第3章 热力学定律章末小结(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理选择性必修第三册同步学习指导(人教版2019)

章末小结 知识网络构建 　 　 功　 内能　 等价　 Ｗ　 Ｑ　 能量守恒定律　 热量不能自发 地从低温物体传到高温物体　 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 方法归纳提炼 　 　 例１：ＡＤ　 当阀门Ｋ被打开时，Ａ中的气体进入Ｂ中，由于 Ｂ中为真空，所以Ａ中的气体不会做功，故Ａ正确；又因为系统 与外界无热交换，所以气体内能不变，气体的温度不变，故Ｂ、Ｃ 错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无 外界作用时，Ｂ中气体不能自发地全部退回到Ａ中，故Ｄ正确。 　 　 例２：ＢＣ　 压缩过程活塞对气体做的功Ｗ１ ＝ Ｆ１ ｌ１ ＝ ２ × １０３ × ０． １ Ｊ ＝ ２００ Ｊ，气体内能的变化量ΔＵ１ ＝Ｗ１ ＋ Ｑ１ ＝ ２００ Ｊ － ３０ Ｊ ＝ １７０ Ｊ，即压缩冲程气体内能的变化量为１７０ Ｊ，故Ｂ正确，Ａ错 误；气体膨胀过程中外界对气体所做的功Ｗ２ ＝ Ｆ２ ｌ２ ＝ － ９ × １０３ × ０． １ Ｊ ＝ － ９００ Ｊ，气体内能的变化量ΔＵ２ ＝Ｗ２ ＋ Ｑ２ ＝ － ９００ Ｊ － ３０ Ｊ ＝ － ９３０ Ｊ，做功冲程气体内能的变化量为－ ９３０ Ｊ，故Ｃ正 确，Ｄ错误。 　 　 例３：ＡＣ　 根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的 宏观自然过程都是不可逆的，故Ａ正确；等容过程中吸收的热量 仅仅增加为内能，而等压升温的过程中体积增大，对外做功，吸 收的热量转化为内能和对外做功，所以一定质量的理想气体温 度升高１ Ｋ，其等容过程中吸收的热量小于等压过程吸收的热 量，故Ｂ错误；根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必 要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为 机械能，即第二类永动机不可能制成，故Ｃ正确；用活塞压缩汽 缸里的气体，外界对气体做功２． ０ × １０５ Ｊ，为正值；同时气体向 外界放出热量０． ５ × １０５ Ｊ，为负值，根据热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｗ ＋ Ｑ ＝ ２． ０ × １０５ Ｊ － ０． ５ × １０５ Ｊ ＝ １． ５ × １０５ Ｊ，气体内能增加了１． ５ × １０５ Ｊ，故Ｄ错误。 　 　 例４：（１）２５１ Ｊ　 （２）放热　 ２９３ Ｊ 解析：（１）沿ａ→ｃ→ｂ过程，由热力学第一定律知： ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ ＝（－ １２６ ＋ ３３５）Ｊ ＝ ２０９ Ｊ， 沿ａ→ｄ→ｂ过程，由热力学第一定律知： ΔＵ ＝Ｗ′ ＋ Ｑ′， 得：Ｑ′ ＝ ΔＵ －Ｗ′ ＝ ２０９ Ｊ －（－ ４２）Ｊ ＝ ２５１ Ｊ， 即有２５１ Ｊ的热量传入系统。 （２）因为由ａ→ｂ，ΔＵ ＝ ２０９ Ｊ，所以由ｂ→ａ，ΔＵ′ ＝ － ΔＵ ＝ － ２０９ Ｊ，由热力学第一定律知 ΔＵ′ ＝Ｗ″ ＋ Ｑ″，得Ｑ″ ＝ ΔＵ′ －Ｗ″ ＝（－ ２０９ － ８４）Ｊ ＝ － ２９３ Ｊ， 负号说明系统放出热量。 　 　 例５：ＢＤ　 做功的两个必要因素是力和在力的方向上有位 移，由于右端活塞没有移动，可知整个过程，外力Ｆ做功等于０， Ａ错误；根据汽缸导热且环境温度不变，可知汽缸内气体的温度 也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内 能不变，Ｂ正确，Ｃ错误；由内能不变可知，理想气体向外界释放的 热量等于外界对理想气体做的功：Ｑ ＝Ｗ ＜ ｐ０Ｓ１ｈ ＋ｍｇｈ，Ｄ正确。 进考场练真题 一、高考真题探析 　 　 典题：ＡＤ　 １→２为绝热过程，根据热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｑ ＋Ｗ可知此时气体体积减小，外界对气体做功，故内能增加，故 Ａ正确；２→３为等压过程，根据盖—吕萨克定律可知气体体积增 大时温度增加，内能增大，此时气体体积增大，气体对外界做功 Ｗ ＜ ０，故气体吸收热量，故Ｂ错误；３→４为绝热过程，此时气体 体积增大，气体对外界做功Ｗ ＜ ０，根据热力学第一定律可知气 体内能减小，故Ｃ错误；４→１为等容过程，根据查理定律可知压 强减小时温度减小，故内能减小，由于体积不变Ｗ ＝ ０，故可知气 体向外放热，故Ｄ正确。 二、临场真题练兵 １． Ｃ　 ａ→ｂ过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做 功Ｗ ＜ ０，由盖—吕萨克定律可知Ｔｂ ＞ Ｔａ，即内能增大，ΔＵａｂ ＞ ０，根据热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｑ ＋Ｗ可知ａ→ｂ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；方法一：ｂ→ｃ过程中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，由热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｑ ＋Ｗ可知气体内能减少，方法二：ｃ→ａ过程为等温过程，所 以Ｔｃ ＝ Ｔａ，结合Ｔｂ ＞ Ｔａ分析可知Ｔｂ ＞ Ｔｃ，所以ｂ到ｃ过程气体 的内能减少，故Ｂ错误；ｃ→ａ过程为等温过程，可知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，Ｃ正确；根据热力学第一定 律结合上述解析可知：ａ→ｂ→ｃ→ａ一整个热力学循环过程 ΔＵ ＝ ０，整个过程气体对外做功，因此由热力学第一定律可得 ΔＵ ＝ Ｑａｂ － Ｑｃａ －Ｗ ＝ ０，故ａ→ｂ过程气体从外界吸收的热量 Ｑａｂ不等于ｃ→ａ过程放出的热量－ Ｑｃａ，Ｄ错误。 ２． ＡＣＤ　 初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的 弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不产，可 知左侧气体向右侧真空漏出。左侧气体压强变小，右侧出现 气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且 弹簧恢复原长，故Ａ正确；由题知活塞初始时静止在汽缸正中 间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积， 则左侧气体质量小于右侧气体质量，故Ｂ错误；密闭的气缸绝 热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体 内能增加，故Ｃ正确；初始时气体在左侧，最终气体充满整个 气缸，则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的 两倍，故Ｄ正确。 ３． Ｂ　 由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故Ａ 错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故Ｂ正确；根据 热力学第一定律可知ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ，爬山过程中气体不做功，但 内能减小，故可知气体放出热量，故Ｃ错误；爬山过程中氧气 瓶里的气体体积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方 程有ＰＶＴ ＝ Ｃ，可知气体压强减小，故Ｄ错误。故选Ｂ。 ４． ＡＤ　 令理想气体的初始状态的压强、体积和温度分别为ｐ１ ＝ ｐ０， Ｖ１ ＝ Ｖ０，Ｔ１ ＝ ３００ Ｋ，等容过程为状态二：ｐ２ 未知，Ｖ２ ＝ Ｖ１ ＝ Ｖ０， Ｔ２ ＝ ４００ Ｋ；等压过程为状态三：ｐ３ ＝ ｐ０，Ｖ３未知，Ｔ３ ＝ ４００ Ｋ，由 理想气体状态方程可得ｐ１Ｖ１Ｔ１ ＝ ｐ２Ｖ２ Ｔ２ ＝ ｐ３Ｖ３ Ｔ３ ，解得ｐ２ ＝ ４３ ｐ０， Ｖ３ ＝ ４ ３ Ｖ０，体积增加了原来的 １ ３ ，Ｃ错误；等容过程中气体做 功为零，由热力学第一定律ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ ＝ ４００ Ｊ，两个过程的初 末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为４００ Ｊ，Ｄ正 确；等压过程内能增加了４００ Ｊ，吸收热量为６００ Ｊ，由热力学第 一定律可知气体对外做功为２００ Ｊ，即做功的大小为Ｗ ＝ ｐ０ ４ ３ Ｖ０ －Ｖ( )０ ＝２００ Ｊ，解得Ｖ０ ＝６ Ｌ，Ａ正确，Ｂ错误。故选ＡＤ。 ５． ＡＤ　 当电阻丝对ｆ中的气体缓慢加热时，ｆ中的气体内能增 大，温度升高，根据理想气体状态方程可知ｆ中的气体压强增 大，会缓慢推动左边活塞，可知ｈ的体积也被压缩压强变大， 对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧 被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推 动左边活塞。故活塞对ｈ中的气体做正功，且是绝热过程，由 热力学第一定律可知，ｈ中的气体内能增加，Ａ正确；未加热 前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时， 活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析ｐｆＳ ＝ Ｆ弹＋ ｐｇＳ，则ｐｆ ＞ ｐｇ，分别对ｆ、ｇ内的气体分析，根据理想气 体状态方程有ｐ０Ｖ０Ｔ０ ＝ ｐｆＶｆ Ｔｆ ，ｐ０Ｖ０Ｔ０ ＝ ｐｇＶｇ Ｔｇ ，由题意可知，因弹簧被 压缩，则Ｖｆ ＞ Ｖｇ，联立可得Ｔｆ ＞ Ｔｇ，Ｂ错误；在达到稳定过程中 ｈ中的气体体积变小，压强变大，ｆ中的气体体积变大。由于 稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时ｆ、ｈ中的气体压强相等， 根据理想气体状态方程对ｈ气体分析可知ｐ０Ｖ０Ｔ０ ＝ ｐｈＶｈ Ｔｈ ，联立可 得Ｔｆ ＞ Ｔｈ，Ｃ错误；对弹簧、活塞及ｇ中的气体组成的系统分 析，根据平衡条件可知，ｆ与ｈ中的气体压强相等，Ｄ正确。故 选ＡＤ                                                                      。 —２０５— ６． ＡＣＤ　 对于一定质量的理想气体内能由温度决定，故等温增 压和等温膨胀过程温度均保持不变，内能不变，故Ａ正确；根 据理想气体状态方程ｐＶＴ ＝ Ｃ，可知等压膨胀后气体温度升高， 内能增大，等温压缩温度不变，内能不变，故末状态与初始状 态相比内能增加，故Ｂ错误；根据理想气体状态方程可知等容 减压过程温度降低，内能减小；等压膨胀过程温度升高，末状 态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故Ｃ正确； 根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等压压 缩过程温度降低，末状态的温度有可能和初状态的温度相等， 内能相等，故Ｄ正确；根据理想气体状态方程可知等容增压过 程温度升高；等温膨胀过程温度不变，故末状态的内能大于初 状态的内能，故Ｅ错误。故选ＡＣＤ。 ７． Ｂ　 根据理想气体的状态方程ｐＶＴ ＝ Ｃ可知ａ→ｂ气体温度升 高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则Ｗ ＜ ０，由热力 学第一定律ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ，可知ａ→ｂ过程中气体吸热，Ａ错误， Ｂ正确；根据理想气体的状态方程，可知，ｐ － Ｖ图像的坐标值 的乘积反映温度，ａ状态和ｃ状态的坐标值的乘积相等，而中 间状态的坐标值乘积更大，ａ→ｃ过程的温度先升高后降低，且 状态ｂ的温度最高，Ｃ错误；ａ→ｃ过程气体体积增大，外界对 气体做负功，Ｄ错误。 ８． Ｃ　 由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不 做功；根据ｐＶＴ ＝ Ｃ，可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体 内能减小；又根据ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ，可知气体放出热量，故Ｃ正确。 ９． Ｄ　 一定质量的理想气体从状态ａ开始，沿题图路径到达状态 ｂ过程中气体发生等容变化，压强减小，根据查理定律ｐＴ ＝ Ｃ， 可知气体温度降低，再根据热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｑ ＋ Ｗ，由于 气体不做功，内能减小，则气体放热，故Ａ、Ｂ错误；一定质量 的理想气体从状态ｂ沿题图路径到达状态ｃ过程中气体发生 等压变化，体积增大，根据ＶＴ ＝ Ｃ，可知气体温度升高，内能增 大，再根据热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｑ ＋ Ｗ，可知ｂ到ｃ过程吸 热，且吸收的热量大于对外做功的值，故Ｃ错误，Ｄ正确。 １０． ３　 大于 解析：设大气压强为ｐ０，初始时Ｔ１ ＝（１７ ＋ ２７３）Ｋ ＝ ２９０ Ｋ， ｐ１ ＝ ２． ９ｐ０，末状态时Ｔ２ ＝（２７ ＋ ２７３）Ｋ ＝ ３００ Ｋ，根据查理定 律ｐ１Ｔ１ ＝ ｐ２ Ｔ２ ，代入数值解得ｐ２ ＝ ３ｐ０，理想气体的内能只与温 度有关，故温度升高时内能增大。 １１．不变　 做正功　 吸热 解析：完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而 一定质量的气体的内能仅由温度决定，所以整个过程气体的 内能不变；对ｐ － Ｖ图像来说，图像与坐标轴所围图形的面积 表示气体做功情况，其中从Ａ→Ｂ→Ｃ的过程气体的体积减 小是外界对气体做功的过程，从Ｃ→Ｄ→Ａ的过程气体的体 积增大，是气体对外做功的过程，且从Ｃ→Ｄ→Ａ的过程图像 与坐标轴所围的面积大于从Ａ→Ｂ→Ｃ的过程图像与坐标轴 所围的面积，即气体对外做的功大于外界对气体做的功，则 整个过程中表现为气体对外界做正功；根据热力学第一定律 ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ，因为ΔＵ ＝ ０，可知因Ｗ ＜ ０，则Ｑ ＞ ０，所以气体从 外界吸收热量。 １２．增大　 升高 解析：假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变，当气 球内部的气体缓慢释放到气球外部，气球内部气体压强大于 外部气体压强，根据玻意耳定律ｐＶ ＝ Ｃ可知气球内的气体释 放到外部时体积增大，相当于容器的体积增大；而容器的体 积无法改变，所以将假设扩大体积的容器绝热压缩到原来容 器的体积即可，气体绝热压缩，与外界无热交换，即Ｑ ＝ ０，外 界对气体做功，即Ｗ ＞ ０，根据绝热情况下的热力学第一定律 ΔＵ ＝Ｗ可知气体内能增加，温度Ｔ升高；气体温度Ｔ升高， 根据理想气体实验定律ｐＶＴ ＝ Ｃ可知气体压强ｐ增大。 １３．（１）不可逆　 不变　 （２）１０ Ｎ　 （３）８９． ３ Ｊ 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气体的压强为ｐ２ ＝ ｐ１２ ＝ １． ０２ × １０ ５ 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 －４Ｎ ＝ 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 ２Ｖ１ Ｔ１ ＝ Ｖ３ Ｔ２ 可得状态３气体的体积为Ｖ３ ＝ Ｔ２Ｔ１·２Ｖ１ ＝ ３５０ ３００ × ２ × ７５０ ｃｍ ３ ＝ 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为Ｑ′ ＝ΔＵ ＋Ｗ ＝６３．８ Ｊ ＋２５．５ Ｊ ＝ ８９． ３ Ｊ 可知电阻丝Ｃ放出的热量为Ｑ ＝ Ｑ′ ＝ ８９． ３ Ｊ。 １４．（１）Ｕｍ ２ ５０Ｒ　 （２） ５０ＣＴ０Ｒ Ｕｍ ２ 解析：（１）由原线圈正弦交流电的峰值可知变压器输入电压 有效值为Ｕ１ ＝ Ｕｍ槡２ 设变压器副线圈的输出电压为Ｕ２，根据理想变压器的电压 与匝数之间的关系有Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ 联立解得Ｕ２ ＝ ｎ２ｎ１ Ｕ１ ＝ Ｕｍ 槡５ ２ 理想变压器的输出功率等于Ｒ的热功率，即Ｐ ＝ Ｕ２ ２ Ｒ ＝ Ｕｍ ２ ５０Ｒ。 （２）设加热前容器内气体的压强为ｐ０，则加热后气体的压强 为２ｐ０，温度为Ｔ２，容器内的气体做等容变化，则有ｐ０Ｔ０ ＝ ２ｐ０ Ｔ２ 由Ｑ ＝ ＣΔＴ知气体吸收的热量Ｑ ＝ Ｃ（２Ｔ０ － Ｔ０）＝ ＣＴ０ 根据热力学第一定律ΔＵ ＝ Ｗ ＋ Ｑ，气体的体积不变，所以 Ｗ ＝ ０，容器是绝热容器，则 ΔＵ ＝ Ｑ电热丝产生的热量全部被气体吸收Ｑ ＝ Ｐｔ 联立整理得Ｕｍ ２ ５０Ｒｔ ＝ ＣＴ０ 解得ｔ ＝ ５０ＣＴ０Ｒ Ｕｍ ２ 。 １５．（１）１５ ｐ０ 　 （２）１． ９Ｔ０ 　 （３）Ｗ 解析：（１）由题可知，根据玻意耳定律可得ｐＡＶＡ ＝ ｐＢＶＢ 解得ｐＢ ＝ １５ ｐ０。 （２）根据理想气体状态方程可知ｐＢＶＢＴＢ ＝ ｐＣＶＣ ＴＣ 解得ＴＣ ＝ １． ９Ｔ０。 （３）根据热力学第一定律可知ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ 其中Ｑ ＝ ０，故气体内能增加ΔＵ ＝Ｗ                                                                      。 —２０６— # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; ３．下列关于熵的说法错误的是 （Ｂ ） Ａ．熵是系统无序程度的量度 Ｂ．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的 方向进行 Ｃ．热力学第二定律的微观实质是孤立系统总是向熵 增大的状态发展 Ｄ．熵值越大，代表系统分子运动越无序 ４．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 （Ｂ ） 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．能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第 二定律 二、能源是有限的 ５．（２０２４·浙江温州高二期中）第１９届亚运会于９月 ２３日晚在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实 体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、 光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低 碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确 的是 （Ｂ ） Ａ．能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用 电，可尽情燃放电子烟花 Ｂ．不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、 加强环境保护的重要手段 Ｃ．电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过 程中不存在能量耗散 Ｄ．相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染 ６．（多选）随着时代的发展，能源格局面临新的机遇与 挑战。下列关于能量和能源的说法正确的是（Ａ ） Ａ．能量在转化过程中具有方向性，因此可利用能源 是有限的 Ｂ．电动汽车充电时，电能全部转化为锂电池的化 学能 Ｃ．自由摆动秋千摆幅越来越小，减少的机械能转化 内能，但总能量守恒 Ｄ．太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能 量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 请同学们认真完成练案［１６                                       ］ 章末小结 < = > ? % & 热 力 学 定 律 内能 功和内能：在绝热情况下，功　 是内能变化的量度 热量和内能：只发生热传递时，热量是内能　 变化的量度 做功和热传递在改变内能上是等价　{ 的 热力学第一定律 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 表达式：ΔＵ ＝ Ｗ　 ＋ Ｑ　 能量守恒定律 第一类永动机不能制成的原因：违背能量守恒定律      　 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　 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　{            能源是有限的 !(% ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # @ A B C 6 D 　 　 一、热力学第一定律的理解与应用 ΔＵ ＝ Ｑ ＋Ｗ中各物理量符号的意义 ΔＵ Ｗ Ｑ ΔＵ ＞ ０，物体的 内能增加 Ｗ ＞ ０，外界对物 体做功 Ｑ ＞ ０，物体吸热 ΔＵ ＜ ０，物体的 内能减少 Ｗ ＜ ０，物体对外 界做功 Ｑ ＜ ０，物体放热 ΔＵ ＝ ０，物体的 内能不变 Ｗ ＝ ０，物体对外 界（或外界对物 体）不做功 Ｑ ＝ ０，物体与外界绝热 　 　 １．绝热过程Ｑ ＝ ０，ΔＵ ＝ Ｗ，用做功可判断内能的 变化。 ２．只有在气体体积不变时，Ｗ ＝ ０，ΔＵ ＝ Ｑ，用吸、 放热情况可判断内能的变化。 ３．若物体内能不变，即ΔＵ ＝ ０，Ｗ和Ｑ不一定等 于零，而是Ｗ ＋ Ｑ ＝ ０，功和热量符号相反，大小相等，因 此判断内能变化问题一定要全面考虑。 ４．对于气体，做功Ｗ的正负一般要看气体体积变 化情况，气体体积缩小，Ｗ ＞ ０；气体体积增大，Ｗ ＜ ０（气 体自由膨胀除外）。 ５．对于理想气体要抓住温度Ｔ变化是内能变化的标 志（Ｔ升高，内能增加，ΔＵ ＞０，反之，内能减少，ΔＵ ＜０）。 １．（多选）我国神九航天员的漫步太空已成为现 实。神九航天员漫步太空，此举震撼世界，意义重 大无比。其中，飞船在航天员出舱前先要“减压”，在 航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船 将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理如 图所示，两个相通的舱Ａ、Ｂ间装有阀门Ｋ，指令舱Ａ 中充满气体，气闸舱Ｂ内为真空，整个系统与外界没有 热交换。打开阀门Ｋ后，Ａ中的气体进入Ｂ中，最终达 到平衡，则 （Ａ ） Ａ．气体体积膨胀，但不做功 Ｂ．气体温度升高，内能增加 Ｃ．体积变大，温度降低 Ｄ． Ｂ中气体不可能自发地全部退回到Ａ中 ２．（多选）如图甲所示，一台四冲程内燃机，活塞 在压缩冲程某段时间内移动的距离为０． １ ｍ，这 段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相等于 ２ × １０３ Ｎ的恒力使活塞移动相同距离所做的功，如图 乙所示。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过 程中压缩气体传递给汽缸的热量为３０ Ｊ。燃烧后的高 压气体对活塞做功，气体推动活塞移动０． １ ｍ，其做的 功与９ × １０３ Ｎ的恒力使活塞移动相同距离所做的功相 等，如图丙所示，该做功冲程气体传递给汽缸的热量为 ３０ Ｊ，则 （Ｂ ） Ａ．压缩冲程气体内能的变化量为２３０ Ｊ Ｂ．压缩冲程气体内能的变化量为１７０ Ｊ Ｃ．做功冲程气体内能的变化量为－ ９３０ Ｊ Ｄ．做功冲程气体内能的变化量为－ ９００ Ｊ 　 　 二、热力学第二定律的理解 １．热力学第二定律的几种表现形式 ①传热具有方向性；②气体的扩散现象具有方向 性；③机械能和内能的转化过程具有方向性；④气体向 真空膨胀具有方向性。 注意：热力学第二定律是对宏观自然过程进行方 向的说明。热力学第二定律的不同表述都是等价的。 ３．（多选）根据热力学定律，下列说法正确的是 （Ａ ） Ａ．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可 逆的 Ｂ．一定质量的理想气体温度升高１ Ｋ，其等容过 程中吸收的热量大于等压过程吸收的热量 Ｃ．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热 机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能 Ｄ．用活塞压缩密闭汽缸里的气体，外界对气体做 功２． ０ × １０５ Ｊ，同时气体向外界放出热量０． ５ × １０５ Ｊ， 则气体内能增加了２． ５ × １０５ Ｊ 　 　 三、热力学第一定律与气体状态变化的综合应用 ①研究对象是否为理想气体；②只要体积变化，外 界对气体（或气体对外界）做功Ｗ ＝ ｐΔＶ，只要温度发 生变化，其内能就发生变化；③结合热力学第一定律 ΔＵ ＝Ｗ ＋ Ｑ求解问题。 ４．如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的 ｐ －Ｖ图像，当该系统从状态ａ沿过程ａ→ｃ→ｂ到达状 态ｂ时，有３３５ Ｊ的热量传入系统，系统对外界做功１２６ Ｊ                                                                    。 !(& # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; 　 　 （１）若沿ａ→ｄ→ｂ过程，系统对 外做功４２ Ｊ，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８４ Ｊ， 问系统是吸热还是放热？热量传递是 多少？ 　 　 ［尝试作答         ］ ５．（多选）（２０２２·湖南卷）如图所示，两端开口、 下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截 面积分别为Ｓ１和Ｓ２）封闭一定质量的理想气体，活塞 与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞 从Ａ下降ｈ高度到Ｂ位置时，活塞上细沙的总质量为 ｍ。在此过程中，用外力Ｆ作用在右端活塞上，使右端 活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强 Ｐ０保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为 ｇ。下列说法正确的是 （Ｂ ） Ａ．整个过程，外力Ｆ做功大于０，小于ｍｇｈ Ｂ．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 Ｃ．整个过程，理想气体的内能增大 Ｄ．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于 ｐ０ ｓ１ｈ ＋                              ｍｇｈ E F G H I J 一、高考真题探析 　 　 典题（多选）（２０２４·全国高考真题）如图，一 定量理想气体的循环由下面４个过程组成：１→２为绝 热过程（过程中气体不与外界交换热量），２→３为等压 过程，３→４为绝热过程，４→１为等容过程。上述四个 过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法 正确的是 （Ａ ） Ａ． １→２过程中，气体内能增加 Ｂ． ２→３过程中，气体向外放热 Ｃ． ３→４过程中，气体内能不变 Ｄ． ４→１过程中，气体向外放热 二、临场真题练兵 １．（２０２４·山东高考真题）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 （Ｃ ） 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 ２．（多选）（２０２４·河北高考真题）如图，水平放置的密 闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭 一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁 中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水 平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性 限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正 中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静 止后 （ 　 ） Ａ．弹簧恢复至自然长度 Ｂ．活塞两侧气体质量相等 Ｃ．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 Ｄ．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数                                       减少 !(' ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # ３．（２０２３·天津卷）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里 的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气 体 （Ｂ ） Ａ．对外做功 Ｂ．内能减小 Ｃ．吸收热量 Ｄ．压强不变 ４．（多选）（２０２３·山东卷）一定质量的理想气体，初始 温度为３００ Ｋ，压强为１ × １０５ Ｐａ。经等容过程，该气 体吸收４００ Ｊ的热量后温度上升１００ Ｋ；若经等压过 程，需要吸收６００ Ｊ的热量才能使气体温度上升 １００ Ｋ。下列说法正确的是 （Ａ ） Ａ．初始状态下，气体的体积为６ Ｌ Ｂ．等压过程中，气体对外做功４００ Ｊ Ｃ．等压过程中，气体体积增加了原体积的１４ Ｄ．两个过程中，气体的内能增加量都为４００ Ｊ ５．（多选）（２０２３·山西卷）如图，一封闭着理想气体的 绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热 活塞将汽缸分为ｆ、ｇ、ｈ三部分，活塞与汽缸壁间没 有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温 度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对ｆ中的气体 缓慢加热，停止加热并达到稳定后 （Ａ ） Ａ． ｈ中的气体内能增加 Ｂ． ｆ与ｇ中的气体温度相等 Ｃ． ｆ与ｈ中的气体温度相等 Ｄ． ｆ与ｈ中的气体压强相等 ６．（多选）（２０２３·全国卷）对于一定量的理想气体，经 过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可 能相等的是 （Ａ ） Ａ．等温增压后再等温膨胀 Ｂ．等压膨胀后再等温压缩 Ｃ．等容减压后再等压膨胀 Ｄ．等容增压后再等压压缩 Ｅ．等容增压后再等温膨胀 ７．（２０２２·湖北卷，Ｔ３）一定质量的理想气体由状态ａ 变为状态ｃ，其过程如ｐ － Ｖ图中ａ→ｃ直线段所示， 状态ｂ对应该线段的中点。下列说法正确的是 （Ｂ ） Ａ． ａ→ｂ是等温过程 Ｂ． ａ→ｂ过程中气体吸热 Ｃ． ａ→ｃ过程中状态ｂ的温度最低 Ｄ． ａ→ｃ过程中外界对气体做正功 ８．（２０２２·重庆卷）２０２２年５月１５日，我国自主研发 的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔９ ０３２米的大 气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程 中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇 内气体（视为理想气体） （Ｃ ） Ａ．吸收热量 Ｂ．压强增大 Ｃ．内能减小 Ｄ．对外做负功 ９．（２０２２·北京高考）如图所示， 一定质量的理想气体从状态ａ 开始，沿图示路径先后到达状 态ｂ和ｃ。下列说法正确的是 （Ｄ ） Ａ．从ａ到ｂ，气体温度保持 不变 Ｂ．从ａ到ｂ，气体对外界做功 Ｃ．从ｂ到ｃ，气体内能减小 Ｄ．从ｂ到ｃ，气体从外界吸热 １０．（２０２４·福建高考真题）１７ ℃时轮胎胎压２． ９个大 气压，胎内气体为理想气体。体积质量不变，２７ ℃ 时轮胎气压为　 　 　 个大气压，内能　 　 　 　 （选 填“大于”“等于”或“小于”）１７ ℃时气体内能。 １１．（２０２３·福建高考）一定质量的理想气体经历了 Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ的循环过程后回到状态Ａ，其ｐ － Ｖ 图如图所示。完成一次循环，气体内能　 　 　 　 （填 “增加”“减少”或“不变”），气体对外界　 　 　 　 （填 “做正功”“做负功”或“不做功”），气体　 　 　 　 （填“吸热”“放热”“不吸热”或“不放热”）。 １２．（２０２２·河北高考）如图，绝热密闭容器中装有一定 质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球。 容器内温度处处相同。气球内部压强大于外部压 强。气球慢慢漏气后，                                                                        容器中气球外部气体的压强 !(( # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; 将　 　 　 　 （填“增大”“减小”或“不变”）；温度将 　 　 　 　 （填“升高”“降低”或“不变”）。 １３．（２０２４·浙江１月卷）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。 １４．（２０２４·辽宁高考真题）如图，理想变压器原、副线 圈的匝数比为ｎ１ｎ２ ＝ ５１，原线圈接在电压峰值 为Ｕｍ的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻 值为Ｒ的电热丝，电热丝密封在绝热容器内，容器 内封闭有一定质量的理想气体。接通电路开始加 热，加热前气体温度为Ｔ０。 （１）求变压器的输出功率Ｐ； （２）已知该容器内的气体吸收的热量Ｑ与其温度 变化量ΔＴ成正比，即Ｑ ＝ ＣΔＴ，其中Ｃ已知。若电 热丝产生的热量全部被气体吸收，要使容器内的气 体压强达到加热前的２倍，求电热丝的通电时间ｔ。 １５．（２０２３·广东卷）在驻波声场作用下，水中小气泡周 围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性 膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气 体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的ｐ － Ｖ 图像，气泡内气体先从压强为ｐ０、体积为Ｖ０、温度为 Ｔ０的状态Ａ等温膨胀到体积为５Ｖ０、压强为ｐＢ的状 态Ｂ，然后从状态Ｂ绝热收缩到体积为Ｖ０、压强为 １． ９ｐ０、温度为ＴＣ的状态Ｃ，Ｂ到Ｃ过程中外界对气 体做功为Ｗ。已知ｐ０、Ｖ０、Ｔ０和Ｗ。求： （１）ｐＢ的表达式； （２）ＴＣ的表达式； （３）Ｂ到Ｃ过程，气泡内气体的内能变化了多少？ 请同学们认真完成考案（三                                                                        ） !()