第三章 热力学定律——高二物理下学期期末章节知识点精讲精练（人教版2019选择性必修第三册）

第三章   热力学定律

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热力学定律

热力学定律

归纳提升

专题一  热力学第一定律及其应用

1.公式和正负号

(1)公式：ΔU＝Q＋W.

(2)正负号：

2.注意问题

(1)在绝热过程Q＝0，ΔU＝W，用做功情况可判断内能的变化．

(2)在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化．

(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q，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．

【例一】　如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，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

【对点训练】

1．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，则：

(1)气体的内能________(填“增加”或“减少”)，其变化量的大小为________J.

(2)气体的分子势能________(选填“增加”或“减少”)．

(3)分子平均动能如何变化？

专题二  热力学第二定律及其应用

1.热力学第二定律的几种表现形式

(1)热传递具有方向性

两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．

(2)气体的扩散现象具有方向性

两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．

(3)机械能和内能的转化过程具有方向性

物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．

(4)气体向真空膨胀具有方向性

气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回，使容器变为真空．

2．深刻理解热力学第二定律的内涵

掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．本章对热力学第二定律的表述很多，这些不同形式的表述都是等价的．

【例二】　根据热力学定律，下列判断正确的是(　　)

A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用

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

【对点训练】

2．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．关于这一现象的正确说法是(　　)

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，热水的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

专题三   能量守恒定律

1.基本知识

(1)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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．

(2)意义

①各种形式的能可以相互转化．

②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．

③第一类永动机

a．概念：不消耗或少消耗能量却能源源不断地对外做功的机器．

B．原因：违背能量守恒定律．

c．结果：无一例外地归于失败．

【例三】　如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm.求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10 m/s2，不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力)

【对点训练】

3.一木箱静止于水平面上，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

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第三章  热力学定律

一、单项选择题

1．如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是(　　)

A．这个装置可测定热功当量

B．做功增加了水的热量

C．做功减少了水的内能

D．功和热量是完全等价的，无区别

2.对于热量、功和内能，三者的说法正确的是(　　)

A．热量、功、内能三者的物理意义等同

B．热量、功都可以作为物体内能的量度

C．热量、功、内能的单位不相同

D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的

3．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比(　　)

A．气体内能一定增加

B．气体内能一定减小

C．气体内能一定不变

D．气体内能是增是减不能确定

4．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是(　　)

A．减小20 J　　　　　　　 B．增大20 J

C．减小220 J  　　 D．增大220 J

5．大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”．如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下．在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权．关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是(　　)

A．符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题

B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现

C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现

D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现

6.下列说法中正确的是(　　)

A．任何物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和

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．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的

D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行

7．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体从外界吸热4×103 J，则气体内能的变化为(　　)

A．增加了5×103 J  　　 B．减少了5×103 J

C．增加了3×103 J  　　 D．减少了3×103 J

二、非选择题

8.若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体放出多少热量？

9．在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能怎样变化？变化了多少？空气是吸收还是放出热量？

10.如图所示，为一气缸内封闭的一定质量的气体的p－V图象，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有热量335 J传入系统，系统对外界做功126 J，求：

(1)若沿adb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，则系统是吸热还是放热？热量传递是多少？

11．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为0.4×106 J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：

(1)太阳能节能灯的能量转化情况．

(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？

(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？

12．汽车未装载货物时，某个轮胎内气体的体积为V0，压强为p0；装载货物后，该轮胎内气体的压强增加了Δp，若轮胎内气体视为理想气体，其质量、温度在装载货物前后均不变，求装载货物前后此轮胎内气体体积的变化量．