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第十二章热学第3节热力学定律【基础梳理】提示：传递的热量所做的功W＋Q转化转移转化转移E2ΔE减低温高温【自我诊断】判一判(1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．()(2)做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化的过程．()(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消失．()提示：(1)√(2)√(3)×做一做(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是()A．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大20JB．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体D．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律提示：选AD.根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，故选项A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确．做一做(多选)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到状态N，其p－V图象如图所示．在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化．对于这两个过程，下列说法正确的是()A．气体经历过程1，其温度降低B．气体经历过程1，其内能减小C．气体在过程2中一直对外放热D．气体在过程2中一直对外做功提示：选AB.气体经历过程1，压强减小，体积变大，膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，故选项A、B正确；气体在过程2中，根据理想气体状态方程pVT＝C，刚开始时，体积不变，压强减小，则温度降低，对外放热，然后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，则温度升高，吸热，故选项C、D错误．对热力学第一定律的理解【知识提炼】1．对公式ΔU＝Q＋W符号的确定符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少2.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量．(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量．(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．【题组突破】1．(多选)(2019·襄阳模拟改编)下列对热力学定律的理解正确的是()A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功B．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C．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D．热量不可能由低温物体传给高温物体解析：选AC.在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，选项A正确；由热力学第一定律可知，当W≠0，Q≠0时，ΔU＝W＋Q可以等于0，选项B错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，选项C正确；热量可以由低温物体传给高温物体，选项D错误．2．(多选)(2019·吉林长春质检改编)下列各说法正确的是()A．对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大B．热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体C．用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了1.5×105JD．将封闭一定量理想气体的绝热汽缸放入真空中，汽缸体积增大，气体内能增加解析：选ABC.由于温度是分子平均动能的标志，故对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大，选项A正确；分子的平均动能大，则说明物体的温度高，热量总是自发地从高温物体传递到低温物体，选项B正确；用活塞压缩汽缸内的理想气体，根据热力学第一定律，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了1.5×105J，选项C正确；气体在真空中膨胀，不对外做功，内能不变，选项D错误．3.(多选)(2017·高考全国卷Ⅲ改编)如图一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正确的是()A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程ab中气体对外界做功D．在过程ca中气体从外界吸收热量解析：选AB.在过程ab中，体积不变，气体对外界不做功，压强增大，温度升高，内能增加，故选项A正确，C错误；在过程ca中，气体的体积缩小，外界对气体做功，压强不变，温度降低，内能变小，气体向外界放出热量，故选项B正确，D错误．4．(多选)(2017·高考全国卷Ⅱ改编)如图用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是()A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功解析：选ABD.因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功．根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确．应用热力学第一定律的三点注意(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正；气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W＝0.(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．对热力学第二定律的理解【知识提炼】1．对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义．(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(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．2．热力学第二定律的实质自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．如(1)高温物体热量Q能自发地传给热量Q不能自发地传给低温物体(2)功能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为热(3)气体体积V1能自发地膨胀到不能自发地收缩到气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B能自发地混合成不能自发地分离成混合气体AB3．两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒不违背能量守恒，违背热力学第二定律【题组突破】1．(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是()A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功转化成机械能而不产生其他影响D．气体向真空的自由膨胀是可逆的解析：选BC.符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功转化成机械能而不产生其他影响，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误．2．(多选)(2016·高考全国卷Ⅰ改编)关于热力学定律，下列说法正确的是()A．气体吸热后温度一定升高B．对气体做功可以改变其内能C．理想气体等压膨胀过程一定放热D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体解析：选BD.根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高，选项A错误；对气体做功可以改变其内能，选项B正确；理想气体等压膨胀过程，对外做功，由理想气体状态方程可知，气体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，选项C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，选项D正确．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．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机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.热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，选项A正确；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，选项B正确；不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故选项C错误；对能源的过度消耗将形成“能源危机”，但自然界的总能量守恒，故选项D错误．热力学定律与气体实验定律的综合应用【知识提炼】解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路【题组突破】1．(多选)(2018·高考全国卷Ⅰ改编)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是()A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等解析：选BD.过程①为等容变化，根据查理定律有PaTa＝PbTb，因为温度逐渐增加，则气体的压强逐渐增加，故选项A错误；过程②气体体积增加，则气体对外界做正功，故选项B正确；过程④中为体积不变，则气体对外界不做功，外界对气体也不做功，即W＝0，理想气体的温度降低，则内能减少，即ΔU0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q0，则气体向外界放出了热量，故选项C错误；状态c、d的温度相等，则分子平均动能相等，理想气体没有分子势能，则内能相等，故选项D正确．2．(多选)(2018·高考全国卷Ⅲ改编)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－V图中从a到b的直线所示．在此过程中()A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热解析：选BCD.一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程paVaTa＝pbVbTb可知，TbTa，即气体的温度一直升高，选项A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，选项C正确；根据热力学第一定律，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，选项D正确．3．(2018·高考江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa，经历A→B→C→A的过程，整个过程中对外界放出61.4J热量．求该气体在A→B过程中对外界所做的功．解析：整个过程中，外界对气体做功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)代入数据得WAB＝－138.6J，即气体对外界做的功为138.6J.答案：138.6J4．如图所示，竖直放置的汽缸，活塞横截面积为S＝0.10m2，活塞的质量忽略不计，汽缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通．开始活塞被锁定，汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱(U形管内的气体体积不计)，此时缸内气体温度为27℃，U形管内水银面高度差h1＝15cm.已知大气压强p0＝1.0×105Pa，水银的密度ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2.(1)让汽