选修3-3第3讲 热力学定律
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第3讲 热力学定律
梳理深化 强基固本
多维课堂 热点突破
热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式 (1) 做功 ；(2)热传递． 2．热力学第一定律
(考纲要求 Ⅰ)
(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：ΔU＝ (3)ΔU＝
Q＋.W
Q＋W 中正、负号法则：
气筒从外界吸热．
(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功．
( × ) ( √)
梳理深化 强基固本
多维课堂 热点突破
基础自测 1． ( 单选 ) 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程( A．气体从外界吸收热量2.0×105 J )．
梳理深化 强基固本
多维课堂 热点突破
物理量 意义
W 外界对物 体做功
Q 物体 吸收 热量 物体 放出 热量
ΔU 内能 增加 内能 减少
符号
＋ －
物体对外 界做功
梳理深化 强基固本
多维课堂 热点突破
能量守恒定律
1.内容
(考纲要求 Ⅰ)
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，或者是从一个物体 转移 的过程中其 总量 保持不变 到别的物 体，在 转化 或 转移
梳理深化 强基固本
多维课堂 热点突破
思维深化 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．
(1) 为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量做功
和热传递的实质是相同的． ( × )
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变． ( ×) (3) 在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打
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解析
向下压活塞，力F对气体做功，气体的内能增加，温度升
高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故选项C正确．
答案 C
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4．以下哪些现象可能发生？哪些现象不可能发生？不可能发生
的现象是否违背热力学第二定律？( )．
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热． B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能． C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水
答案 B
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2．(单选)木箱静止于水平地面上，现在用一个 80 N的水平推力
推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木 箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是( A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J 解析 由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的 )．
一方面热蒸汽与周围环境存在温度差，蒸汽机会向周围环境散
热．所以，蒸汽机把蒸汽的内能全都转化为机械能，违背热力学 第二定律，是不可能的．C.可能．浑水变清，泥沙下沉，重心下
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降，总的重力势能减少，最终转化为内能，而机械能全部转化成
内能是可能的．D.可能．冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物 体的热量传到箱外．
塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动 一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩 擦力，则被密封的气体________．(填选项前的字母) A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加
图3－1
2．条件性
能量守恒定律是自然界的 普遍规律 ，某一种形式的能是否 守恒是有条件的． 3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了 能量守恒定律 ．
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热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
(考纲要求 Ⅰ)
(1)克劳修斯表述：热量不能 自发地 体．
从低温物体传到高温物
B．气体向外界放出热量2.0×105 J
C．气体从外界吸收热量6.0×104 J D．气体向外界放出热量6.0×104 J 解析 根据热力学第一定律， W ＋ Q ＝ ΔU ，所以 Q ＝ ΔU － W
＝－ 1.3×105J － 7.0×104J ＝－ 2.0×105J ，即气体向外界放出
热量2.0×105J.
(3)该气体从状态 A到状态C的过程中是吸热，还是放热？传递的 热量是多少？
解析 pA pB (1)对于理想气体：A→B，由T ＝T A B
乘积为系统的内能的大小，即U＝60×10 J＝600 J，由能量守
恒定律可得Ek＝W总－U＝80×10 J－600 J＝200 J．故正确答 案为B. 答案 B
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3．(单选)如图3－1所示，一定质量的理想气体密封在绝热 (即与
外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活
(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”． 2．用熵的概念表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个 孤立系统的总熵不会 减小 ．
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多维课堂 热点突破
3．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序性 增 大 的 方 向 进 行． 4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了 热力学第二定律 ．
变清，泥、水自动分离．
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体．
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解析
A．不可能．因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能
增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到 茶中，违背热力学第二定律，所以这是不可能发生的现象．B.不 可能．蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活 塞做功．这一过程中，一方面由于活塞摩擦气缸而产生热能，另
答案
见解析
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5．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态
C，其状态变化过程的p－V图象如图3－2所示．已知该气体在
状态A时的温度为27 ℃则：
图3－2
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(1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃？
(2)该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？
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热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式 (1) 做功 ；(2)热传递． 2．热力学第一定律
(考纲要求 Ⅰ)
(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：ΔU＝ (3)ΔU＝
Q＋.W
Q＋W 中正、负号法则：
气筒从外界吸热．
(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功．
( × ) ( √)
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基础自测 1． ( 单选 ) 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程( A．气体从外界吸收热量2.0×105 J )．
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物理量 意义
W 外界对物 体做功
Q 物体 吸收 热量 物体 放出 热量
ΔU 内能 增加 内能 减少
符号
＋ －
物体对外 界做功
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能量守恒定律
1.内容
(考纲要求 Ⅰ)
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，或者是从一个物体 转移 的过程中其 总量 保持不变 到别的物 体，在 转化 或 转移
梳理深化 强基固本
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思维深化 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．
(1) 为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量做功
和热传递的实质是相同的． ( × )
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变． ( ×) (3) 在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打
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解析
向下压活塞，力F对气体做功，气体的内能增加，温度升
高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故选项C正确．
答案 C
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4．以下哪些现象可能发生？哪些现象不可能发生？不可能发生
的现象是否违背热力学第二定律？( )．
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热． B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能． C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水
答案 B
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2．(单选)木箱静止于水平地面上，现在用一个 80 N的水平推力
推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木 箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是( A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J 解析 由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的 )．
一方面热蒸汽与周围环境存在温度差，蒸汽机会向周围环境散
热．所以，蒸汽机把蒸汽的内能全都转化为机械能，违背热力学 第二定律，是不可能的．C.可能．浑水变清，泥沙下沉，重心下
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降，总的重力势能减少，最终转化为内能，而机械能全部转化成
内能是可能的．D.可能．冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物 体的热量传到箱外．
塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动 一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩 擦力，则被密封的气体________．(填选项前的字母) A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加
图3－1
2．条件性
能量守恒定律是自然界的 普遍规律 ，某一种形式的能是否 守恒是有条件的． 3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了 能量守恒定律 ．
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热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
(考纲要求 Ⅰ)
(1)克劳修斯表述：热量不能 自发地 体．
从低温物体传到高温物
B．气体向外界放出热量2.0×105 J
C．气体从外界吸收热量6.0×104 J D．气体向外界放出热量6.0×104 J 解析 根据热力学第一定律， W ＋ Q ＝ ΔU ，所以 Q ＝ ΔU － W
＝－ 1.3×105J － 7.0×104J ＝－ 2.0×105J ，即气体向外界放出
热量2.0×105J.
(3)该气体从状态 A到状态C的过程中是吸热，还是放热？传递的 热量是多少？
解析 pA pB (1)对于理想气体：A→B，由T ＝T A B
乘积为系统的内能的大小，即U＝60×10 J＝600 J，由能量守
恒定律可得Ek＝W总－U＝80×10 J－600 J＝200 J．故正确答 案为B. 答案 B
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3．(单选)如图3－1所示，一定质量的理想气体密封在绝热 (即与
外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活
(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”． 2．用熵的概念表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个 孤立系统的总熵不会 减小 ．
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3．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序性 增 大 的 方 向 进 行． 4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了 热力学第二定律 ．
变清，泥、水自动分离．
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体．
梳理深化 强基固本
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解析
A．不可能．因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能
增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到 茶中，违背热力学第二定律，所以这是不可能发生的现象．B.不 可能．蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活 塞做功．这一过程中，一方面由于活塞摩擦气缸而产生热能，另
答案
见解析
梳理深化 强基固本 多维课堂 热点突破
5．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态
C，其状态变化过程的p－V图象如图3－2所示．已知该气体在
状态A时的温度为27 ℃则：
图3－2
梳理深化 强基固本
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(1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃？
(2)该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？