第十章 热力学定律
大学物理第10章 热力学第一定律08-2
O V1
V2
R( T2 T1 )
V
i (5)内能增量： E R( T2 T1 ) CV ( T2 T1 ) 2
(6)吸热： Qp E A ( CV R )(T2 T1 ) C P (T2 T1 ) 等压膨胀过程中，A＞0，△E＞0，气体吸热QP＞0 等压压缩过程中，A＜0，△E＜0，气体放热QP＜0
i 1. 25 5 E RT 8. 31 1 927 ( J ). 2 0.028 2
Q E A 927 371 1298 ( J ).
二、 热 容
系统和外界之间的热传递通常 会引起系统本身温度的 变化 。这一温度的变化和热传递的关系用热容表示 。 1、摩尔热容 •定义： 一摩尔物质温度升高1K所吸收的热量，称为 该物质的摩尔热容。符号:Cm (可简记为C)
无论过程是准静态 的还是非静态的
绝热膨胀，气体对外做功， 其内能减少；温度降低
dQ 0, dA dE
绝热压缩，外界对气体做功， 其内能增加；温度升高。
(2).绝热准静态过程的过程方程（推导） 理想气体状态方程: PV RT VdP PdV RdT dA PdV dE CVVdP CV PdV RPdV PdV C dT
dQ C dT
•特性： ① 物质固有属性；
单位： J / mol K
② 因热量是过程量，所以C与过程有关: 系统压强保持不变的过程中的热容叫定压热容CP。
系统体积保持不变的过程中的热容叫定体热容CV。
2、定体摩尔热容 一摩尔理想气体在等体积过程中温度升高1K所吸 收的热量称为理想气体的定体摩尔热容
(A)T
V2 V2 V1
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章 热力学定律(人教版)
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章热力学定律(人教版)高中物理选修3-3知识点总结：第十章热力学定律（人教版）冷热变化是最常见的一种物理现象，本章主要将的就是热力学的有关问题，其中热力学的第一和第二定律是比较重要得，对于能量守恒定律必须要深刻的理解。
考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。
Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。
要求Ⅰ：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第二定律的微观结构等内容。
要求Ⅱ：这一章这项要求考察比较少。
知识网络：内容详解：一、功、热与内能●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。
●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。
●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。
●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。
二、热力学第一定律、第二定律●第一定律表述：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作的功的和。
表达式uWQ符号+-W外界对系统做功系统对外界做功Q系统从外界吸热系统向外界放热u系统内能增加系统内能减少●第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。
另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。
●应用热力学第一定律解题的思路与步骤：一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。
三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。
高中物理 第十章 热力学定律 第5、6节 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展讲义(含解析)新
第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展1.热力学第二定律的微观意义：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。
2．热力学第二定律可叫做熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
3．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降低为不大可用的低品质形式。
一、热力学第二定律的微观解释1．有序、无序一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。
2．宏观态、微观态系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态。
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．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝k ln Ω，k叫做玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。
S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵。
(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
二、能源和可持续发展1．能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
(2)各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能自动发生、全额发生的。
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
2．能源和环境1．自主思考——判一判(1)熵越小，系统对应的微观态就越少。
(√)(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会增加。
(×)(3)大量分子无规则的热运动能够自动变为有序运动。
(×)(4)能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质的降低。
高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律课件新人教版选修33
(2)第二类永动机：只有单一热源，从单一热源吸收 热量，可以全部用来做功的热机叫第二类永动机，它不 违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，所以不能 实现．
2．热力学第二定律的第二种表述，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．
判断正误
1．在有些情况下热机的效率可以达到 100%.(×) 2．第二类永动机不可能做成的原因，违反了能量守 恒定律．(×)
解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A 对．第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现， B 错．在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传 到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C 对、D 错．
答案：AC
知识点二 热力学第二定律的第二种表述
提炼知识 1．热机． (1)热机的效率 η：热机输出的机械功与燃料产生的热 量的比值，用公式表示为 η＝WQ 热机的效率不可能达到 100%．
(2)“不产生其他影响”的含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)“ 单 一 热 库 ” ： 指 温 度 均 匀 并 且 恒 定 不 变 的 系 统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构 成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作， 从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海 水上下温度不同来发电．
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了 时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低 温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响， 不论用任何的办法都不可能加以消除．
2．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，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． 3．热力学第二定律的其他描述： (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性． (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的． (3)第二类永动机是不可能制成的．
D10热力学定律
第十章 热力学定律一 选择题1、对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比W / Q 等于(A) 2/3． (B) 1/2．(C)2/5 (D) 2/7． 答案【D 】 难度系数【0.1】2、一定量的理想气体，从p －V 图上初态a 经历(1)或(2)过程到达末态b ，已知a 、b 两态处于同一条绝热线上(图中虚线是绝热线)，则气体在 (A) (1)过程中吸热，(2) 过程中放热． (B) (1)过程中放热，(2) 过程中吸热． (C) 两种过程中都吸热． (D) 两种过程中都放热．答案【B 】 难度系数【0.2】3、一物质系统从外界吸收一定的热量，则(A) 系统的温度一定升高． (B) 系统的温度一定降低． (C) 系统的温度一定保持不变．(D) 系统的温度可能升高，也可能降低或保持不变． 答案【D 】 难度系数【0.1】4、根据热力学第二定律可知： (A) 功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功．pVV(B) 热可以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 (C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程． (D) 一切自发过程都是不可逆的． 答案【D 】 难度系数【0.1】5、卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中abcda 增大为ab’c’da ，那么循环abcda 与ab’c’da 所作的净功和热机效率的变化情况是：(A)净功增大，效率提高； (B)净功增大，效率降低； (C)净功和效率都不变； (D)净功增大，效率不变。
答案【D 】 难度系数【0.2】6、根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的是：(A) 热量能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) 功可以全部变为热，但热不能全部变为功； (C) 气体能够自由膨胀，但不能自由压缩；(D) 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量。
10.1-2-3 功和内能、热和内能、 热力学第一定律 能量守恒定律
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。起 初研究电学和磁学. 1840 年在英国皇家学会上宣布 了电流通过导体产生热量 的定律，即焦耳定律.焦 耳测量了热与机械功之间 的当量关系——热功当量， 为热力学第一定律和能量 守恒定律的建立奠定了实 验基础.
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学定律》本概览
第十章 热力学定律
本章概览
三维目标
认识热力学定律的基本观点，了解焦耳实验的原理.
知道什么是内能以及物体内能跟温度和体积有关，内能的变化可以分别由功和热量来量度.
知道内能改变的两种方式，做功和热传递，它们改变物体的内能是等效的.使学生学会用一分为二的观点分析问题.
知道热力学第一定律，能量守恒定律的内容，了解永动机为什么不能制成的原因；会用ΔU=W ＋Q 分析和解决问题.
理解热力学第二定律的两种表述以及热力学第二定律的微观解释；培养人类必须遵循自然界规律的思想.
了解什么是能源，什么是常规能源，能源与人类需求的矛盾；养成热爱自然、节约能源的习惯和意识.提高学生的科学观念和社会责任感.
知识网络
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能量定恒定律符号规则表达式内容热力学第一定律恒定律热力学第一定律能量守热和内能热传递热和内能内能焦耳实验功和内能热力学定律,:U Q W。
高中物理 第十章 热力学定律 第1、2节 功和内能 热和内能讲义(含解析)新人教版选修3-3-新人教
第1、2节功和内能热和内能1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。
3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。
4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。
5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。
一、焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。
2．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。
(2)通过电流的热效应给水加热。
3．实验结论要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。
(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。
2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。
(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。
三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。
(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化。
①公式：ΔU＝Q。
②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。
1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。
(×)(2)内能大的物体含有的热量多。
(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。
(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。
(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。
高中物理第十章热力学定律阶段核心素养提升10课件新人教版选修3-
典例 2 (多选)如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时， 强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内 的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是 ()
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗 了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 答案：BC 解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的 转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根 据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其 他系统做功，A错误，B正确，故选B、C。
第十章
热力学定律
阶段核心素养提升
核心素养脉络构建
核心素养整合提升
一、热力学第一定律及其应用 1．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)与物体从 外界吸热(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号的含义是 解决此类问题的保证。 (1)外界对物体做功，W>0；物体对外界做功，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。
或“D→A”)。若气体在A→B过程中吸收63 kJ的热量，在C→D过程中放出38 kJ的
热量，则气体完成一次循环对外做的功为______kJ。
25
解析：(1)A→B体积增大，气体对外做功，A错误；B→C体积增大，气体对 外做功，W<0，Q＝0，由热力学第一定律，ΔU＝W＋Q知内能减小，温度降 低，分子平均动能减小 ，B错误；C→D ，T不变，V减小，p 增大，C正确； D→A，V减小，外界对气体做功，W>0，Q＝0，ΔU>0，T增大，气体分子平均速 率增大，D错误。
高中物理 功和内能 热和内能
3.发生热传递的条件
结论：当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 时才能发生热传递.
1．关于热传递，下列说法正确的是( B)
A．热传递的实质是热温量度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行
物体间存在温度
差才能发生热传 递.在达到温度相 同后停止热传递
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
其他形 式的能
外界对系统做正功 加入水，水的上方有水蒸气.用带孔橡皮塞把 瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化. 1.系统指的是什么？ 2.出现了什么现象？ 3.为什么会呈现雾状？
1.系统指的是什么？ 实验研究的对象是瓶中的气体 与打气筒中的气体，那么我们 的系统也就是这二部分气体. 2.出现了什么现象？
2．做功和热传递在本质上是不同的： 做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的 转化（不同形式能量间的转化）
热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形 式能量的转移）
四、内能与热量的区别
内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程 中转移的能量，即内能的改变量. 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能.
可能是与外界发生了热传递，也可能 是由于外界对其做功或其对外界做功
二、热和内能
外界没有对系统（水）做 功，只对系统传热，同样 能改变系统的状态.
结论：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.当系统从状态1 经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统 传递的热量Q，即△U=Q.
说明
像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意 义.所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出 了多少热量.
第十章第4节热力学第二定律
第4节 热力学第二定律1.了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．知道具有方向性的过程为不可逆的．2.了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因．3.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．4.尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题．一、热力学第二定律的一种表述1．热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．2．克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性．1．(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．( )(2)热量不会从低温物体传给高温物体．( )(3)由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体．( )提示：(1)√ (2)× (3)×二、热力学第二定律的另一种表述1．热机(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能．第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能．(2)热机的效率：热机输出的机械功W 与燃料产生的热量Q 的比值．用公式表示为η＝W Q． 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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)3．热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(3)第二类永动机是不可能制成的．4．第二类永动机(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机．(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库．2．(1)可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功．( )(2)第二类永动机违背了能量守恒定律．( )(3)第二类永动机违背了热力学第二定律．( )提示：(1)√ (2)× (3)√知识点一对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”的涵义1．“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或不需借助其他物体提供能量等．2．关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．3．“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.(2016·永州高二检测)下列说法正确的是()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，热量不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[解析]机械能可以全部转化为内能，故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项对．[答案] D对热力学第二定律理解的两个误区(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体．热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与．(2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能．机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响．1.(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了()A．热量能自发地从低温物体传给高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性解析：选BD.一切自发过程都有方向性，如热传递，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散．如果在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体——冷冻食品传向高温物体——周围的大气．所以在解答热力学过程的方向性问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的．知识点二热力学第一定律与热力学第二定律的比较1．两个定律的区别：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变．热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程具有不可逆性．2．两个定律的联系：两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律．二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是() A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律[解析]热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现．热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B正确．内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作要消耗电能，故A错误．[答案] B2.(多选)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是()A．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的B．热力学第二定律的两种表述是等效的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，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的解析：选ABD.热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等价的，它与热力学第一定律是各自独立的，故A、B正确．由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W ＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确．典型问题——热机和永动机的比较1．热机(1)热机是把内能转化成机械能的一种装置．例如：蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能．(2)热机的工作原理：工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中．根据能量守恒有Q1＝W＋Q2.(3)热机的效率：η＝WQ1因为Q1＝W＋Q2，所以Q1>W，η<1.这说明热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器中．热机的效率不可能达到100%.2．第一类永动机(1)第一类永动机：不消耗能量，能源源不断地对外做功的一种机器．(2)第一类永动机不可能制成的原因是违背能量守恒定律．3．第二类永动机(1)第二类永动机：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机，效率为100%.(2)第二类永动机不违背能量守恒定律，它不可能制成是因为违背热力学第二定律．(2016·济南高二检测)热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：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；其二：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．第一种表述方式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为图乙示意图中正确的是()[解析]由题图甲可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随着压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温物体，故B正确，A、C、D错误．[答案] B(多选)关于热机和永动机，下列说法中正确的是()A．效率为100%的热机是不可能制成的B．第二类永动机可以制成C．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的D．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是可以实现的解析：选AC.热机在工作过程中，必然向外排出热量，故热机效率小于100%，故A对；由热力学第二定律可得C对，B错；内能要全部转化为机械能，必须借助外界的帮助，因而一定会引起其他变化，故D错．[随堂达标]1．(2016·烟台高二检测)热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程()A．都具有方向性B．只是部分具有方向性C．没有方向性D．无法确定解析：选A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性．2．下列说法正确的是()A．物体放出热量，温度一定降低B．物体内能增加，温度一定升高C．热量能自发地从低温物体传给高温物体D．热量能自发地从高温物体传给低温物体解析：选D.热量和内能之间没有必然的联系，A错；内能和宏观的温度和体积有关，所以B错；热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，所以C错D对．3．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是()A．违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化为机械能，只有机械能才能转化为内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析：选C.机械能和内能的相互转化，必须通过做功来实现．机械能可以自发地转化为内能，但内能不能自发地转化为机械能．4．(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是()A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电流的能不可能全部转变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能D．在传热中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体解析：选ACD.任何热机效率都不可能是100%，故A正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，故D正确．故选ACD.5．下列说法正确的是()A．热量不能由低温物体传递到高温物体B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响解析：选D.根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但在外界帮助下，热量可以从低温物体传到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以选项A错误；外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以选项B错误；第二类永动机不可能制成，虽不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，因此它不可能制成，所以选项C错误；而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，所以选项D正确．[课时作业] [学生用书P103(单独成册)]一、单项选择题1．关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A．热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律B．热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律C．热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果D．由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义解析：选B.热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论推导出来和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的．它揭示了与热有关的宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义．2．热力学定律表明自然界中与热现象有关的宏观过程是()A．有的只遵守热力学第一定律B．有的只遵守热力学第二定律C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律D．所有的都遵守热力学第一、第二定律解析：选D.热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，选项D正确，选项A、B、C错误．3．(2016·海口高二检测)下列说法中，正确的是()A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B．热量不可能由低温物体传给高温物体C．气体的扩散过程具有方向性D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性解析：选C.热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D 错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是能否还产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确．故选C.4．根据热力学定律，下列判断正确的是()A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行解析：选B.热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能说把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错；由热力学第二定律可知，B对；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错．5．下列说法正确的是()A．冰箱能使热量从低温物体传递给高温物体，因此不遵从热力学第二定律B．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等C．自发的热传导是不可逆的D．不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背热力学第一定律解析：选C.有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必须大于室内温度降低所放出的热量．不可能通过给物体加热而使它运动起来，违背了热力学第二定律．6.如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁接触光滑，但不漏气，现将活塞杆缓慢地向右移动，气体膨胀对外做功．已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是()A．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B．气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，因此此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不正确解析：选C.由于气体始终通过汽缸壁与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以汽缸内的气体温度也不变．要保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生．7．下列过程中，可能发生的是()A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C．利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D．两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开解析：选C.根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项正确；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，D项也错误．8．下列有关能量转化的说法中正确的是()A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行D．外界对物体做功，物体的内能必然增加解析：选A.由热力学第二定律的开尔文表述可知，选项A正确．热机效率总低于100%，选项B错误．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何热力学过程一定都满足热力学第二定律，则选项C错误．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，选项D错误．二、多项选择题9．下列哪些现象能够发生，并且不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．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，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解析：选CD.A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生．C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生．10．下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是()A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%解析：选BCD.热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A 不属于热现象，A错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确．11．如图为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是()A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析：选BC.热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C.12．根据热力学第二定律，下列说法正确的是()A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机解析：选AB.热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误．13．下列说法正确的是()A．热传导过程是有方向性的B．第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律C．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化具有方向性D．热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性解析：选AC.根据热力学第二定律和实验事实都说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地由低温物体传给高温物体，所以A 正确；第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何变化，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，所以B错误，C正确；热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性，并不是所有的物理过程都具有方向性，因此D错误．故选AC.14.用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象，正确的说法是()A．这一实验过程不违反热力学第二定律B．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温C．在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能解析：选AB.温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于100%，不违反热力学第二定律．热水温度降低，冷水温度升高，故A、B正确，C、D错误．。
人教版 物理选修3-3 第十章 热力学定律
五. 能源和可持续发展
能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没 有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现 象叫做能量耗散。 品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大 可用的形式叫品质降低。 能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终 转化为低品质的内能。
四. 热力学第二定律的微观解释
1、几个重要概念 1）有序和无序 只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫 做有序；不符合某种确定规则的称为无序。
有序和无序是相对的。
2）宏观态和微观态 宏观态：符合某种规定、规则的状态， 叫做热力学系统的宏观态。 微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、 规则的状态，叫做这个宏观态的微观态。 1）系统的宏观态所对应的微观态越多，此 宏观态的无序程度越大。 2）系统的宏观态所对应的微观态越多，此 宏观态出现的几率越大。 一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有 待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、 太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。
第二类永动机？ 违背热力学第二定律！
注意以下两点》》 1）不管如何表述，热力学第二定律的实质 在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观 过程都是不可逆的。自然过程是按一定方向 进行的。 2）违背热力学第一定律的过程都不可能发 生。不违背热力学第一定律的过程不一定都 可以发生。（可能违背热力学第二定律）
1、热力学第二定律——克劳修斯表述 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
热传递具有方向性！
机械能和内能的转化过程具有方向性！
热机的效率不可能达到100%！
2、热力学第二定律——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。 热力学第二定律的所有表述都是等价的。
2021学年高中物理第10章热力学定律第1节功和内能课件新人教版选修3_3
• (1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的__内__能__增__加。内能的增量就等于外 界对__系__统__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__W____。
• (2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的__内__能__减__少。内能的减少量就等于 系统对__外__界__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__－__W____。
• 『选一选』
• (多项选择)一定质量的气体封闭在绝热的气缸内，当用活 塞压缩气体时，一定增大的BC物D理量有(不计气体分子势能)(
)
• A．气体体积
B．气体分子密度
• C．气体内能 D．气体分子的平均动能
• 解析：外力做功，气体体积减小，分子密度增大，内能增 加，温度升高，分子的平均动能增加。
• 『想一想』
根据理想气体状态方程pTV＝C 可判断压强一定增大，选项 B、D 错误。
〔对点训练〕 如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一个灵敏温度计和一 根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞。用 打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定 程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容
器口后( C )
• “火〞不但可以用来取暖，还可以用来加 热食物，“火〞把人类带入了文明的殿堂 。我们的祖先很早就创造了“钻木取火〞 的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩 赐〞而得到“火〞。
• 你知道“钻木取火〞的道理吗？
提示：做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，机械能 转化为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。
第一节 功和内能
※ ※※
了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理 理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度
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课前预习
高二物理人教版选修3-3第十章 热力学定律单元练习题(含详细答案)
第十章热力学定律一、单选题(1.一定质量的理想气体，在某一状态变化过程中，气体对外界做功8 J，气体内能减少12 J，则在该过程中()A．气体吸热4 JB．气体放热4 JC．气体吸热20 JD．气体放热20 J2.关于一定质量的气体，下列叙述正确的是()A．气体体积增大时，其内能一定减少B．外界对气体做功，气体内能一定增加C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．气体温度升度，其分子平均动能一定增加3.下列现象属于能量耗散的有()A．利用水能发电转化为电能B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C．电池的化学能转化为电能D．火炉把房子烤暖4.一个孤立的热力学系统处于非平衡态和平衡态相比()A．处于非平衡态比处于平衡态有序B．处于平衡态比处于非平衡态有序C．处于非平衡态和处于平衡态有序程度相同D．有序程度要根据其他情况来定5.汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中()A．汽车的机械能守恒B．汽车的动能和势能相互转化C．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒6.下列说法正确的是()A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律7.关于内能的变化，以下说法正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少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8.我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来.其原因是()A．违背了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确9.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走.若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中()A．气体对外做功，气体温度可能不变B．气体对外做功，内能一定减少C．气体压强可能增大，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能一定增加10.下列叙述中不正确的是 ()A．市区禁止摩托车通行是为了提高城区空气质量B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因D．“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一二、多选题11.(多选)关于宏观态与微观态，下列说法正确的是()A．同一系统，在不同“规则”下，其宏观态可能不同B．宏观态越有序，其对应的微观态数目就越多C．一个宏观态往往对应有多个微观态，对应的微观态越多，这个宏观态的无序度越大D．一个宏观态可能是另一宏观态对应的微观态12.(多选)下列对能量耗散理解正确的是()A．能量耗散说明能量在不断减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性13.(多选)下列说法中正确的是()A．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零B．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能为零，内能不为零C．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度要升高D．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度保持不变三、计算题14.如图所示，一直立汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体，活塞横截面积为S，汽缸内壁光滑且缸壁导热良好，开始时活塞被螺栓K固定.现打开螺栓K，活塞下落，经过足够长时间后，活塞停在B点，已知AB＝h，大气压强为p0，重力加速度为g，且周围环境温度保持不变.求：(1)活塞停在B点时缸内封闭气体的压强p；(2)整个过程中通过缸壁传递的热量Q.15.已知无烟煤的热值约为3.2×107J/kg，一块蜂窝煤约含煤250 g，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃).若煤完全燃烧释放出的热有60%被水吸收，求一块蜂窝煤完全燃烧后可将多少水从10 ℃加热到100 ℃？(保留三位有效数字).16.质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ向气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化的关系如图所示.单位时间所吸收的热量可看做不变.(1)以下说法正确的是________.A.在区间Ⅱ，物质的内能不变B.在区间Ⅲ，分子间的势能不变C.从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加D.在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大(2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高________(选填“变快”“变慢”或“快慢不变”).请说明理由.四、填空题17.(1)从6台原装计算机和5台组装计算机中任意选取4台，其中原装和组装各2台的概率是________.(2)a、b两个分子分配在容器A、B里共有________个微观态，每个微观态出现的几率为________.那么N个分子分配在l个容器中，共有________个微观态，每个微观态出现的几率为________.18.关于气体的内能，下列说法正确的是________.A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C.气体被压缩时，内能可能不变D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加19.自发的过程总是倾向于出现较多________对应的宏观态，因此自发的过程总是从________向着________发展的.20.两只相同的容器中装有相同质量、相同温度和相同压强的同种气体，如图所示，A中活塞可以自由无摩擦地移动，B是密闭容器，现同时在同样条件下，对两容器加热，当它们吸收了相同的热量后，A容器中气体的内能__________(填“等于”“大于”或“小于”)B容器中气体的内能.21.(1)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做的功为2.0×105J，同时气体的内能增加了1.5×105J.试问：此压缩过程中，气体________(填“吸收”或“放出”)的热量等于________ J.(2)若一定质量的理想气体分别按如图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是________(填“A”“B”或“C”)，该过程中气体的内能________(填“增加”“减少”或“不变”).答案解析1.【答案】B【解析】改变内能的方式有两种，即热传递和做功，气体内能变化ΔU＝W＋Q，即－12 J＝－8 J ＋Q，可得Q＝－4 J，即气体放热4 J，选项B对.2.【答案】D【解析】做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，选项A、B、C错误.温度是分子平均动能的量度，气体温度升度，其分子平均动能一定增加，选项D正确.3.【答案】D【解析】能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称为能量耗散.本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等.只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新收集并加以利用，但本题没有告诉该光能用来做什么，故不能算能量耗散.火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，属于能量耗散.4.【答案】A【解析】平衡态说明各处一样，没有差别，而无序意味着各处都一样、没有差别，所以，处于平衡态比处于非平衡态无序.5.【答案】C【解析】汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，汽车克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少.6.【答案】C【解析】热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否认以特殊方式利用能量的可能性，故A错；功和内能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的，故B错；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律.7.【答案】C【解析】根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A 错，物体对外做功，还有可能吸收热量、内能可能不变或增大，B错，C正确；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误.8.【答案】C【解析】不同形式的能量可以相互转化，机械能可以转化为内能，在一定的条件下，内能也能转化为机械能，能量的转化都是通过做功来实现的.9.【答案】A【解析】由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变.10.【答案】B【解析】市区禁止摩托车通行是为了减少尾气和废气的排放，从而改善空气质量；氟利昂可造成大气臭氧层空洞，所以推广无氟冰箱；CO2是温室效应的罪魁祸首；“白色污染”亟待解决；故本题的选项为B项.11.【答案】ACD【解析】12.【答案】BD【解析】在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散.能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错，B、D对. 13.【答案】BC【解析】内能与零势能面的选取无关，重力势能与零势能面的选取有关，重力势能为零的静止物体机械能为零，但内能永不为零，A错误，B正确；绝热容器停止运动，内部气体的机械能转化为内能，温度升高，C正确，D错误.14.【答案】(1)p＝p0＋(2)(p0S＋mg)h【解析】(1)设封闭气体的压强为p，活塞受力平衡由p0S＋mg＝pS得p＝p0＋(2)由于气体的温度不变，则内能的变化ΔE＝0由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q，Q＝－(p0S＋mg)h，气体放热.整个过程中通过缸壁传递的热量为(p0S＋mg)h.15.【答案】12.7 kg【解析】煤完全燃烧放出的能量为：Q1＝3.2×107×250×10－3J＝8×106J由题意Q1×60%＝cmΔt，且Δt＝(100－10) ℃＝90 ℃，解得m＝12.7 kg.16.【答案】(1)BCD(2)变快【解析】(1)因为该物质一直吸收热量，体积不变，不对外做功，所以内能一直增加，A错误，D 正确；又因为区间Ⅱ温度不变，所以分子动能不变，吸收的热量全部转化为分子势能，物体的内能增加，理想气体没有分子力，所以理想气体内能仅与温度有关，分子势能不变，B正确；从区间Ⅰ到区间Ⅲ，分子运动的无序程度增大，物质的熵增加，D正确.(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W根据理想气体的状态方程有＝C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W<0，ΔU1＝Q－|W|；体积不变的条件下，W＝0，ΔU2＝Q；所以ΔU1<ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快.17.【答案】(1)(2)4lN【解析】(1)从6台原装和5台组装计算机中任意选取4台，共有C C＋C C＋C C＋C＋C 种选法，其中各占2台的选法有C C种，则概率为＝＝.(2)将A，B容器看作一个孤立系统，则每种分配情况可看作一个微观态，如下表：那么共有4个微观态，每个微观态出现的几率为，依次推广，可知N个分子在l个容器中共有lN 个微观态，每种微观态出现的几率为.18.【答案】CDE【解析】质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A错误；宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；根据＝C可知，如果等温压缩，则内能不变；等压膨胀，温度增大，内能一定增大，C、E正确；理想气体的分子势能为零，所以理想气体的内能与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D正确.19.【答案】微观态有序无序【解析】热力学第二定律表明热传递、扩散等宏观过程可以自发地向无序更大的方向发展，自发的过程总是倾向于出现较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向着无序发展的.20.【答案】小于【解析】A气体吸收热量后，温度升高，体积变大，对外做功，吸收的热量并没有全部增加气体的内能；而B气体吸收的热量全部增加了气体的内能，故A容器中气体的内能小于B容器中气体的内能.21.【答案】(1)放出 5.0×104(2)C增加【解析】(1)由热力学第一定律得Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2.0×105J＝－5.0×104J即气体放热5.0×104J.(2)C中表示等压变化，由题图知气体温度升高，内能增加.。
10、热力学定律
10.如图所示,一导热性能良好的金属汽缸放置 在水平面上,汽缸内封闭了一定质量的理想气体, 现缓慢地在活塞上堆放一定质量的沙土,忽略环 境温度的变化,活塞与汽缸壁间的摩擦不计,在 此过程中 ( ) A.气体的内能增大 C B.气体吸热 C.单位时间内撞击汽缸壁 单位面积的分子数增多 D.若汽缸和活塞换成绝热 材料,汽缸内分子平均动能减小
不同能量形式的转化
{
做功是内能和其他形式的能发生转化
同种能量形式的转移
热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移
内能与热量的区别
内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下
有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起 的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能
8、(2013·山东高考)下列关于热现象的描述正 确的一项是 ( C ) A.根据热力学定律,热机的效率可以达到100% B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变 系统内能的 C.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一 个系统达到热平衡时两系统温度相同 D.物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无 规则的,大量分子的运动也是无规律的
三、热力学第一定律
1界对 它所做的功的和。
2、表达式：
ΔU＝W + Q
定律中各物理量正、负号的意义
物理量 符号 意义
外界对物 体做功 物体吸收 热量 内能增加
符号 -
意义
物体对外 界做功 物体放出 热量 内能减少
W
Q ΔU
+ + +
能量守恒定律
能量守恒定律的内容：
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；在转化和转移的过程中，能量的 总量不变，这就是能量守恒定律.
第十章 热力学定律 知识整理
第十章热力学定律10.1 功和内能1. 焦耳的实验（1）两个具有代表性的实验：①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。
②正在降落的重物使发电机发电，通过电流的热效应给水加热。
（2）实验结论：在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1 变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。
也就是说，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2 决定，而与做功的方式无关。
（3）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
2. 内能（1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。
鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。
（2）定义式：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W①当外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。
②当系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。
（3）内能微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能。
系统的内能是由它的状态决定的。
10.2 热和内能1. 热传递（1）定义：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。
这样的过程叫做热传递。
（2）热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射，如图所示。
（3）热传递的条件：①两个物体②存在温度差2. 热和内能（1）在外界对系统没有做功的情况下，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
吸收热量内能增加，放出热量内能减少。
当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q（2）热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。
第10章 热力学第一定律
0 T 1
T
T2
解： 由气体状态方程可得
p1Va RT1 p2Vb RT2
Vb T2 p1 p1 T1 1 Va T1 p2 p2 T2 T2 T1 , E
答案:（D）
练习 3 理想气体的下列过程，哪些是不可能发生的？ （1）等体加热，内能减少，压强升高 （2）等温压缩，压强升高，同时吸热
W
E
违反热力学第一定律
二、热力学第一定律对理想气体的应用
dV 0
等值过程
等体过程 等压过程 等温过程
dp 0 dT 0
dQ 0
绝热过程
1. 等体过程（dV = 0 1）过程方程
V=c)
p1 T1 p2 T2
查理定律
2）热力学第一定律的具体形式 做功： 吸热：
W pdV 0
dQ = dE + pdV
f 理想气体准 dQ RdT pdV 静态过程:
2. 物理意义： 涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律 3. 其它表述： 第一类永动机是不可能制成的 第一类永动机：系统不断经历状态变化后回到初 态，不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功。 即：
ΔE 0 Q0 W 0
f ΔE RT2 T1 2
内能变化 Δ E 只与初末状态有关，与所经过的过程 无关，可在初、末态间任选最简便的过程进行计算。 做功 热传递
2. 改变系统内能的方式
二、做功
热力学系统体积变化时对外所做的机械功称为体积功
1. 准静态过程的体积功
dW F dl pSdl pdV
2） 绝热线 过 pV 图中某点 ( A )
等温线 ： pV = 恒量 绝热线: 双曲线 pV 恒量 比等温线陡
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第十章热力学定律
一、选择题
1.浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验目的是要说明（）A.做功可以升高物体的温度 B.做功可以改变物体的内能
C.做功一定可以增加物体的内能
D.做功可以增加物体的热量
2.以下过程不可能发生的是（）
A.对物体做功，同时物体放热，物体的温度不变
B.对物体做功，同时物体吸热，物体的温度不变
C.物体对外做功，同时放热，物体的内能不变
D.物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变
3.下面设想符合能量守恒定律的是（）
A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器
B.做成一条船利用河水的能量逆水航行
C.通过太阳照射飞机使飞机起飞
D.不用任何燃料使河水升温
4．关于系统内能的下列说法中正确的是( )
A．物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做了多少功W，系统的内能就增加多少，即ΔU＝W
D．系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能就增加多少，即ΔU＝Q
5．一定量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU是() A．60 J B．－60 J C．－140 J D．140 J
6.固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略．假设汽缸壁的导热性能很好，外界环境的温度保持不变．若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，汽缸内气体的下列结论，正确的是( ) A．气体对外做功，气体内能减小
B．气体对外做功，气体内能不变
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．气体向外界放热，气体内能不变
7．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( ) A．内能增大，放出热量B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功D．内能减小，外界对其做功
8．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()
A．从外界吸热B．对外界做负功
C．分子平均动能减小D．内能增加
9.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图中V－T图线所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为p b和p c，在过程ab和ac中吸收热量分别为Q ab和Q ac，则() >p c，Q ab>Q ac
A．p
B．p b>p c，Q ab<Q ac
C．p b<p c，Q ab>Q ac
D．p b<p c，Q ab<Q ac
10．关于能源的利用，下列说法中正确的是()
A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要B．能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程
C．现代人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
11.如图所示，用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分，甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气。
在达到平衡时，它们的温度必相等，若分子势能可忽略，则甲、乙中（）
A.气体的压强相等
B.气体分子的平均动能相等
C.气体的内能相等
D.气体分子的平均速率相等
12.如图，一绝热容器被隔板K隔开成a，b两部分．已知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，最终达到平衡状态．在此过程中() A．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，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
13.如图，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
14．导热汽缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低汽缸外部环境温度，则()
A．气体压强增大，内能可能不变
B．外界对气体做功，气体温度降低
C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D．外界对气体做功，气体内能一定增加
二、填空题
15.一定质量的理想气体，在升温膨胀对外做功的过程中，分子的平均动能，气体的内能，因而伴随着过程。
16.一定质量的理想气体沿图中所示的过程(p代表气体的压强，V代表气体
的体积)，从A状态变化到B状态，在此过程中气体的内能________(填“增
加”或“减小”)，并________(填“吸收”或“放出”)热量．
17．(1)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为 2.0×
105J，同时气体的内能增加了1.5×105J.试问：此压缩过程中，气体________(填“吸收”或“放出”)的热量等于________J.
(2)若一定质量的理想气体分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是________(填“A”、“B”或“C”)，该过程中气体的内能________(填“增加”、“减少”或
“不变”)．
(3)设想将1g水均匀分布在地球表面上，估算1cm2的表面上有________个水分子．(已知1mol水的质量为18g，地球的表面积约为5×1014m2，结果保留一位有效数字)
三、计算题
18．如图所示，p－V图中一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420 J，同时膨胀对外做功300 J．当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时外界压缩气体做功200 J，求此过程气体吸收或放出的热量是多少焦？
18.如图所示，体积为V，内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：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)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；
(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.
19．如图所示，为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p－V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有355J的热量传入系统，系统对外界做功126J，求：
(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42J，则有多少热量传入系统？
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84J，问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？
20．喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L.关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)．
(1)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．
(2)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．。