21 第3章 章末阶段总结(三) 热力学定律-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

章末阶段总结(三)　热力学定律 　　　　　　　　　 一、热力学第一定律及其应用 热力学第一定律是能量守恒定律在热现象领域的具体体现，是历年高考命题的重点，主要命题形式是与气体的性质相结合进行综合能力考查。在应用表达式ΔU＝Q＋W进行分析和计算时，一定要遵循符号规则，正确理解各量正负号的意义，并做出正确选择或说明。 【典例1】 (2024·山东高考)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是(　　 ) A.a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 解析：选C。由a→b过程气体做等压变化，且体积增大，所以气体对外做功，即W<0，由盖­吕萨克定律可知Tb>Ta，气体内能增大，即ΔUab>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，该过程气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，故A错误；由b→c过程气体与外界无热量交换，即Qbc＝0，又由气体体积增大可知Wbc<0，根据热力学第一定律可知，气体内能减少，故B错误；由c→a过程气体做等温变化，所以Tc＝Ta，ΔUac＝0，根据热力学第一定律可知，a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，故C正确；由a→b→c→a过程气体的内能变化量ΔU＝0，由图线与横轴包围的面积可知，整个过程气体对外做功，所以有ΔU＝Qab－Qca－W＝0，即由a→b过程气体从外界吸收的热量Qab不等于由c→a过程放出的热量－Qca，故D错误。 【典例2】 (2024·浙江高考)如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为V1＝750 cm3的左右两部分。面积为S＝100 cm2的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度T1＝300 K、压强p1＝2.04×105 Pa的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动(无摩擦)，使气体达到温度T2＝350 K的状态3，气体内能增加ΔU＝63.8 J。已知大气压强p0＝1.01×105 Pa，隔板厚度不计。 (1)气体从状态1到状态2是________(选填“可逆”或“不可逆”)过程，分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)； (2)求水平恒力F的大小； (3)求电阻丝C放出的热量Q。 解析：(1)根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 (2)气体从状态1到状态2发生等温变化，则有p1V1＝p2·2V1 解得状态2时气体的压强为 p2＝＝1.02×105 Pa 解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为研究对象，根据受力平衡可得p2S＝p0S＋F 解得F＝(p2－p0)S＝(1.02×105－1.01×105)×100×10－4 N＝10 N。 (3)当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动(无摩擦)，使气体达到温度T2＝350 K的状态3，可知气体做等压变化，则有＝ 解得状态3时气体的体积为V3＝·2V1＝×2×750 cm3＝1 750 cm3 该过程气体对外做功为W＝p2ΔV＝p2(V3－2V1)＝1.02×105×(1 750－2×750)×10－6 J＝25.5 J 根据热力学第一定律可得ΔU＝－W＋Q′ 解得气体吸收的热量，即电阻丝放出的热量 Q′＝ΔU＋W＝63.8 J＋25.5 J＝89.3 J。 答案：(1)不可逆　不变　(2)10 N (3)89.3 J 二、热力学第二定律及其应用 热力学第二定律阐述了宏观自然过程的方向性，主要涉及两类问题：一是传热的方向性，二是机械能与内能转化的方向性。通过相关内容的学习，要学会运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。 【典例3】 (多选)根据热力学定律，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库的热机 D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 解析：选AB。热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，如电冰箱要消耗电能，A正确；空调机工作过程中，通过电流做功有一部分电能转化为热能，所以向室外放热多，从室内吸热少，B正确；单一热库的热机违反了热力学第二定律，C错误；自然界的总能量是守恒的，只是有的能源转化成其他形式的能之后，不能再重新被利用，导致可利用能源越来越少，故而形成“能源危机”，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$