第三节热力学定律与能量守恒定律测试题

第三节热力学定律与能量守恒定律

(对应学生用书第234页)

［教材知识速填］

知识点1热力学第一定律

1.改变物体内能的两种方式

(1)做功；(2)热传递.

2.热力学第一定律

(1)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.

(2)表达式：A"=0+/£

3.A0-/+0中正、负号法则

物理量Q

+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

易错判断

(D做功和热传递的实质是相同的.(X)

(2)外界压缩气体做功20J,气体的内能可能不变.(J)

(3)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒

从外界吸热.(X)

知识点2热力学第二定律及微观意义

1.热力学第二定律的两种表述

⑴克劳修斯表述:热量不能一自发地从低温物体传到高温物体.

⑵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.或表述为“第二类永动机是不可能制成

的.”

2.用熠的概念表示热力学第二定律

在任何自然过程中，一个孤立系统的总嫡不会减小(选填“增

大”或“减小”).

3.热力学第二定律的微观意义

一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.

易错判断

(1)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功.(J)

(2)热量不能从低温物体传给高温物体.(义)

⑶热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变

化.(X)

知识点3能量守恒定律和两类永动机

1.能量守恒定律

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.

2.两类永动机

(1)第一类永动机:不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的

机器.

违背能量守恒定律,因此不可能实现.

(2)第二类永动机:从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做

功,而不引起其他变化的机器.

违背热力学第二定律,不可能实现.

易错判断

(1)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失.(X)

(2)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定

律.(V)

析考点•多维突破I基础型能力型应用型据“点”定“型”灵活实用

(对应学生用书第235页)

热力学第一定律的理解和应用

1.的三种特殊情况

过程名内能变

公式物理意义

称化

外界对物体做的功等于物体内能的增

绝热Au=V

加

等容11=0Q=bU物体吸收的热量等于物体内能的增加

△u=外界对物体做的功，等于物体放出的热

等温用=-Q

0量

2.改变内能的两种方式的比较

两种方式做功热传递

外界对物体做功，物

内能

体的内能增加；物体物体吸收热量，内能增加；物体放

变化

区对外界做功，物体的出热量，内能减少

情况

别内能减少

从运做功是宏观的机械运热传递则是通过分子之间的相互

动形动向物体的微观分子作用，使同一物体的不同部分或

式上热运动的转化不同物体间的分子热运动发生变

看化,是内能的转移

从能

做功是其池形式的能

量的不同物体间或同一物体不同部分

与内能相互转化的过

角度之间内能的转移

程

看

能的

性质

能的性质发生了变化能的性质不变

变化

情况

做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上

联系

是相同的

［题组通关］

1.（2017•全国n卷）如图13-3-1所示,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（）

图13-3-1

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

I）.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

ABD［气体向真空膨胀时不受阻碍，气体不对外做功，由于汽缸

是绝热的，没有热交换，所以气体扩散后内能不变，选项A正

确.气体被压缩的过程中，外界对气体做功,且没有热交换，根据

热力学第一定律，气体的内能增大，选项B、D正确.气体在真空

中自发扩散的过程中气体不对外做功,选项C错误.气体在压缩

过程中，内能增大，由于一定质量的理想气体的内能完全由温度

决定,温度越高,内能越大,气体分子的平均动能越大,选项E错

误.］

2.（2018・桂林模拟）一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过

程孙be、ca回到原状态，其H7'图象如图13-3-2所示，小、夕〃、

以分别表示状态a、b、。的压强，下列判断正确的是（）

图13-3-2

A.过程的中气体一定吸热

B.Pc=P）PH

C.过程儿中分子势能不断增大

D.过程be中每一个分子的速率都减小

E.过程皈中气体吸收的热量等于对外界做的功

ABE［由题图知,该理想气体从a到b为等容变化,外界对气体

做功为零,温度升高，内能增大,根据△〃=0+必可知气体一定

吸热,选项A正确;从5到c为等压变化,故而从a到b

为等容变化,根据查理定律夕=67；可知温度升高,压强变大，故

A>A,选项B正确;理想气体没有分子势能,选项C错误;从b到

c,温度降低，分子的平均动能降低,平均速率减小，但不是每一

个分子的速率都减小,选项D错误;从c到a,气体发生等温变化,

内能不变,气体对外界做功,吸收热量，根据AU=Q+//；气体吸

收的热量等于对外界做的功，选项E正确.]

3.关于气体的内能,下列说法正确的是()

A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同

B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大

C.气体被压缩时，内能可能不变

D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关

E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

CDE[温度决定分子的平均功能，质量相同的不同埋想气体的

物质的量不一定相同，内能不一定相同，选项A错误;物体内能

与物体宏观运动速度无关，选项B错误;气体的内能是否变化由

做功和热传递两方面决定,气体被压缩，外界对气体做正功//；

若气体同时向外界放热Q,当川=。时气体的内能不变，选项C正

确;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，选项D正确;根

据理想气体状态方程可知等压膨胀过程中温度升高，一定质量

的理想气体的内能仅由温度决定，可知内能必增加，选项E正

确.]

一定质量的气体,在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量

280J,并对外做功120J,试问：

(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？

(2)如果这些气体又返回原来的状态,并放出了240J热量,那么

在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做

功多少？

［解析］⑴由热力学第一定律可得AQV+g—120J+280J

=160J,气体的内能增加了160J.

(2)由于气体的内能仅与状态有关,所以气体从状态2回到状态

1的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能

的变化,则从状态2到状态1的内能应减少160J,即blf=-

160J,又0'=-240J,根据热力学第一定律得：△/=F+

。'，所以/=△〃'-Q'=-160J—(—240J)=80J,即外

界对气体做功80J.

［答案］(1)增加了160J(2)外界对气体做功80J

［反思总结」如果研究对象是理想气体,则由于理想气体没有

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.

热力学第二定律的理解及应用

1.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

热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过

程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的

宏观过程都具有方向性.

3.热力学过程方向性实例

⑴高温物体盘Q霁器^低温物帐

(2)功丁能自发地完全转化为

')”不能自发地且不能完全转化为公

(3)气体体积V发.胀也气体体积V(F<V)

(4)不同气体.4和B,鬻:黑、混合气体48.

4.两类永动机的比较

分类第一类永动机第二类永动机

不需要任何动力或燃料，从单一热源吸收热量，使之完

设计要求却能不断地对外做功的全变成功，而不产生其他影响

机器的机器

不可能制不违背能量守恒定律，违背热

违背能量守恒定律

成的原因力学第二定律

［题组通关］

1.下列说法中正确的是()

A.热量可以从低温物体传递到高温物体

B.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机

C.能源危机指能量的过度消耗导致自然界的能量不断减少

D.功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为功

E.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量

守恒定律

ADEL空调可以使热量从低温物体向高温物体传递,A对；由热

力学第二定律知不可能有单一热源的热机,B错；能量是守恒

的,C错;功可以全部转化为热量，根据热力学第二定律可知，在

外界的影响下，热量也可以全部转化为功,D对;第一类永动机

违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律,但不违

背能量守恒定律,E对.]

2.（2017•东北三省四市模拟）下列说法中正确的是（）

A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等

B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片

放入火罐内，当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,

火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上.其原因是火罐内的气体体积

不变时，温度降低，压强减小

C.空调既能制热又能制冷,说明在不自发的条件下，热传递可以

逆向

D.自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行

的

E.随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机

BCD[相互间达到热平衡的两物体的温度相同，内能不一定相

等，故A错误；火罐内气体压强小于大气压强，所以火罐能

“吸”在皮肤上，故B正确;根据热力学第二定律可.知，热量能

够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物

体传递到高温物体，故C正确;根据热力学第二定律可知，自然

发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,

故D正确;根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为

100%的热机，故E错误.]

3.（2018・唐山二模）根据热力学定律，下列说法正确的是（）

【导学号：84370513】

A.第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成

B.效率为100%的热机是不可能制成的

C.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

D.从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常

用手段

E.吸收了热量的物体,其内能也不一定增加

BCE［第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定

律，故A错误;效率为100关的热机是不可能制成的，故B正确；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，故

C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的,

故D错误;改变内能的方式有做功和热传递,吸收了热量的物体,

其内能也不一定增加，E正确.］

气体实验定律与热力学定律的综合

皖

研J-

像

一（汽缸、活塞;液柱等）

淌

有蜉］状态参fit）

、

两生名包'L（初、木态之间发生的确

类

一

储厂（做功情况〕

),

懿学厂-4吸「放热情况）

一（内能变化情况）

选用规律J气体的三个实验定律、理想气

.列方程求解J~1体状态方程：热力学第一定律

［母题］（2018・潍坊模拟）如图13-3-3所示在绝热汽缸内，有一绝

热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27C,封

闭气柱长9cm,活塞横截面积5=50cm?.现通过汽缸底部电阻丝

给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22j,稳定后气体温度变

为127℃.已知大气压强等于105Pa,求：

图13-3-3

⑴加热后活塞到汽缸底端的距离；

(2)此过程中气体内能改变了多少.

［解析］(D取被封闭的气体为研究的对象,开始时气体的体积为

£6温度为：7；=(273+27)K=300K,

末状态的体积为:〃6

温度为：E=(273+127)K=400K

气体做等压变化,则:牛=早

Jii-i.

代入数据得:〃=12cm.

(2)在该过程中，气体对外做功：

W'=F♦AL=p.S［L,-L^=105X50X10-，,X(12-9)X10-2J=

15J,

由热力学第一定律：

bU=Q-W=22J-15J=7J.

［答案］⑴12cm(2)7J

［母题迁移］

迁Ail.移tSX*1

气体图象结合类

母至登上

水平两部分气体结合类

题

迁移3

--------->竖直两部分气体结合类

迁移1气体图象结合类

1.如图13-3-4所示,一定质量的理想气体从状态3变化到状态b,在

这一过程中，下列说法正确的是（）

图13-3-4

A.气体体积变大

B.气体温度升高

C.气体从外界吸收热量

D.气体的内能不变

E.气体放出热量

ABC[a-6,°T图线的斜率反映加变化,afhT图线的斜

率减小，夕增大,r升高，内能增加，根据△U=w+Q,A6>0,/f<

0,故0>0,气体吸热,A、B、C正确，D、E错误.]

迁移2水平两部分气体结合类

2.将如图13・3・5所示的装置的右端部分汽缸力置于温度始终保持不

变的环境中，绝热汽缸A和导热汽缸8均固定在地面上，由刚性杆

连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，开始时两形状相同的长方

体汽缸内装有理想气体，压强均为外、体积均为%、温度均为T。,

缓慢加热A中气体，使汽缸A的温度升高到1.5稳定后,求：

图13-3-5

(1)汽缸A中气体的压强口以及汽缸B中气体的体积4

(2)此过程中“中气体吸热还是放热？试分析说明.

［解析］⑴因为此时活塞处于平衡状态，根据平衡条件可知:R

=3,选汽缸A中气体为研究对象，根据理想气体状态方程

得:外玲•那•整7,选汽缸台中气体为研究对象，根据玻

/o1.□/o

意耳定律得:RV=外%,又因为：2%=匕-Vliy联立得:Pf=Pli—

1.25R,VB~0.8%.

(2)因为片中气体温度不变,所以内能不变,活塞对8中气体做正

功，由热力学第一定律可知气体放热.

［答案］(1)1.25R0.8%(2)见解析

迁移3竖直两部分气体结合类

3.如图13・3・6所示，一个绝热的汽缸(汽缸足够高)竖直放置，内有一

个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板

将汽缸分成两部分,分别密封着两部分理想气体A和笈活塞的质

量勿=8kg,横截面积S=10cm2,与隔板相距力=25c叫现通过电

热丝缓慢加热气体,当A气体吸收热量g200J时，活塞上升了

H=10cm,此时气体的温度为t\=27℃,已知大气压强外=

1X105Pa,重力加速度g取Xm/s2.

B