传到高温物体上去，制冷机(例如冰箱和空调)就是这 样的装置．但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选 项 A 错误，B 正确．
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【答案】AC 【解析】由热力学第二定律和能量守恒定律易判断 A、C 是正确的．
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6．关于对永动机的认识，下列说法正确的是( ) A．第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律， 所以都不可能制成 B．第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机没 有违背能量守恒定律，因此，随着科学技术的迅猛发展，第二 类永动机是可以制成的 C．第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违 反了热力学第二定律，这两类永动机都不可能制成 D．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的 美好设想，是永远不会实现的
答案 B
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一题一得 解决此类题目的关键是：1.正确选择解题的突破 点——能量守恒定律；2.弄清能量转化过程中有哪些形式的能 参与转化或转移及它们间是如何转化或转移的．
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(双选)自由振动的单摆振幅逐渐减小，对于 这一事实，下列说法正确的是( )
A．系统机械能守恒，动能和势能相互转化 B．系统内能守恒，温度和体积保持不变 C．系统的机械能不断减少，最后变为零 D．系统总能量守恒，减少的机械能转化为内能
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【跟踪训练】 1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是( ) A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能 小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等 D．热量是热传递过程中内能转移的量度
【答案】D
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2．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是( ) A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减小 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 【答案】C
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(3)热力学第二定律反映了热传递和能量转化的方向性，表 明有大量分子参与的宏观过程都是不可逆的，自然界中进行的 涉及热现象的宏观过程都具有方向性，宣告了想从单一热源吸 取热量，使之全部转化为有用功而不产生其他影响的第二类永 动机是不可能制成的．任何热机的效率都不可能达到 100%.能 量耗散从能量角度揭示了一切有关热现象的实际宏观过程都 是不可逆的．
过程
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3.热力学第一定律 (1)内容：物体内能的增量 ΔU 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＝ΔU.
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(3)符号法则． ①功 W>0，外界对系统做功；W<0，系统对外界做功； ②热量 Q＞0，物体吸热；Q＜0，物体放热； ③内能 ΔU＞0，内能增加；ΔU＜0，内能减少． 在应用热力学第一定律时，应注意分清 W、Q 的正负号， 以便准确地判断 ΔU 的正、负．
A．在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁的顶 部没有作用力
B．若气体膨胀对外界做功，则分子势能一定增大 C．若气体被压缩，外界对气体做功，则气体内能一定增 加 D．若气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，则 气体分子的动能一定不变
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解析 在完全失重的情况下，密闭容器内的气体仍然有压 强，气体对器壁的顶部有作用力，所以 A 错误；体积膨胀，分 子间距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增加，B 正确； 外界对气体做功，但气体有可能向外界放热，所以内能的变化 情况不能确定，C 错误；气体从外界吸收的热量等于膨胀对外 界做的功，所以内能不变，但分子势能增大了，所以分子动能 一定减小，即 D 错误．