2019高中物理第十章5热力学第二定律的微观解释6能源和可持续发展教学案（含解析）新人教版.docx

5热力学第二定律的微观解释6能源和可持续发展学习目标1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念(重点) 2.知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系. 知道热力学第二定律的微观意义(重点)3.知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述(难点)4.了解什么是能量耗散和品质降低了解能源与人类社会、环境的关系(难点)热力学第二定律的微观意义先填空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然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行4熵表达式Skln_，k表示玻耳兹曼常量，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5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再思考质量相同、温度相同的水，如图1051所示，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？气体液体固体图1051【提示】质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小后判断1熵越大说明系统内分子运动的无序性越大()2热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程()3一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小()能源和可持续发展先填空1常规能源：煤、石油、天然气2大量消耗常规能源造成的危害(1)空气质量恶化，危害生态环境(2)大气污染最突出的影响是：温室效应和酸雨3开发新能源(1)化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急(2)新能源再思考如图1052所示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么？图1052【提示】由题图中的浓烟滚滚，可以发现存在的主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染后判断1根据能量守恒定律知，节约能源是没必要的()2能量的耗散是指散失在环境中的内能品质降低，再也无法被人类利用()3能源的开发和利用必须同时考虑其对环境的影响()预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3问题4学生分组探究一热力学第二定律的微观意义第1步 探究分层设问，破解疑难1熵的大小与无序性的大小有什么关系？【提示】熵值越大其无序性越大2在自然过程中，孤立系统的熵一定增大吗？【提示】在自然过程中，孤立系统的熵总是从熵小的状态向熵大的状态发展第2步 结论自我总结，素能培养1热力学第二定律的微观意义热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性所以，“熵”又常常被称为“时间箭头”2熵和熵增加原理(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递第3步 例证典例印证，思维深化(多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()A从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小【思路点拨】(1)热力学第二定律是一个统计规律(2)根据熵增加的原理，一切自然过程总是沿着分子热运动无序程度增加的方向进行【解析】从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，我们知道热力学第二定律是一个统计规律，故A对，B、C错任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方向进行，故D对所以选A、D.【答案】AD有序及无序过程的判断1解此类题目要理解好有序和无序，确定某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合这个规则和要求的分布是无序的2无序意味着各处平均没有差别；而有序则相反，是按照某种规则排列的，有序与无序是相对的第4步 巧练精选习题，落实强化1(多选)关于气体向真空中扩散的规律的叙述中正确的是()A气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C扩散到真空中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行【解析】气体分子向真空中扩散时，分子数越少，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越大；分子数越多，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越小，则A正确、B错误扩散到真空中的分子在整个容器中均匀分布的概率最大，即其宏观态对应的微观态最多，并且这一宏观态的无序性最强，C、D正确【答案】ACD2(2014烟台高二检测)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，压强一定增大B体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大C绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大D一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小【解析】对于一定质量的理想气体，温度升高，如果气体体积增大，压强不一定增大，A错；体积减小，单位体积内的分子数增多，如果对外放热，气体的内能可能减小，B错；孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，D错只有C对【答案】C学生分组探究二能源和可持续发展第1步 探究分层设问，破解疑难1目前具有良好开发前景的新能源是什么？它是一次能源还是二次能源？【提示】太阳能一次能源2利用太阳能的最好途径是什么？【提示】利用太阳能电池将太阳能直接转换成电能第2步 结论自我总结，素能培养1能源开发和利用的关系图2能源的分类：能源分类方法能源分类名称特点举例按形成或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水能新能源正在开发或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生分可再生能源可循环使用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料按对环境污染情况分清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)3.能源对环境的影响：(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝第3步 例证典例印证，思维深化 关于能源的开发和利用，下列观点错误的是()A无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护D不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径【解析】【答案】B弄清能量与能源的区别1能量是守恒的，既不会增加也不会减少2能源是可以提供可利用能量的物质，能源的利用过程存在能量耗散现象，能量耗散使得能量品质下降即能源减少，故我们要节约能源第4步 巧练精选习题，落实强化1(多选)(2014宜昌高二检测)下列对能量耗散的理解正确的是()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【解析】在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会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，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只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【答案】BD2下列叙述中错误的是()A煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能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【解析】 煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，所以A正确；氟利昂会使臭氧层遭到破坏，但无氟冰箱不含氟利昂，所以B错误；引起温室效应的气体有很多，但在大气中CO2含量最大，所以CO2含量增多是引起温室效应的主要原因，C正确；“白色污染”物是一些不易分解的化工材料，所以亟待解决，如近几年国家发布“限塑令”就是为解决“白色污染”所采取的有效措施，故D正确【答案】B能源的使用及品质降低1各种形式的能量向内能的转化，是微观领域内由无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，是能够自动发生、全额发生的2内能向机械能的转化过程，由热力学第二定律知，这种转化是有条件的，即环境中必须存在着温度差，而且内能不能全额转化为机械能3从可被利用的价值来看，内能相对于机械能、电能等，是一种低品质的能量据中国环境报报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元为了有效控制酸雨，目前国务院已批准酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案等法规(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度，在20世纪6070年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？【解析】(1)减少酸雨的产生是要杜绝污染源，而不是建造高烟囱转移污染，而杜绝酸雨的污染途径一般有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其在燃烧过程中不产生SO2；二是对污染物SO2进行回收利用；三是开发新能源(2)传统燃料的主要缺点是：煤、石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的；燃烧后产生的SO2、NO2等严重污染大气，进而形成酸雨；燃烧后产生的CO2又会造成温室效应与传统的燃料相比，氢可以作为目前最理想的燃料，优点：H2可以用水作为原料来制取，取之不尽，用之不竭；H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用缺点：氢能源的提取、开发和利用的技术发明成为当务之急【答案】(1)不可取，因为SO2的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害. (2)见解析先听名师指津任何违背能量守恒定律的过程都是不可能实现的，但是不能认为不违背能量守恒的过程就一定能实现，事实上物理过程是否能实现不但要受到能量守恒定律的制约，同时还要受到物理过程方向性的制约(如能量耗散)再演练应用(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是()A能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用C各种形式的能量向内能的转化，是不能够自动全额发生的D能量耗散导致能量品质的降低【解析】能量耗散是指能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错，D对；耗散的内能无法再被利用，B项对；其他形式的能在一定条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，C项错；故B、D正确【答案】BD课时作业(十六)全员参与基础练1(2014广州高二检测)下列说法中，正确的是()A机械能和内能之间的转化是可逆的B气体向真空的自由膨胀是可逆的C如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的D如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的【解析】根据热力学第二定律，A、B错误，根据有序和无序的物理意义，C错误，D正确【答案】D2(多选)(2015济南高二检测)关于“温室效应”，下列说法正确的是()A太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化D“温室效应”使得土壤酸化【解析】“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升及淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确【答案】BC3下列关于熵的有关说法错误的是()A熵是系统内分子运动无序性的量度B在自然过程中熵总是增加的C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表越无序【解析】根据熵增加原理，不可逆过程总是朝着熵增大的方向进行【答案】C4下列供热方式最有利于环境保护的是()A用煤做燃料供热B用石油做燃料供热C用天然气或煤气做燃料供热D用太阳能灶供热【解析】煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有粉尘、一氧化碳、二氧化碳等物质污染了大气而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故答案应选D.【答案】D5(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是()A没有冷凝器，只有单一的热源，能将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叫做第二类永动机 B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成 C第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化【解析】根据第二类永动机的定义可知A选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以B选项错误机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C选项错误，D选项正确所以，该题的正确答案是A、D.【答案】AD6若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是()A气体分子间的作用力增大B气体分子的平均速率增大 C气体分子的平均动能减小D气体组成的系统的熵增加【解析】考虑气体分子间作用力时，若分子力是引力，分子间距从r0增大，则分子力先增大后减小，A错误气泡上升过程中温度不变，分子平均动能不变，分子平均速率也不变，B、C错误气泡上升过程中体积膨胀，分子势能增加，内能增大，而对外做功，故气体一定吸收热量，又因为温度不变，故其熵必增加，D正确【答案】D7(多选)(2015南充一中高二检测)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为机械能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】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【答案】CD8(多选)倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是()A溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B溶解过程是有序向无序转变的过程C结晶过程是有序向无序转变的过程D结晶过程不是自发的，因为有外界的影响【解析】溶解和结晶过程必须满足一定的条件才能进行，不是自发的，A错误D正确；溶解过程是有序向无序转变的过程，结晶过程是无序向有序转变的过程，B正确C错误【答案】BD超越自我提升练9用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图1053甲)现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图1053乙)，这个过程称为气体的自由膨胀下列说法正确的是() 甲乙图1053A自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动B自由膨胀前后，气体的压强不变 C自由膨胀前后，气体的温度不变 D容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分【解析】气体向真空膨胀，不对外做功，在充满整个容器过程中也没有热交换，根据热力学第一定律知内能不变，温度不变，C正确；气体膨胀后体积增大，温度不变，根据理想气体状态方程可知气体压强减小，B错误；自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自动地进行，A、D错误【答案】C10柴油机使柴油燃料在汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是()A尾气的温度越高，柴油机越节能B尾气的温度越低，柴油机越节能C尾气的温度高低与柴油机是否节能无关D以上说法均不正确【解析】气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源，而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低，故B正确【答案】B11某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？【解析】首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为mr2vt，这些气流的动能为Ekmv2，故风车带动发电机发电的功率为Pr2v310%代入数据以后得P3.4 kW.【答案】3.4 kW12能源问题是当前热门话题，传统的能源煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例如图1054表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲潮落至最低点时放水发电，如图乙待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙设海湾面积为5.0107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内流水的平均功率为_MW.图1054【解析】潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mgShg1.01035.0107310 N1.51012 N，其重心高度变化为h1.5 m.一天内海水两进两出，故水流功率为P W1.0108 W100 MW.【答案】100章末复习提升课(四)总揽全局热力学第一定律及其应用1.公式和正负号(1)公式：UQW.(2)正负号：符号WQU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小2.注意问题(1)在绝热过程Q0，UW，用做功情况可判断内能的变化(2)在气体体积不变时，W0，UQ，用吸热、放热情况可判断内能的变化(3)若物体内能不变，即U0，则WQ，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4.2105 J的热量，同时气体对外做了6105 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_(填“增加”或“减少”)(3)分子平均动能如何变化？【解析】(1)因气体从外界吸收热量，所以Q4.2105 J，气体对外做功6105 J，则外界对气体做功W6105 J，由热力学第一定律UWQ，得U6105 J4.2105 J1.8105 J，所以物体内能减少了1.8105 J.(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量【答案】(1)减少1.8105(2)增加(3)见解析1(2014唐山高二检测)如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴ab的延长线过原点，以下说法错误的是 ()A从状态d到c，气体不吸热也不放热B从状态c到b，气体放热C从状态a到d，气体对外做功D从状态b到a，气体吸热图101【解析】从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，要保持内能不变，一定要吸收热量，故选项A错；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小，就一定要伴随放热，故选项B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，选项C正确；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故选项D正确【答案】A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，来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关于热力学第二定律，下列表述正确的是()A不可能使热量从低温物体传递到高温物体B不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功C第二类永动机是不可能制成的D热力学第二定律是热力学第一定律的推论【解析】如果有外界的帮助，可以使热量从低温物体传递到高温物体，也可以把热量全部用来做功热力学第一定律说明在任何过程中能量必须守恒，热力学第二定律却说明并非能量守恒过程均能实现热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律它指出自然界中出现的过程是有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一方向的过程则不能实现在热力学中，第二定律和第一定律相辅相成，缺一不可【答案】C2(多选)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102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()图102A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【解析】自然界中的任何现象或过程都不违背热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且有方向性，B正确；在绝热过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，因此电能不能全部转化为冷水的内能，故正确答案为A、B.【答案】AB综合测评(四)命题报告知识点简单中等较难热力学第一定律1、3、4、7、910、11、12、13、1415、16、17热力学第二定律及微观解释2、5能量守恒定律8能源和可持续发展6分值：100分时间：90分钟一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共计40分，多选题已在题号后标出)1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【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错误；热量是表示在热传递过程中物体内能变化的多少，而功是用做功的方式来量度改变物体内能多少的，即热量、功都可以作为物体内能变化的量度，B错误；三者单位都是焦耳，C错误；热量和功是过程量，内能是状态量，D正确【答案】D2下列关于熵的说法中错误的是()A熵是物体内分子运动无序程度的量度B在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减小的方向进行C热力学第二定律的微观实质是熵的增加，因此热力学第二定律又叫熵增加原理D熵值越大，代表系统内分子运动越无序【解析】热力学第二定律表明，一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的例如，功转变为热是机械能向内能转化B正确【答案】B3给旱区送水的消防车停于水平面，在缓慢放水的过程中，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分子平均动能减少 D内能增加【解析】把车胎内气体看作理想气体，由气体状态方程C可知，在T不变的情况下，若p减小，则V增大，故气体对外做功，B错温度不变，理想气体分子的平均动能不变、内能不变，C、D错结合热力学第一定律UWQ，由于W为负值，Q0即从外界吸热，故A正确【答案】A4某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图1所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()图1A对外做正功，分子的平均动能减小B对外做正功，内能增大C对外做负功，分子的平均动能增大D对外做负功，内能减小【解析】汽缸内气体膨胀时其向外推动活塞做正功，C、D两项均错；因缸内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知气体内能减小，故B项错误；忽略气体分子间作用力时，气体的内能就是所有分子的动能之和，密闭气体的状态变化时分子的总数不变，所以气体的内能减小时分子的平均动能减小，答案为A.【答案】A5(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是()A没有冷凝器，只有单一的热源，能将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叫做第二类永动机 B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成 C第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化【解析】根据第二类永动机的定义可知A选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以B选项错误机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C选项错误，D选项正确所以，该题的正确答案是A、D.【答案】AD6关于能量和能源，下列说法中正确的是()A化石能源是清洁能源B人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源D能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了【解析】化石能源在燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A项错误；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C项均错误，D项正确【答案】D7(2015烟台二中检查)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()图2A气体温度升高，压强不变B气体温度升高，压强变大C气体对外界做正功，气体内能增加D外界对气体做正功，气体内能减少【解析】猛推推杆，封闭在套筒中的气体被压缩，外界对气体做功，套筒由牛角做成，导热能力很差，且压缩过程用时极短，故压缩过程可看做绝热过程由UW可知气体的内能增加，温度升高，根据C可知因T增大，V减小，故p增大，选项B正确【答案】B8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3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()图3A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【解析】磁铁吸引小球上升，要消耗磁铁的磁场能，时间长了磁铁的磁性就会逐步减弱，直至不能把小球吸引上去，该思想违背了能量转化和守恒定律，不可能实现【答案】D9(多选)如图4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()图4A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【解析】当电热丝通电后，右边的气体温度升高，气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，又汽缸壁和隔板均绝热，根据热力学第一定律知，左边的气体内能增加，所以温度升高，故A错误，B正确；根据pV/TC，可推出左边的气体压强增大，故C正确右边气体内能的增加值等于电热丝发出的热量减去对左边气体所做的功，故D错【答案】BC10(多选)(2015济南高二检测)如图是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气(忽略气体的分子势能)，将其装入“可乐瓶”中通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是()图5A快速挤压时，瓶内气体压强变大B快速挤压时，瓶内气体温度不变C快速挤压时，瓶内气体体积不变D缓慢挤压时，气球下降【解析】快速挤压气体时，外界对它做功，来不及热传递，由WQU，内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，则A项对，B、C两项错；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，对气球来说，压强也增大，温度不变，体积必然减小，则重力mg大于浮力gV，气球下降，则D项正确【答案】AD二、填空题(本大题共2小题，共16分)11(8分)如图6所示，内壁光滑的汽缸水平放置一定质量的理想气体被密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2.则在此过程中，气体分子平均动能_(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了_图6【解析】由热力学第一定律，对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，温度升高，体积由V1增大为V2，对外做功Wp0(V2V1)则在此过程中，气体分子平均动能增大，由热力学第一定律可得气体内能变化了UQWQp0(V2V1)【答案】增大Qp0(V2V1)12(8分)如图7所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”图7(1)该循环过程中，下列说法正确的是_AAB过程中，外界对气体做功BBC过程中，气体分子的平均动能增大 CCD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多DDA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“AB”“BC”“CD”或“DA”)若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量，在CD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.【解析】(1)在AB的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，选项A错误；BC的过程中，气体对外界做功，W0，且为绝热过程，Q0，根据UQW，知U0，根据UQW，U0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D错误(2)从AB、CD的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是BC，内能增大的过程是DA.气体完成一次循环时，内能变化U0，热传递的热量QQ1Q2(6338) kJ25 kJ，根据UQW，得WQ25 kJ，即气体对外做功25 kJ.【答案】(1)C(2)BC25三、计算题(本大题共4小题，共44分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13. (10分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食如图为高压爆米花的装置图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声，气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花设当地温度为t127，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0，取Tt273 K试分析：图8(1)容器内的气体看做理想气体，求容器内气体的温度(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？【解析】(1)根据查理定律：p1p0，T1300 K，p24p0整理得：T21200 K，t2927，(2)由热力学第一定律UQW得U20 kJ15 kJ35 kJ故内能减小35 kJ.【答案】(1)927(2)减小35 kJ14(10分)如图所示，pV图中一定质量的理想气体由状态A经过程变至状态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？图9【解析】一定质量的理想气体由状态A经过程变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为UQ1W1420 J(300 J)120 J气体由状态B经过程回到状态A时，气体内能将减少120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2200 J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2UW2(120 J)200 J320 J.【答案】放出的热量为320 J15. (12分)(2015日照高二检测)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UT，为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的求：图10(1)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.【解析】(1)在气体压强由p1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T2.4T0变为T1，由查理定律得：，解得：T12T0在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律得：，解得：V1V.(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为Wp0(VV1)在这一过程中，气体内能的减少量为U(T1T0)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为QWU，解得：Qp0VT0【答案】(1)V(2)p0VT016(12分)一定质量的理想气体由状态A经状态B变成状态C，其中AB过程为等压变化，BC过程为等容变化已知VA0.3 m3，TATC300 K，TB400 K.(1)求气体在状态B时的体积；(2)说明BC过程压强变化的微观原因；(3)设AB过程气体吸收热量为Q1，BC过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小，并说明原因【解析】(1)AB由盖吕萨克定律，知VBVA0.3 m30.4 m3.(2)BC气体体积不变，分子数不变，温度降低，分子平均动能减小，压强减小(3)AB，气体内能增加，由热力学第一定律：Q1WU，Q1UWBC，气体体积不变，内能减少，Q2U，所以Q1Q2.【答案】(1)0.4 m3(2)、(3)见解析附加题17. (2012山东