【课堂新坐标】2013-2014学年高中物理选修3-3（人教）教师备课：第十章 热力学定律
文档属性
| 名称 | 【课堂新坐标】2013-2014学年高中物理选修3-3（人教）教师备课：第十章 热力学定律 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 13.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-08-06 18:42:18 | ||
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文档简介
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1功和内能
2热和内能
(教师用书独具)
●课标要求
知道做功和热传递是改变物体内能的两种方式．
●课标解读
1．了解焦耳的两个实验原理，知道做功和热传递的实质．
2．知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别．
3．明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．
4．通过焦耳实验的探究，培养学生的科学探索精神．
●教学地位
本节学习改变内能的两种方式：做功和热传递，并且通过对焦耳实验的探究，培养学生的科学探索精神．本节内容是学习热力学第一定律的基础.
(教师用书独具)
●新课导入建议
“火”的使用把人类带入了文明的殿堂．我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的技术，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”．你知道“钻木取火”的道理吗？
●教学流程设计
课前预习：
1．阅读本节教材内容；
2．填写【课前自主导学】?????
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解焦耳的两个实验的原理，知道热传递的实质．
2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，明确两种方式的区别．
3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系.
1.焦耳实验的探究过程．(重点)
2.改变内能的两种方式的实质和区别．(重点)
3.内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．(难点)
焦耳实验及功和内能
1.基本知识
(1)代表性实验
①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升．
②通过电流的热效应给水加热．
(2)功和内能
①绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程．
②在绝热过程中内能的改变用功来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．表达式为ΔU＝W.
2．思考判断
(1)系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程．(×)
(2)外界对物体做功的多少等于物体的内能．(×)
(3)在绝热过程中内能的改变可以用做功的多少来量度．(√)
3．探究交流
“钻木取火”反映了怎样的能量转化过程？
【提示】 做功可以改变物体的内能，使机械能转化为内能.
热和内能
1.基本知识
(1)热传递
①热传递的方向：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．
②热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
(2)传递的热量与内能改变的关系：
①在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即Q吸＝ΔU.
②在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即Q放＝－ΔU.
(3)改变系统内能的两种方式：做功和热传递．
2．思考判断
(1)温度高的物体含有的热量多．(×)
(2)内能多的物体含有的热量多．(×)
(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)
3．探究交流
做功和热传递都能改变物体的内能．做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同？
【提示】 本质不同．做功改变物体的内能是其他形式的能和内能之间的转化，而热传递改变物体的内能是物体之间能量的转移.
功和内能的关系
【问题导思】
1．决定物体内能的因素有哪些？
2．怎样用做功的方法增加或减小物体的内能？
3．功和内能有什么区别？
1．内能与内能变化
(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和．
(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．
2．做功与内能变化
(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程．
(2)在绝热过程中，外界对物体做正功，物体内能增加，外界对物体做负功，物体内能减小．
3．功和内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量．
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．
(3)物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多．
当系统从状态Ⅰ经过绝热过程到状态Ⅱ时，内能增量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统做的功W，即ΔU＝W.
(2013·孝感高二检测)如图10－1－1所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体 ( )
图10－1－1
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
【审题指导】 明确研究对象是密闭的气体，由功和内能的关系得出温度的变化，再利用理想气体状态方程求解．
【解析】 由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量Q＝0，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据pV/T＝C，V减小，p增大．故选C.
【答案】 C
分析绝热过程的方法
1．在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化多少的量度．
2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．
1．(2013·济南检测)如图10－1－2所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低．三句话正确的顺序是( )
图10－1－2
A．甲乙丙 B．乙丙甲
C．丙甲乙 D．乙甲丙
【解析】 根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致．
【答案】 B
热和内能的关系
【问题导思】
1．热传递的三种方式是什么？
2．怎样用热传递增加或减少物体的内能？
3．改变物体的内能的方式是什么？
1．热传递
(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．
(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
2．热传递的实质
热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．
3．传递的热量与内能改变的关系
(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．即ΔU＝Q吸．
(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即Q放＝－ΔU.
4．热传递具有方向性
热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．
5．改变系统内能的两种方式
做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重要区别的．做功是系统内能与其他形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体(或物体不同部分)之间内能的转移．
1．热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．
2．在系统与外界发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．
关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有( )
A．热水的内能比冷水的内能多
B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大
C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等
D．热量是热传递过程中内能转移的量度
【审题指导】 (1)物体的内能由温度、体积、质量多个因素决定．
(2)热传递的条件是温度的高低，而不是内能的大小．
【解析】 物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C项错；关于热量的论述，D项是正确的．
【答案】 D
2．下列关于热传递的说法中，正确的是( )
A．热量是从含热量较多的物体传给含热量较少的物体
B．热量是从温度较高的物体传给温度较低的物体
C．热量是从内能较多的物体传给内能较少的物体
D．热量是从比热容大的物体传给比热容小的物体
【解析】 热传递发生在有温度差的两物体间或物体的两部分间，且总是从高温物体(或部分)将热量传递给低温物体(或部分)，与物体内能的多少、比热容的高低均无关．
【答案】 B
综合解题方略——改变物体内能的两种方式
(2012·南昌高二检测)关于物体内能的变化，以下说法中正确的是( )
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
【规范解答】 做功和热传递都可以改变物体的内能，当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能不变，比如物体吸热的同时又对外做功，且吸收的热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变化．故正确选项只有C.
【答案】 C
1．改变物体内能的两种方式是等效的，因此，不能仅靠一种情况判断内能的变化．
2．物体吸收热量和外界对物体做功，都可以使物体的内能增加．
3．物体放出热量和物体对外做功，都可以使物体的内能减小．
1．(2012·佛山高二检测)下列哪个实例说明做功改变了系统的内能( )
A．热水袋取暖
B．用双手摩擦给手取暖
C．把手放在火炉旁取暖
D．用嘴对手呵气给手取暖
【解析】 双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能的，选项B正确．
【答案】 B
2．(2013·建陵中学高二期末)物体获得一定初速度后，沿着粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统( )
A．机械能守恒
B．动能与内能之和守恒
C．机械能和内能都增加
D．机械能减少，内能增加
【解析】 物体上滑时克服摩擦力做功，物体损失的机械能转化为物体和斜面的内能，因此物体的温度会略有升高，内能增加．此题情景就像冬天两手相互搓搓会感到暖和一样．
【答案】 D
3．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是( )
A．一定是外界对物体做了20 J的功
B．一定是物体吸收了20 J的热量
C．一定是物体分子动能增加了20 J
D．物体的分子平均动能可能不变
【解析】 做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误．而物体内能包括所有分子的平均动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、势能三者决定，因此答案C错误．
【答案】 D
4．(2013·杭州检测)有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中( )
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少
【解析】 气泡膨胀时，气泡内的气体对外做功，内能减少．
【答案】 D
1．(2013·岳阳市高二检测)当物体的内能增加时，下列说法正确的是( )
A．物体一定吸收了热量
B．外界一定对物体做了功
C．不可能是物体放出热量，同时对外做功
D．有可能是物体放出热量，同时外界对物体做功
【解析】 系统的内能增加，做功和热传递是改变内能的两种方式，外界对系统做功如压缩乙醚气体实验，会使系统内能增加，系统吸收热量也会使内能增加，反之内能减少，所以系统内能是否增加应看做功和热传递的总效果．故答案为C、D.
【答案】 CD
2．下列说法中正确的是( )
A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程：做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则不同，它是物体内能的转移
B．外界对物体做功，物体的内能一定增大
C．物体向外界放热，物体的内能一定增大
D．热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移
【解析】 做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，故A、D选项正确．而物体的内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化．故B、C选项不正确，答案为A、D.
【答案】 AD
3．用金属制成的气缸中装有柴油和空气的混合物，有可能使气缸中的柴油达到燃点的过程是( )
A．迅速向里推活塞
B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞
D．缓慢向外拉活塞
【解析】 要使柴油达到燃点，必须使柴油和空气的混合物内能增大，温度升高，可通过做功过程来实现，应向里推活塞，使外界对气体做功．但应迅速推动还是缓慢推动呢？若是绝热气缸，无论迅速推动还是缓慢推动，只要外界对气体做功，其内能一定增大，温度升高，而金属气缸是导热的，要使温度升高，则应迅速向里推活塞，使气体与外界来不及发生热交换．
【答案】 A
4．有关物体的内能，以下说法中正确的是( )
A．1 g温度为0 ℃水的内能比1 g温度为0 ℃冰的内能大
B．电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过热传递方式实现的
C．气体膨胀，它的内能一定减小
D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加
【解析】 0 ℃的水和0 ℃的冰分子平均动能相同，但内能并不相同，水结成冰时要放出热量(忽略此过程的膨胀力)，说明相同质量的水的内能大(水的分子势能比冰的分子势能大)，选项A正确．电流通过电阻发热，是由于电流做功将电能转化为内能的过程，而不是热传递过程，故B选项错误．气体膨胀对外做功，但有可能吸收更多的热量，C选项错误．橡皮筋被拉伸时，会产生弹力，此弹力是分子引力的宏观表现，分子势能随分子间距离的增大而增大，故选项D正确．
【答案】 AD
5．下列关于做功和热传递的说法中正确的是( )
A．做功和热传递的实质是相同的
B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
C．做功和热传递是对同一过程中的两种说法
D．做功和热传递是不可能同时发生的
【解析】 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量，热传递是内能的转移，且做功和热传递可以同时进行，故只有B选项正确．
【答案】 B
6．(2012·四川高考)物体由大量分子组成，下列说法正确的是( )
A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大
B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C．物体的内能跟物体的温度和体积有关
D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能
【解析】 分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，并非每个分子的动能越大，A错误．分子间引力随着分子间的距离减小而增大，B错误．物体的内能包括分子热运动的动能和分子势能，分子动能与温度有关，分子势能与体积有关，故C正确．改变物体内能的方法有做功和热传递，故D错误．
【答案】 C
7．下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是( )
A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等
B．热量是热传递过程中物体内能变化的量度
C．只要温度升高，每个分子的动能就都增加
D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同
【解析】 物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同，故选项A错；温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，故选项C错；只有选项B和D的说法是正确的．
【答案】 BD
8．(2013·新华高二检测)如图10－1－3所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气．以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( )
图10－1－3
A．E甲不变，E乙减小
B．E甲不变，E乙增大
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
【解析】 本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都历经绝热过程，内能改变取决于做功的情况．对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小．
【答案】 D
9．如图10－1－4所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则( )
图10－1－4
A．A球吸收的热量较多
B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多
D．无法确定
【解析】 两球初末态温度分别相同，初末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选B.
【答案】 B
10．(2012·济南模拟)(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法. “钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________转化为内能．
(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密的套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图10－1－5，这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________．
图10－1－5
【解析】 (1)钻木取火是通过做功方式把机械能转化为内能的．
(2)将烧瓶放进热水中，烧瓶内的气体吸热膨胀．
【答案】 (1)做功；机械能 (2)热量；升高；增大
11．用5 N的力垂直于活塞推动压缩绝热气缸的气体，活塞的位移为0.1 m时，气体内能的变化量是多少？内能增加了还是减少了？
【解析】 外界对气体做功W＝Fs＝5 N×0.1 m＝0.5 J，气体内能增加，增加量为0.5 J.
【答案】 增加了0.5 J
12．(2013·南京检测)如图10－1－6所示，绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡状态．试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？
图10－1－6
【答案】 汽缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，压强增大，体积增大，内能增大；
a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大．
3热力学第一定律 能量守恒定律
(教师用书独具)
●课标要求
1．通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程．体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义．
2．认识热力学第一定律．理解能量守恒定律．用能量守恒观点解释自然现象．体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一．
●课标解读
1．掌握热力学第一定律及表达式，能够从能量转化的观点理解这个定律．
2．会应用表达式ΔU＝W＋Q分析和计算有关问题．
3．会应用能量守恒的观点分析物理现象．
4．了解第一类永动机不可能制成的原因．
●教学地位
本节学习热力学第一定律和能量守恒定律，这部分内容是历年高考的重点，应引起足够的重视.
(教师用书独具)
●新课导入建议
图教10－3－1中左边为风力发电机，发出的电供给右边的电风扇，电风扇把风吹到发电机上发电，循环往复，不需要消耗其他能量风扇就可以一直工作下去．
图教10－3－1
在能源短缺的现在，这是多么美好的愿望啊！同学们，这种愿望能实现吗？
●教学流程设计
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式．
2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题．
3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．
4.知道第一类永动机是不可能制成的.
1.热力学第一定律的定性分析和定量计算．(重点)
2.能量守恒定律的理解和综合应用．(重点)
3.热力学第一定律的应用．(难点)
4.第一类永动机的理解．(难点)
势力学第一定律
1.基本知识
(1)热力学第一定律是研究功、热量和内能之间关系的规律．
(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：ΔU＝Q＋W.
2．思考判断
(1)一定数量的功与确定数量的热相对应．(√)
(2)一定量的气体，膨胀过程中一定是外界对气体做功．(×)
(3)物体向外放热85 J，其内能一定减少85 J．(×)
3．探究交流
外界对物体做功10 J(绝热过程)，物体内能改变了多少？若外界对物体传递10 J的热量(单纯热传递过程)，物体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？
【提示】 无论外界对物体做功10 J，还是外界给物体传递10 J的热量，物体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别.
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．
2．思考判断
(1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．(√)
(2)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．(×)
(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒．(√)
3．探究交流
图10－3－1
有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？
【提示】 这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．
热力学第一定律的理解和应用
【问题导思】
1．气体吸收热量，内能一定增加吗？
2．对气体做功，同时气体放出热量，内能一定减少吗？
3．公式ΔU＝W＋Q中各物理量的符号是怎样规定的？
1．对ΔU＝W＋Q的理解
热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．
2．对公式ΔU、Q、W符号的规定
W
Q
ΔU
符号
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
正号
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
负号
一般情况下外界对物体特别是气体做功与否，需看物体的体积是否变化．
1．若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.
2．若物体体积变小，表明外界对物体做功，W>0.
(2013·青岛高二检测)一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，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240 J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？做多少功？
【审题指导】 (1)物体吸收热量，Q为正，放出热量，Q为负．
(2)气体对外做功，W为负．
(3)内能的改变由做功和热传递两方面的因素决定，即ΔU＝W＋Q.
【解析】 (1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J.
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J．即
ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律
得：ΔU′＝W′＋Q′，所以：W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J
即外界对气体做功80 J.
【答案】 (1)增加了160 J.
(2)外界对气体做功80 J.
应用热力学第一定律解题的思路与步骤
1．首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．
2．分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功．
3．根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．
4．特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义．
1．(2013·南京高二检测)一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×105 J，气体内能减少1.3×106 J，则此过程( )
A．气体从外界吸收热量2.0×106 J
B．气体向外界放出热量2.0×106 J
C．气体从外界吸收热量6.0×105 J
D．气体向外界放出热量6.0×105 J
【解析】 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝－1.3×106 J－7.0×105 J＝－2.0×106 J负号表示放出热量，所以B正确，其他选项错误．
【答案】 B
能量守恒定律的理解和应用
【问题导思】
1．能量守恒需要条件吗？
2．能量守恒定律对分析物理现象有什么意义？
3．第一类永动机不能制成的原因是什么？
1．某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．
2．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
3．各种形式的能在转化和转移过程中总能量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功．
4．能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量．不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的．
在应用能量守恒定律分析问题时，应注意：
1．哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．
2．哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
如图10－3－2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)
图10－3－2
【审题指导】 (1)封闭气体高度变化的过程，活塞和重物的重力势能减小，外界对气体做功．
(2)气体发生绝热过程，不涉及吸热和放热．
【解析】 由能的转化与守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J.
【答案】 20 J
2．(2013·开封市检测)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
【解析】 由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能，即：U＝60×10 J＝600 J．由能量守恒定律可得：Ek＝W总－U＝80×10 J－600 J＝200 J，故B正确．
【答案】 B
综合解题方略——气体实验定律
和热力学第一定律的综合应用
内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa，体积为2.0×10－3 m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半．
(1)求汽缸内气体的压强；
(2)若封闭气体的内能仅与温度有关，在上述过程中外界对气体做功145 J，封闭气体吸收还是放出热量？热量是多少？
【审题指导】 (1)冰水混合物温度保持不变，故封闭气体发生等温变化．
(2)理想气体的内能只决定于温度的高低，发生等温度变化时，气体的内能不变．
【规范解答】 (1)封闭气体做等温变化，由玻意耳定律p1V1＝p2V2，
得气体的压强p2＝＝ Pa＝2.0×105 Pa.
(2)因为气体做等温变化，所以内能不变，即ΔU＝0
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，
得热量Q＝－W＝－145 J
说明封闭气体放出热量，热量为145 J.
【答案】 (1)2.0×105 Pa (2)放出热量 145 J
应用热力学第一定律的几种情况
1．若气体发生绝热过程，即Q＝0，则ΔU＝W，气体内能的增加量等于外界对气体做的功．
2．若气体发生等容过程，过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，气体内能的增加量等于气体从外界吸收的热量．
3．若气体发生等温过程，过程的始末状态气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对气体做的功等于气体放出的热量(或气体吸收的热量等于气体对外界做的功)．
1．(2013·南京高二检测)关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是( )
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变
C．物体对外做功，其内能必定改变．物体向外传出一定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
【解析】 温度变化时，物体的分子动能变化，但内能可能不变，A错；改变内能有两种方式：做功和热传递．由热力学第一定律可知B正确，C、D错．
【答案】 B
2．(2011·全国高考)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )
A．气体吸收的热量可以完全转化为功
B．气体体积增大时，其内能一定减少
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．外界对气体做功，气体内能可能减少
【解析】 如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量．且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，所以B错误；若气体吸收热量的同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功的同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减少，所以D正确．
【答案】 AD
3．一定质量的气体，从状态A变化到另一个状态B的过程中，内能增加了160 J，则下列关于内能变化的可能原因的说法中不可能的是( )
A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 J
B．从A到B的单纯热传递过程中，外界对气体传递了160 J的热量
C．从A到B过程中吸热280 J，并对外做功120 J
D．从A到B过程中放热280 J，外界对气体做功120 J
【解析】 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知A、B、C对，D错．
【答案】 D
4．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它( )
A．不符合热力学第一定律
B．做功产生的热量太少
C．由于有摩擦、热损失等因素的存在
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
【解析】 第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功，故违背了能量的转化与守恒．
【答案】 A
1．(2012·南阳高二检测)在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( )
A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
【解析】 表达式ΔU＝W＋Q的意义是系统内能的增量等于外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和，由此可知，正确答案为C.
【答案】 C
2．给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，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．分子平均动能减小
D．内能增加
【解析】 本题考查了热力学定律．由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变．放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热．A选项正确．
【答案】 A
3．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是( )
A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J
【解析】 由符号法则可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，ΔU为负值，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105 J．故选B.
【答案】 B
4．如图10－3－3是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的( )
图10－3－3
A．温度升高，内能增加600 J
B．温度升高，内能减少200 J
C．温度降低，内能增加600 J
D．温度降低，内能减少200 J
【解析】 对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．
【答案】 A
5．(2013·沈阳模拟)如图10－3－4所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是( )
图10－3－4
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能可能不变
D．电流对气体做功一定大于气体对外做功
【解析】 由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由＝恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由能的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B、C均错，D项正确．由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰一次对活塞的冲量增大，而压强不变；单位时间内对活塞的冲量不变．因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A对．
【答案】 AD
6．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
【解析】 这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星降落是空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力．因而物体都克服阻力做功．A选项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为内能或其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能．D选项正确．
【答案】 AD
7．(2013·济南高二检测)如图10－3－5所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走．若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )
图10－3－5
A．气体对外做功，气体温度可能不变
B．气体对外做功，内能一定减少
C．气体压强可能增大，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加
【解析】 由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变．
【答案】 A
8．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( )
A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
【解析】 本题考查热力学第一定律，意在考查考生对基本的定律的掌握情况．气体的温度降低，则内能减小，而外界对气体做了功，由热力学第一定律知，气体要向外放出热量．
【答案】 D
9．如图10－3－6所示，汽缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是( )
图10－3－6
A．ΔE＝mgh B．ΔE＞mgh
C．ΔE＜mgh D．以上三种情况均有可能
【解析】 气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W乙，且为正功，ΔE＝mgh＋W乙．
【答案】 B
10．一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？
【解析】 根据热力学第一定律表达式中的符号规则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J.
由ΔU＝W＋Q，则
W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J.
W＞0，说明是外界对气体做了功．
【答案】 外界对气体做了1.6×105 J的功
11．如图10－3－7所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa.现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口．在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能增加了多少？
图10－3－7
【解析】 对封闭气体，根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W代入数据得：
ΔU＝60 J－5×104×10×10－4×0.2 J＝50 J.
【答案】 50 J
12．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3.已知水的汽化热为2 263.8 J/g.求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q；
(3)气体增加的内能ΔU.
【解析】 取1 g水为研究系统，1 g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU＜Q吸．
(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J＝169.7 J.
(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J.
(3)根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝2 263.8 J＋(－169.7) J＝2 094.1 J.
【答案】 (1)169.7 J (2)2 263.8 J (3)2 094.1 J
4热力学第二定律
(教师用书独具)
●课标要求
通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律．
●课标解读
1．了解热现象中宏观自然过程的方向性．
2．理解热力学第二定律的两种不同的表述以及两种表述的物理实质．
3．了解什么是第二类永动机，以及为什么第二类永动机不可能制成．
●教学地位
本节通过认识自然界中宏观过程的方向性来了解热力学第二定律．学习本节内容对认识自然、改造自然有非常重要的意义，本节内容在高考中也经常涉及.
(教师用书独具)
●新课导入建议
覆水难收、破镜难圆；水从高山流到河谷，不可能自己再返回高处；一滴墨水滴入一杯清水，会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水……这些现象说明什么道理？
●教学流程设计
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.通过自然界中热传导方向性的实例，了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因．
2.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．
3.尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题.
1.热力学第二定律的两种不同表述．以及两种表述的物理实质．(重点)
2.第二类永动机及其不能制成的原因．(重点)
3.热力学第二定律的两种描述的理解．(难点)
4.用热力学第二定律分析实际问题．(难点)
热力学第二定律的一种表述
1.基本知识
(1)热传导的方向性
①热量可以自发地由高温物体传给低温物体．
②热量不能自发地由低温物体传给高温物体．
③热传导过程是有方向性的．
(2)热力学第二定律的克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体．即热传导的过程具有方向性．
2．思考判断
(1)电冰箱中热量可以自发地从低温物体传到高温物体．(×)
(2)热传导的过程具有方向性．(√)
(3)热量不能由低温物体传给高温物体．(×)
3．探究交流
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？
【提示】 不能．“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传递到了高温物体，但是也产生了影响，即外界做了功．
热力学第二定律的另一种表述
1.基本知识
(1)机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．
(2)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．(即机械能与内能转化具有方向性)
2．思考判断
(1)第二类永动机违反了能量守恒定律．(×)
(2)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．(×)
(3)热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性．(×)
3．探究交流
随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气，没有摩擦，也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达到100%?
【提示】 不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能完全用来做功，这违背了热力学第二定律．
热力学第二定律的理解
【问题导思】
1．热力学第二定律的各种表述的内容是什么？
2．热力学第二定律的不同表述有什么共同的物理意义？
3．应用热力学第二定律应注意哪些问题？
1．克劳修斯表述指明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，其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的．
2．开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源．“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化．其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的．
3．热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的．
1．在可以引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等．
2．分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义．
(2013·石家庄检测)根据热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电能不可能全部转变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
【审题指导】 (1)内能和机械能、电能的转化可以考虑热力学第二定律的第二种表述．
(2)热传导现象可以考虑热力学第二定律的第一种表述．
【解析】 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故A正确．火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确．热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能．故B错误．
【答案】 ACD
与热现象有关的宏观物理过程具有方向性，是不可逆的，分析问题时要注意哪些过程可以“自发地”进行，哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响.
(2013·南京高二检测)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
【解析】 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
【答案】 BCD
综合解题方略——热力学第一、
第二定律的对比应用
关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．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
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
【审题指导】 (1)第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律．
(2)应用热力学第一定律要弄清内能的改变与做功和热传递两方面因素有关，应用热力学第二定律要弄清什么是自发进行的现象．
【规范解答】 第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D对．
【答案】 D
1．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性．告诫人们：第一类永动机不可能制成．
2．热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性．如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而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性．告诫人们：第二类永动机不可能制成．
【备选例题】(教师用书独具)
关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是( )
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
【解析】 第二类永动机违反热力学第二定律，并不违反能量守恒定律，故A错．据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道热传递情况就无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能．但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．
【答案】 D
1．(2013·杭州高二检测)第二类永动机不可能制成，是因为( )
A．违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转化为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
【解析】 第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热量的能量转化过程是有方向性的规律，故选项A错；在引起其他变化的情况下，热量可由低温物体非自发地传递到高温物体，故B错．机械能可以全部转化为内能，C错．
【答案】 D
2．关于热传递的说法正确的是( )
A．热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能从低温物体传递到高温物体
B．热量只能从低温物体传递到高温物体，而不能从高温物体传递到低温物体
C．热量既可以从高温物体传递到低温物体，又可以从低温物体传递到高温物体
D．热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体
【解析】 热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，若从低温物体传到高温物体，势必会引起其他变化，选项C、D正确．
【答案】 CD
3．下列关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化成机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
【解析】 由热机的定义可知A正确，B错误．内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，故D选项正确，C选项错误．
【答案】 AD
4．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是( )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的
C．第二类永动机遵从能量守恒故能做成
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
【解析】 由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可达到，A错；由热力学第一定律知D正确．
【答案】 D
5．制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态．夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？
【答案】 不会降低室内的平均温度．若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高.
1．(2013·潍坊高二检测)我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因是( )
A．这违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
【解析】 机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现．由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化．
【答案】 C
2．下列说法正确的是 ( )
A．热量不能由低温物体传递到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能必定增加
C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
【解析】 根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错．根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错．第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错．选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的．
【答案】 D
3．(2013·德州高二检测)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】 AD
4. 如图10－4－1所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是( )
图10－4－1
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
【解析】 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C.
【答案】 BC
5．下列过程中，可能发生的是( )
A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
【解析】 根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项对；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性．D项也错．
【答案】 C
6．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是( )
A．将地球上所有海水的温度降低0.2 ℃，以放出大量的内能供人类使用
B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则的运动
C．在热传递中，热量一定是从内能多的物体传向内能少的物体
D．在热传递中，热量一定是从温度高的物体流向温度低的物体
【解析】 自然界一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、C错；布朗运动不是液体分子的运动，而是固体颗粒的运动，B错．故只有选项D正确．
【答案】 D
7．(2013·大纲卷)根据热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．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
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．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
【解析】 热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误．
【答案】 AB
8．(2013·济南高二检测)如图10－4－2中汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )
图10－4－2
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
【解析】 热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．本题中如果没有外界的帮助，比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动，使气体膨胀对外做功，导致气体温度略微降低，是不可能从外界吸收热量的，即这一过程虽然是气体从单一热源吸热，全用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律．
【答案】 C
9．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( )
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转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律
【解析】 热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，故A、C、D错误，B正确．
【答案】 B
10．(2013·青岛模拟)有以下说法：
图10－4－3
A．气体的温度越高，分子的平均动能越大
B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的
C．对物体做功不可能使物体的温度升高
D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关
E．一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室．甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图10－4－3所示，提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T
F．空调机作为制冷机使用时，使热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的
G．对于一定量的气体，当其温度降低时，速度大的分子数目减小，速率小的分子数目增加
H．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
其中正确的是________．
【答案】 ABEG
11．热力学第二定律常见的表述有以下两种：
第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；
第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．
图10－4－4(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图；外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述完成示意图(b)．根据你的理解，热力学第二定律的实质是________．
图10－4－4
【答案】 如图所示，
实质：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．
12．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？
【答案】 能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化．
5热力学第二定律的微观解释
6能源和可持续发展
(教师用书独具)
●课标要求
1．初步了解熵是反映系统无序程度的物理量．
2．认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义．
●课标解读
1．了解有序和无序、宏观态和微观态的概念．
2．知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系．
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.
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．
●教学地位
本节学习热力学第二定律的微观解释，熵增加的原理，能源和可持续发展问题，学习本节知识可以开拓视野，提高认识，激发学习兴趣.
(教师用书独具)
●新课导入建议
在现代化大城市中，交通与工业废气及噪声对环境的污染；工业和生活垃圾、废水对环境的污染；交通拥挤和堵塞造成的道路混乱；电磁波辐射造成的污染；高层建筑的玻璃幕墙带来的光污染；空调、钢筋、水泥等热污染引起的“热岛效应”，……这一切现象表明了什么原理？
●教学流程设计
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解有序和无序是相对的．
2.知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系．
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．
4.能用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性，能从熵增加角度认识当前的环境问题.
1.热力学第二定律的微观意义．(重点)
2.能源耗散和新能源开发．(重点)
3.对熵和熵增加原理的理解．(难点)
4.能源品质降低与人类社会发展的关系．(难点)
热力学第二定律的微观意义
1.基本知识
(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S＝kln_Ω，k表示玻耳兹曼常量，Ω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．
2．思考判断
(1)大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动．(×)
(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)熵值越大代表着越有序．(×)
3．探究交流
质量相同、温度相同的水，如图10－5－1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10－5－1
【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.
能源和可持续发展
1.基本知识
(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
2．思考判断
(1)根据能量守恒定律，能源危机是不存在的．(×)
(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．(√)
3．探究交流
既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
【提示】 能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量.
热力学第二定律的微观意义
【问题导思】
1．有序、无序与熵存在什么关系？
2．怎样从微观方面解释热力学第二定律？
3．怎样用熵的概念表述热力学第二定律？
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．
1．熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态．在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多．
2．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．如果变化过程可逆，则熵不变；如果变化过程不可逆，则熵增加．
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
【审题指导】 (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．
(2013·武汉模拟)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，但如果气体体积增大，压强不一定增大，A错；体积减小，单位体积内的分子数增多，但如果对外放热，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
综合解题方略——风能利用的计算问题
(2013·南京高二检测)某地强风的风速约为v＝20 m/s，设空气密度为ρ＝1.3 kg/m3，如果能利用该强风进行发电，并将其动能的20%转化为电能，现考虑横截面积S＝20 m2的风车(风车车叶转动形成圆面面积为S)，求：
(1)利用上述已知量计算电功率的表达式．
(2)电功率大小约为多少？(取一位有效数字)
【审题指导】 (1)先求出t时间内吹过风车的空气质量．
(2)再求出空气的动能及发电功率．
【规范解答】 (1)研究时间t内吹到风力发电机上的空气，则空气质量m＝ρSvt.
空气动能Ek＝mv2＝ρStv3.
由能量守恒有：
E＝20%Ek＝ρStv3，
所以发电机电功率P＝＝ρSv3.
(2)代入数据得：
P＝×1.3×20×203 W≈2×104 W.
【答案】 (1)P＝ρSv3 (2)2×104 W
【备选例题】(教师用书独具)
(2013·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】 BC
【备课资源】(教师用书独具)
热力学第二定律与宇宙变化
热力学第二定律告诉我们，宇宙不是在进化，是在退化．曾长期在美国西北大学执教的物理学家贝克博士(Dr.Edson Peck)指出：“我们的宇宙中熵值有增高的倾向”，“我们有充分的理由相信，宇宙像一个发条逐渐慢下来的大时钟．”诚然，我们也可以观察到一些暂时逆热力学的自然现象，如生命现象，动、植物由受精卵开始，从简到繁、从不分化到分化，最后成为一完整的动物或植物．之所以说“暂时”，乃是因为这些动、植物最后也要衰老、死亡、解体．
暂时逆热力学的生命现象需要两个必备条件：一是要有蓝图或指令．这就是在精子和卵子的DNA中所携带的来自父母双方的遗传基因．在这些基因的调控下，一颗绿豆发芽长成一株绿豆苗，鸡蛋孵化后成为一只小鸡．二是要有一个能量转化系统，以供给发育时期所需的能量．光合作用、消化作用、血液循环和呼吸作用等都是这样的转化系统．
进化论者认为，地球是开放系统，可以不断地从太阳吸收能量以弥补在熵增高的过程中所消耗的能量，因而进化与热力学第二定律并不矛盾．但是，他们把能量的多寡与能量的转化相混淆了．问题不在于太阳是否有足够的能量维持进化过程，而在于怎样用太阳的能量来维持进化过程．
如果进化是宇宙的普遍现象，那么在宇宙中一定有宏大的量转化系统和指令系统，使万物能逆热力学第二定律，由无序到有序、由低级到高级不断地进化．但是，人们在宇宙中找不到这样的系统，故进化的模式是与热力学第二定律直接相冲突的．
热力学第二定律还告诉我们，宇宙不是永恒的．按此定律，宇宙的熵值在不断增高，总有一天，当宇宙各处的温度完全均匀一致时，熵增至最大值，一切能量都不再能做功，只剩下分子的随机运动．此时宇宙就到达等温热死阶段，一片死寂荒凉，这就是宇宙的终点．现在宇宙还没有进入最后阶段，说明宇宙的过去还不够长，宇宙必有一个起始点．宇宙必有起点和终点，不是永恒的，创造模式相信宇宙是神创造的，故宇宙不是永恒的．
如果把热力学第一定律和热力学第二定律结合起来，可以引申出一个十分重要的结论．第一定律说物质不能被创造也不能被消灭，也就是说，宇宙不能自己开始；热力学第二定律却说宇宙必定有一个开始．这样，宇宙只能有一个不受第一定律支配的超然的开始．这样的开始不可能是自然进化而是神超然的创造.
1．(2013·南京高二检测)下列关于熵的说法中正确的是( )
A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
【解析】 熵值越大，意味着无序程度越高，熵值越小，系统越有序，故A、D正确．
【答案】 AD
2．关于宏观态与微观态，下列说法正确的是( )
A．同一系统，在不同“规则”下，其宏观态可能不同
B．宏观态越有序，其对应的微观态数目就越多
C．一个宏观态往往对应有多个微观态，对应的微观态越多，这个宏观态的无序度越大
D．一个宏观态可能是另一宏观态对应的微观态
【解析】 宏观态越有序，其对应的微观态数目就越少．
【答案】 ACD
3．在一定速度下发生变化的孤立系统，其总熵的变化情况是( )
A．不变 B．可能增大或减小
C．总是增大 D．总是减小
【解析】 一切孤立系统总向着总熵增大的方向发展．
【答案】 C
4．(2012·张家界高二检测)下列对能量耗散的理解正确的有( )
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，B、D对．
【答案】 BD
5．如图10－5－2将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布，试说明这个过程中熵的变化．
图10－5－2
【答案】 墨水原来处于较小的空间(一滴)，无序度小，后来处于较大空间，无序度大，故熵变大.
1．(2013·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】 D
2．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】 C
3．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】 D
4．(2013·酒泉高二检测)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( )
A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B．热传递的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
C．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
D．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
【解析】 分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变得有序，热传递的自然过程从微观上讲就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，C、D两项正确．
【答案】 CD
5．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】 D
6．(2013·南充一中)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】 CD
7．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10－5－3甲)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图10－5－3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10－5－3
A．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，在经过容器中也没有热交换，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】 C
8．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，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】 B
9．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ向气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化的关系如图10－5－4所示．单位时间所吸收的热量可看做不变．
(1)以下说法正确的是________．
A．在区间Ⅱ，物质的内能不变
B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变
C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加
D．在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大
(2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高________(选填“变快”“变慢”或“快慢不变”)．请说明理由．
图10－5－4
【解析】 (1)因为该物质一直吸收热量，体积不变，不对外做功，所以内能一直增加，A错误，D正确；又因为区间Ⅱ温度不变，所以分子动能不变，吸收的热量全部转化为分子势能，物体的内能增加，理想气体没有分子力，所以理想气体内能仅与温度有关，分子势能不变，B正确；从区间Ⅰ到区间Ⅲ，分子运动的无序程度增大，物质的熵增加，D正确．
(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W
根据理想气体的状态方程有＝C
可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W<0，ΔU1＝Q－|W|；
体积不变的条件下，W＝0，ΔU2＝Q；
所以ΔU1＜ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快．
【答案】 (1)BCD
(2)变快 理由见解析
10．(2013·青岛高二检测)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为________现象，是由于分子的________而产生的．这一过程是沿着分子热运动的无序性________的方向进行的．
【解析】 题目中的现象是由于分子无规则运动而引起的扩散现象．
【答案】 扩散 无规则运动(热运动) 增加
11．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10－5－5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5.0×107 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10－5－5
【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mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h′＝1.5 m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝＝ W＝1.0×108 W
＝100 MW.
【答案】 100
12．两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低．怎样从分子热运动的角度解释热传递的这种方向性？
【答案】 两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个物体分子平均动能小，总体上看，分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变的分散，分子热运动的分布较为无序．由于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．所以热传递中能量自发地由高温物体传向低温物体，热传递具有方向性.
热力学定律
热力学定律
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：
符号
W
Q
ΔU
＋
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．
如图10－1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10－1
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
【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/T＝C，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】 BC
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？
【解析】 (1)因气体从外界吸收热量，所以
Q＝4.2×105 J
气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功
W＝－6×105 J
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得
ΔU＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
所以物体内能减少了1.8×105 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 1.8×105 (2)增加 (3)见解析
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
1功和内能
2热和内能
(教师用书独具)
●课标要求
知道做功和热传递是改变物体内能的两种方式．
●课标解读
1．了解焦耳的两个实验原理，知道做功和热传递的实质．
2．知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别．
3．明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．
4．通过焦耳实验的探究，培养学生的科学探索精神．
●教学地位
本节学习改变内能的两种方式：做功和热传递，并且通过对焦耳实验的探究，培养学生的科学探索精神．本节内容是学习热力学第一定律的基础.
(教师用书独具)
●新课导入建议
“火”的使用把人类带入了文明的殿堂．我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的技术，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”．你知道“钻木取火”的道理吗？
●教学流程设计
课前预习：
1．阅读本节教材内容；
2．填写【课前自主导学】?????
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解焦耳的两个实验的原理，知道热传递的实质．
2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，明确两种方式的区别．
3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系.
1.焦耳实验的探究过程．(重点)
2.改变内能的两种方式的实质和区别．(重点)
3.内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．(难点)
焦耳实验及功和内能
1.基本知识
(1)代表性实验
①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升．
②通过电流的热效应给水加热．
(2)功和内能
①绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程．
②在绝热过程中内能的改变用功来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．表达式为ΔU＝W.
2．思考判断
(1)系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程．(×)
(2)外界对物体做功的多少等于物体的内能．(×)
(3)在绝热过程中内能的改变可以用做功的多少来量度．(√)
3．探究交流
“钻木取火”反映了怎样的能量转化过程？
【提示】 做功可以改变物体的内能，使机械能转化为内能.
热和内能
1.基本知识
(1)热传递
①热传递的方向：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．
②热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
(2)传递的热量与内能改变的关系：
①在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即Q吸＝ΔU.
②在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即Q放＝－ΔU.
(3)改变系统内能的两种方式：做功和热传递．
2．思考判断
(1)温度高的物体含有的热量多．(×)
(2)内能多的物体含有的热量多．(×)
(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)
3．探究交流
做功和热传递都能改变物体的内能．做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同？
【提示】 本质不同．做功改变物体的内能是其他形式的能和内能之间的转化，而热传递改变物体的内能是物体之间能量的转移.
功和内能的关系
【问题导思】
1．决定物体内能的因素有哪些？
2．怎样用做功的方法增加或减小物体的内能？
3．功和内能有什么区别？
1．内能与内能变化
(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和．
(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．
2．做功与内能变化
(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程．
(2)在绝热过程中，外界对物体做正功，物体内能增加，外界对物体做负功，物体内能减小．
3．功和内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量．
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．
(3)物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多．
当系统从状态Ⅰ经过绝热过程到状态Ⅱ时，内能增量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统做的功W，即ΔU＝W.
(2013·孝感高二检测)如图10－1－1所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体 ( )
图10－1－1
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
【审题指导】 明确研究对象是密闭的气体，由功和内能的关系得出温度的变化，再利用理想气体状态方程求解．
【解析】 由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量Q＝0，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据pV/T＝C，V减小，p增大．故选C.
【答案】 C
分析绝热过程的方法
1．在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化多少的量度．
2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．
1．(2013·济南检测)如图10－1－2所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低．三句话正确的顺序是( )
图10－1－2
A．甲乙丙 B．乙丙甲
C．丙甲乙 D．乙甲丙
【解析】 根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致．
【答案】 B
热和内能的关系
【问题导思】
1．热传递的三种方式是什么？
2．怎样用热传递增加或减少物体的内能？
3．改变物体的内能的方式是什么？
1．热传递
(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．
(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
2．热传递的实质
热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．
3．传递的热量与内能改变的关系
(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．即ΔU＝Q吸．
(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即Q放＝－ΔU.
4．热传递具有方向性
热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．
5．改变系统内能的两种方式
做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重要区别的．做功是系统内能与其他形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体(或物体不同部分)之间内能的转移．
1．热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．
2．在系统与外界发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．
关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有( )
A．热水的内能比冷水的内能多
B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大
C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等
D．热量是热传递过程中内能转移的量度
【审题指导】 (1)物体的内能由温度、体积、质量多个因素决定．
(2)热传递的条件是温度的高低，而不是内能的大小．
【解析】 物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C项错；关于热量的论述，D项是正确的．
【答案】 D
2．下列关于热传递的说法中，正确的是( )
A．热量是从含热量较多的物体传给含热量较少的物体
B．热量是从温度较高的物体传给温度较低的物体
C．热量是从内能较多的物体传给内能较少的物体
D．热量是从比热容大的物体传给比热容小的物体
【解析】 热传递发生在有温度差的两物体间或物体的两部分间，且总是从高温物体(或部分)将热量传递给低温物体(或部分)，与物体内能的多少、比热容的高低均无关．
【答案】 B
综合解题方略——改变物体内能的两种方式
(2012·南昌高二检测)关于物体内能的变化，以下说法中正确的是( )
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
【规范解答】 做功和热传递都可以改变物体的内能，当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能不变，比如物体吸热的同时又对外做功，且吸收的热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变化．故正确选项只有C.
【答案】 C
1．改变物体内能的两种方式是等效的，因此，不能仅靠一种情况判断内能的变化．
2．物体吸收热量和外界对物体做功，都可以使物体的内能增加．
3．物体放出热量和物体对外做功，都可以使物体的内能减小．
1．(2012·佛山高二检测)下列哪个实例说明做功改变了系统的内能( )
A．热水袋取暖
B．用双手摩擦给手取暖
C．把手放在火炉旁取暖
D．用嘴对手呵气给手取暖
【解析】 双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能的，选项B正确．
【答案】 B
2．(2013·建陵中学高二期末)物体获得一定初速度后，沿着粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统( )
A．机械能守恒
B．动能与内能之和守恒
C．机械能和内能都增加
D．机械能减少，内能增加
【解析】 物体上滑时克服摩擦力做功，物体损失的机械能转化为物体和斜面的内能，因此物体的温度会略有升高，内能增加．此题情景就像冬天两手相互搓搓会感到暖和一样．
【答案】 D
3．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是( )
A．一定是外界对物体做了20 J的功
B．一定是物体吸收了20 J的热量
C．一定是物体分子动能增加了20 J
D．物体的分子平均动能可能不变
【解析】 做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误．而物体内能包括所有分子的平均动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、势能三者决定，因此答案C错误．
【答案】 D
4．(2013·杭州检测)有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中( )
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少
【解析】 气泡膨胀时，气泡内的气体对外做功，内能减少．
【答案】 D
1．(2013·岳阳市高二检测)当物体的内能增加时，下列说法正确的是( )
A．物体一定吸收了热量
B．外界一定对物体做了功
C．不可能是物体放出热量，同时对外做功
D．有可能是物体放出热量，同时外界对物体做功
【解析】 系统的内能增加，做功和热传递是改变内能的两种方式，外界对系统做功如压缩乙醚气体实验，会使系统内能增加，系统吸收热量也会使内能增加，反之内能减少，所以系统内能是否增加应看做功和热传递的总效果．故答案为C、D.
【答案】 CD
2．下列说法中正确的是( )
A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程：做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则不同，它是物体内能的转移
B．外界对物体做功，物体的内能一定增大
C．物体向外界放热，物体的内能一定增大
D．热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移
【解析】 做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，故A、D选项正确．而物体的内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化．故B、C选项不正确，答案为A、D.
【答案】 AD
3．用金属制成的气缸中装有柴油和空气的混合物，有可能使气缸中的柴油达到燃点的过程是( )
A．迅速向里推活塞
B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞
D．缓慢向外拉活塞
【解析】 要使柴油达到燃点，必须使柴油和空气的混合物内能增大，温度升高，可通过做功过程来实现，应向里推活塞，使外界对气体做功．但应迅速推动还是缓慢推动呢？若是绝热气缸，无论迅速推动还是缓慢推动，只要外界对气体做功，其内能一定增大，温度升高，而金属气缸是导热的，要使温度升高，则应迅速向里推活塞，使气体与外界来不及发生热交换．
【答案】 A
4．有关物体的内能，以下说法中正确的是( )
A．1 g温度为0 ℃水的内能比1 g温度为0 ℃冰的内能大
B．电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过热传递方式实现的
C．气体膨胀，它的内能一定减小
D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加
【解析】 0 ℃的水和0 ℃的冰分子平均动能相同，但内能并不相同，水结成冰时要放出热量(忽略此过程的膨胀力)，说明相同质量的水的内能大(水的分子势能比冰的分子势能大)，选项A正确．电流通过电阻发热，是由于电流做功将电能转化为内能的过程，而不是热传递过程，故B选项错误．气体膨胀对外做功，但有可能吸收更多的热量，C选项错误．橡皮筋被拉伸时，会产生弹力，此弹力是分子引力的宏观表现，分子势能随分子间距离的增大而增大，故选项D正确．
【答案】 AD
5．下列关于做功和热传递的说法中正确的是( )
A．做功和热传递的实质是相同的
B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
C．做功和热传递是对同一过程中的两种说法
D．做功和热传递是不可能同时发生的
【解析】 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量，热传递是内能的转移，且做功和热传递可以同时进行，故只有B选项正确．
【答案】 B
6．(2012·四川高考)物体由大量分子组成，下列说法正确的是( )
A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大
B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C．物体的内能跟物体的温度和体积有关
D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能
【解析】 分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，并非每个分子的动能越大，A错误．分子间引力随着分子间的距离减小而增大，B错误．物体的内能包括分子热运动的动能和分子势能，分子动能与温度有关，分子势能与体积有关，故C正确．改变物体内能的方法有做功和热传递，故D错误．
【答案】 C
7．下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是( )
A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等
B．热量是热传递过程中物体内能变化的量度
C．只要温度升高，每个分子的动能就都增加
D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同
【解析】 物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同，故选项A错；温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，故选项C错；只有选项B和D的说法是正确的．
【答案】 BD
8．(2013·新华高二检测)如图10－1－3所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气．以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( )
图10－1－3
A．E甲不变，E乙减小
B．E甲不变，E乙增大
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
【解析】 本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都历经绝热过程，内能改变取决于做功的情况．对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小．
【答案】 D
9．如图10－1－4所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则( )
图10－1－4
A．A球吸收的热量较多
B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多
D．无法确定
【解析】 两球初末态温度分别相同，初末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选B.
【答案】 B
10．(2012·济南模拟)(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法. “钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________转化为内能．
(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密的套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图10－1－5，这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________．
图10－1－5
【解析】 (1)钻木取火是通过做功方式把机械能转化为内能的．
(2)将烧瓶放进热水中，烧瓶内的气体吸热膨胀．
【答案】 (1)做功；机械能 (2)热量；升高；增大
11．用5 N的力垂直于活塞推动压缩绝热气缸的气体，活塞的位移为0.1 m时，气体内能的变化量是多少？内能增加了还是减少了？
【解析】 外界对气体做功W＝Fs＝5 N×0.1 m＝0.5 J，气体内能增加，增加量为0.5 J.
【答案】 增加了0.5 J
12．(2013·南京检测)如图10－1－6所示，绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡状态．试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？
图10－1－6
【答案】 汽缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，压强增大，体积增大，内能增大；
a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大．
3热力学第一定律 能量守恒定律
(教师用书独具)
●课标要求
1．通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程．体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义．
2．认识热力学第一定律．理解能量守恒定律．用能量守恒观点解释自然现象．体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一．
●课标解读
1．掌握热力学第一定律及表达式，能够从能量转化的观点理解这个定律．
2．会应用表达式ΔU＝W＋Q分析和计算有关问题．
3．会应用能量守恒的观点分析物理现象．
4．了解第一类永动机不可能制成的原因．
●教学地位
本节学习热力学第一定律和能量守恒定律，这部分内容是历年高考的重点，应引起足够的重视.
(教师用书独具)
●新课导入建议
图教10－3－1中左边为风力发电机，发出的电供给右边的电风扇，电风扇把风吹到发电机上发电，循环往复，不需要消耗其他能量风扇就可以一直工作下去．
图教10－3－1
在能源短缺的现在，这是多么美好的愿望啊！同学们，这种愿望能实现吗？
●教学流程设计
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式．
2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题．
3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．
4.知道第一类永动机是不可能制成的.
1.热力学第一定律的定性分析和定量计算．(重点)
2.能量守恒定律的理解和综合应用．(重点)
3.热力学第一定律的应用．(难点)
4.第一类永动机的理解．(难点)
势力学第一定律
1.基本知识
(1)热力学第一定律是研究功、热量和内能之间关系的规律．
(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：ΔU＝Q＋W.
2．思考判断
(1)一定数量的功与确定数量的热相对应．(√)
(2)一定量的气体，膨胀过程中一定是外界对气体做功．(×)
(3)物体向外放热85 J，其内能一定减少85 J．(×)
3．探究交流
外界对物体做功10 J(绝热过程)，物体内能改变了多少？若外界对物体传递10 J的热量(单纯热传递过程)，物体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？
【提示】 无论外界对物体做功10 J，还是外界给物体传递10 J的热量，物体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别.
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．
2．思考判断
(1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．(√)
(2)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．(×)
(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒．(√)
3．探究交流
图10－3－1
有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？
【提示】 这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．
热力学第一定律的理解和应用
【问题导思】
1．气体吸收热量，内能一定增加吗？
2．对气体做功，同时气体放出热量，内能一定减少吗？
3．公式ΔU＝W＋Q中各物理量的符号是怎样规定的？
1．对ΔU＝W＋Q的理解
热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．
2．对公式ΔU、Q、W符号的规定
W
Q
ΔU
符号
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
正号
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
负号
一般情况下外界对物体特别是气体做功与否，需看物体的体积是否变化．
1．若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.
2．若物体体积变小，表明外界对物体做功，W>0.
(2013·青岛高二检测)一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，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240 J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？做多少功？
【审题指导】 (1)物体吸收热量，Q为正，放出热量，Q为负．
(2)气体对外做功，W为负．
(3)内能的改变由做功和热传递两方面的因素决定，即ΔU＝W＋Q.
【解析】 (1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J.
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J．即
ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律
得：ΔU′＝W′＋Q′，所以：W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J
即外界对气体做功80 J.
【答案】 (1)增加了160 J.
(2)外界对气体做功80 J.
应用热力学第一定律解题的思路与步骤
1．首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．
2．分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功．
3．根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．
4．特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义．
1．(2013·南京高二检测)一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×105 J，气体内能减少1.3×106 J，则此过程( )
A．气体从外界吸收热量2.0×106 J
B．气体向外界放出热量2.0×106 J
C．气体从外界吸收热量6.0×105 J
D．气体向外界放出热量6.0×105 J
【解析】 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝－1.3×106 J－7.0×105 J＝－2.0×106 J负号表示放出热量，所以B正确，其他选项错误．
【答案】 B
能量守恒定律的理解和应用
【问题导思】
1．能量守恒需要条件吗？
2．能量守恒定律对分析物理现象有什么意义？
3．第一类永动机不能制成的原因是什么？
1．某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．
2．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
3．各种形式的能在转化和转移过程中总能量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功．
4．能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量．不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的．
在应用能量守恒定律分析问题时，应注意：
1．哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．
2．哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
如图10－3－2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)
图10－3－2
【审题指导】 (1)封闭气体高度变化的过程，活塞和重物的重力势能减小，外界对气体做功．
(2)气体发生绝热过程，不涉及吸热和放热．
【解析】 由能的转化与守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J.
【答案】 20 J
2．(2013·开封市检测)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
【解析】 由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能，即：U＝60×10 J＝600 J．由能量守恒定律可得：Ek＝W总－U＝80×10 J－600 J＝200 J，故B正确．
【答案】 B
综合解题方略——气体实验定律
和热力学第一定律的综合应用
内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa，体积为2.0×10－3 m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半．
(1)求汽缸内气体的压强；
(2)若封闭气体的内能仅与温度有关，在上述过程中外界对气体做功145 J，封闭气体吸收还是放出热量？热量是多少？
【审题指导】 (1)冰水混合物温度保持不变，故封闭气体发生等温变化．
(2)理想气体的内能只决定于温度的高低，发生等温度变化时，气体的内能不变．
【规范解答】 (1)封闭气体做等温变化，由玻意耳定律p1V1＝p2V2，
得气体的压强p2＝＝ Pa＝2.0×105 Pa.
(2)因为气体做等温变化，所以内能不变，即ΔU＝0
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，
得热量Q＝－W＝－145 J
说明封闭气体放出热量，热量为145 J.
【答案】 (1)2.0×105 Pa (2)放出热量 145 J
应用热力学第一定律的几种情况
1．若气体发生绝热过程，即Q＝0，则ΔU＝W，气体内能的增加量等于外界对气体做的功．
2．若气体发生等容过程，过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，气体内能的增加量等于气体从外界吸收的热量．
3．若气体发生等温过程，过程的始末状态气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对气体做的功等于气体放出的热量(或气体吸收的热量等于气体对外界做的功)．
1．(2013·南京高二检测)关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是( )
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变
C．物体对外做功，其内能必定改变．物体向外传出一定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
【解析】 温度变化时，物体的分子动能变化，但内能可能不变，A错；改变内能有两种方式：做功和热传递．由热力学第一定律可知B正确，C、D错．
【答案】 B
2．(2011·全国高考)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )
A．气体吸收的热量可以完全转化为功
B．气体体积增大时，其内能一定减少
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．外界对气体做功，气体内能可能减少
【解析】 如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量．且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，所以B错误；若气体吸收热量的同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功的同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减少，所以D正确．
【答案】 AD
3．一定质量的气体，从状态A变化到另一个状态B的过程中，内能增加了160 J，则下列关于内能变化的可能原因的说法中不可能的是( )
A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 J
B．从A到B的单纯热传递过程中，外界对气体传递了160 J的热量
C．从A到B过程中吸热280 J，并对外做功120 J
D．从A到B过程中放热280 J，外界对气体做功120 J
【解析】 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知A、B、C对，D错．
【答案】 D
4．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它( )
A．不符合热力学第一定律
B．做功产生的热量太少
C．由于有摩擦、热损失等因素的存在
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
【解析】 第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功，故违背了能量的转化与守恒．
【答案】 A
1．(2012·南阳高二检测)在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( )
A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
【解析】 表达式ΔU＝W＋Q的意义是系统内能的增量等于外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和，由此可知，正确答案为C.
【答案】 C
2．给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，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．分子平均动能减小
D．内能增加
【解析】 本题考查了热力学定律．由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变．放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热．A选项正确．
【答案】 A
3．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是( )
A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J
【解析】 由符号法则可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，ΔU为负值，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105 J．故选B.
【答案】 B
4．如图10－3－3是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的( )
图10－3－3
A．温度升高，内能增加600 J
B．温度升高，内能减少200 J
C．温度降低，内能增加600 J
D．温度降低，内能减少200 J
【解析】 对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．
【答案】 A
5．(2013·沈阳模拟)如图10－3－4所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是( )
图10－3－4
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能可能不变
D．电流对气体做功一定大于气体对外做功
【解析】 由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由＝恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由能的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B、C均错，D项正确．由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰一次对活塞的冲量增大，而压强不变；单位时间内对活塞的冲量不变．因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A对．
【答案】 AD
6．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
【解析】 这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星降落是空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力．因而物体都克服阻力做功．A选项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为内能或其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能．D选项正确．
【答案】 AD
7．(2013·济南高二检测)如图10－3－5所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走．若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )
图10－3－5
A．气体对外做功，气体温度可能不变
B．气体对外做功，内能一定减少
C．气体压强可能增大，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加
【解析】 由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变．
【答案】 A
8．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( )
A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
【解析】 本题考查热力学第一定律，意在考查考生对基本的定律的掌握情况．气体的温度降低，则内能减小，而外界对气体做了功，由热力学第一定律知，气体要向外放出热量．
【答案】 D
9．如图10－3－6所示，汽缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是( )
图10－3－6
A．ΔE＝mgh B．ΔE＞mgh
C．ΔE＜mgh D．以上三种情况均有可能
【解析】 气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W乙，且为正功，ΔE＝mgh＋W乙．
【答案】 B
10．一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？
【解析】 根据热力学第一定律表达式中的符号规则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J.
由ΔU＝W＋Q，则
W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J.
W＞0，说明是外界对气体做了功．
【答案】 外界对气体做了1.6×105 J的功
11．如图10－3－7所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa.现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口．在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能增加了多少？
图10－3－7
【解析】 对封闭气体，根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W代入数据得：
ΔU＝60 J－5×104×10×10－4×0.2 J＝50 J.
【答案】 50 J
12．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3.已知水的汽化热为2 263.8 J/g.求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q；
(3)气体增加的内能ΔU.
【解析】 取1 g水为研究系统，1 g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU＜Q吸．
(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J＝169.7 J.
(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J.
(3)根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝2 263.8 J＋(－169.7) J＝2 094.1 J.
【答案】 (1)169.7 J (2)2 263.8 J (3)2 094.1 J
4热力学第二定律
(教师用书独具)
●课标要求
通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律．
●课标解读
1．了解热现象中宏观自然过程的方向性．
2．理解热力学第二定律的两种不同的表述以及两种表述的物理实质．
3．了解什么是第二类永动机，以及为什么第二类永动机不可能制成．
●教学地位
本节通过认识自然界中宏观过程的方向性来了解热力学第二定律．学习本节内容对认识自然、改造自然有非常重要的意义，本节内容在高考中也经常涉及.
(教师用书独具)
●新课导入建议
覆水难收、破镜难圆；水从高山流到河谷，不可能自己再返回高处；一滴墨水滴入一杯清水，会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水……这些现象说明什么道理？
●教学流程设计
?????
?
课 标 解 读
重 点 难 点
1.通过自然界中热传导方向性的实例，了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因．
2.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．
3.尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题.
1.热力学第二定律的两种不同表述．以及两种表述的物理实质．(重点)
2.第二类永动机及其不能制成的原因．(重点)
3.热力学第二定律的两种描述的理解．(难点)
4.用热力学第二定律分析实际问题．(难点)
热力学第二定律的一种表述
1.基本知识
(1)热传导的方向性
①热量可以自发地由高温物体传给低温物体．
②热量不能自发地由低温物体传给高温物体．
③热传导过程是有方向性的．
(2)热力学第二定律的克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体．即热传导的过程具有方向性．
2．思考判断
(1)电冰箱中热量可以自发地从低温物体传到高温物体．(×)
(2)热传导的过程具有方向性．(√)
(3)热量不能由低温物体传给高温物体．(×)
3．探究交流
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？
【提示】 不能．“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传递到了高温物体，但是也产生了影响，即外界做了功．
热力学第二定律的另一种表述
1.基本知识
(1)机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．
(2)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．(即机械能与内能转化具有方向性)
2．思考判断
(1)第二类永动机违反了能量守恒定律．(×)
(2)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．(×)
(3)热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性．(×)
3．探究交流
随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气，没有摩擦，也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达到100%?
【提示】 不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能完全用来做功，这违背了热力学第二定律．
热力学第二定律的理解
【问题导思】
1．热力学第二定律的各种表述的内容是什么？
2．热力学第二定律的不同表述有什么共同的物理意义？
3．应用热力学第二定律应注意哪些问题？
1．克劳修斯表述指明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，其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的．
2．开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源．“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化．其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的．
3．热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的．
1．在可以引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等．
2．分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义．
(2013·石家庄检测)根据热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电能不可能全部转变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
【审题指导】 (1)内能和机械能、电能的转化可以考虑热力学第二定律的第二种表述．
(2)热传导现象可以考虑热力学第二定律的第一种表述．
【解析】 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故A正确．火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确．热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能．故B错误．
【答案】 ACD
与热现象有关的宏观物理过程具有方向性，是不可逆的，分析问题时要注意哪些过程可以“自发地”进行，哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响.
(2013·南京高二检测)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
【解析】 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
【答案】 BCD
综合解题方略——热力学第一、
第二定律的对比应用
关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．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
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
【审题指导】 (1)第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律．
(2)应用热力学第一定律要弄清内能的改变与做功和热传递两方面因素有关，应用热力学第二定律要弄清什么是自发进行的现象．
【规范解答】 第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D对．
【答案】 D
1．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性．告诫人们：第一类永动机不可能制成．
2．热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性．如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而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性．告诫人们：第二类永动机不可能制成．
【备选例题】(教师用书独具)
关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是( )
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
【解析】 第二类永动机违反热力学第二定律，并不违反能量守恒定律，故A错．据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道热传递情况就无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能．但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．
【答案】 D
1．(2013·杭州高二检测)第二类永动机不可能制成，是因为( )
A．违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转化为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
【解析】 第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热量的能量转化过程是有方向性的规律，故选项A错；在引起其他变化的情况下，热量可由低温物体非自发地传递到高温物体，故B错．机械能可以全部转化为内能，C错．
【答案】 D
2．关于热传递的说法正确的是( )
A．热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能从低温物体传递到高温物体
B．热量只能从低温物体传递到高温物体，而不能从高温物体传递到低温物体
C．热量既可以从高温物体传递到低温物体，又可以从低温物体传递到高温物体
D．热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体
【解析】 热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，若从低温物体传到高温物体，势必会引起其他变化，选项C、D正确．
【答案】 CD
3．下列关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化成机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
【解析】 由热机的定义可知A正确，B错误．内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，故D选项正确，C选项错误．
【答案】 AD
4．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是( )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的
C．第二类永动机遵从能量守恒故能做成
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
【解析】 由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可达到，A错；由热力学第一定律知D正确．
【答案】 D
5．制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态．夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？
【答案】 不会降低室内的平均温度．若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高.
1．(2013·潍坊高二检测)我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因是( )
A．这违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
【解析】 机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现．由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化．
【答案】 C
2．下列说法正确的是 ( )
A．热量不能由低温物体传递到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能必定增加
C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
【解析】 根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错．根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错．第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错．选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的．
【答案】 D
3．(2013·德州高二检测)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】 AD
4. 如图10－4－1所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是( )
图10－4－1
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
【解析】 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C.
【答案】 BC
5．下列过程中，可能发生的是( )
A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
【解析】 根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项对；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性．D项也错．
【答案】 C
6．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是( )
A．将地球上所有海水的温度降低0.2 ℃，以放出大量的内能供人类使用
B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则的运动
C．在热传递中，热量一定是从内能多的物体传向内能少的物体
D．在热传递中，热量一定是从温度高的物体流向温度低的物体
【解析】 自然界一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、C错；布朗运动不是液体分子的运动，而是固体颗粒的运动，B错．故只有选项D正确．
【答案】 D
7．(2013·大纲卷)根据热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．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
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．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
【解析】 热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误．
【答案】 AB
8．(2013·济南高二检测)如图10－4－2中汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )
图10－4－2
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
【解析】 热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．本题中如果没有外界的帮助，比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动，使气体膨胀对外做功，导致气体温度略微降低，是不可能从外界吸收热量的，即这一过程虽然是气体从单一热源吸热，全用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律．
【答案】 C
9．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( )
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转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律
【解析】 热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，故A、C、D错误，B正确．
【答案】 B
10．(2013·青岛模拟)有以下说法：
图10－4－3
A．气体的温度越高，分子的平均动能越大
B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的
C．对物体做功不可能使物体的温度升高
D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关
E．一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室．甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图10－4－3所示，提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T
F．空调机作为制冷机使用时，使热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的
G．对于一定量的气体，当其温度降低时，速度大的分子数目减小，速率小的分子数目增加
H．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
其中正确的是________．
【答案】 ABEG
11．热力学第二定律常见的表述有以下两种：
第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；
第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．
图10－4－4(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图；外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述完成示意图(b)．根据你的理解，热力学第二定律的实质是________．
图10－4－4
【答案】 如图所示，
实质：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．
12．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？
【答案】 能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化．
5热力学第二定律的微观解释
6能源和可持续发展
(教师用书独具)
●课标要求
1．初步了解熵是反映系统无序程度的物理量．
2．认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义．
●课标解读
1．了解有序和无序、宏观态和微观态的概念．
2．知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系．
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.
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．
●教学地位
本节学习热力学第二定律的微观解释，熵增加的原理，能源和可持续发展问题，学习本节知识可以开拓视野，提高认识，激发学习兴趣.
(教师用书独具)
●新课导入建议
在现代化大城市中，交通与工业废气及噪声对环境的污染；工业和生活垃圾、废水对环境的污染；交通拥挤和堵塞造成的道路混乱；电磁波辐射造成的污染；高层建筑的玻璃幕墙带来的光污染；空调、钢筋、水泥等热污染引起的“热岛效应”，……这一切现象表明了什么原理？
●教学流程设计
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解有序和无序是相对的．
2.知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系．
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．
4.能用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性，能从熵增加角度认识当前的环境问题.
1.热力学第二定律的微观意义．(重点)
2.能源耗散和新能源开发．(重点)
3.对熵和熵增加原理的理解．(难点)
4.能源品质降低与人类社会发展的关系．(难点)
热力学第二定律的微观意义
1.基本知识
(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S＝kln_Ω，k表示玻耳兹曼常量，Ω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．
2．思考判断
(1)大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动．(×)
(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)熵值越大代表着越有序．(×)
3．探究交流
质量相同、温度相同的水，如图10－5－1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10－5－1
【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.
能源和可持续发展
1.基本知识
(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
2．思考判断
(1)根据能量守恒定律，能源危机是不存在的．(×)
(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．(√)
3．探究交流
既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
【提示】 能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量.
热力学第二定律的微观意义
【问题导思】
1．有序、无序与熵存在什么关系？
2．怎样从微观方面解释热力学第二定律？
3．怎样用熵的概念表述热力学第二定律？
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．
1．熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态．在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多．
2．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．如果变化过程可逆，则熵不变；如果变化过程不可逆，则熵增加．
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
【审题指导】 (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．
(2013·武汉模拟)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，但如果气体体积增大，压强不一定增大，A错；体积减小，单位体积内的分子数增多，但如果对外放热，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
综合解题方略——风能利用的计算问题
(2013·南京高二检测)某地强风的风速约为v＝20 m/s，设空气密度为ρ＝1.3 kg/m3，如果能利用该强风进行发电，并将其动能的20%转化为电能，现考虑横截面积S＝20 m2的风车(风车车叶转动形成圆面面积为S)，求：
(1)利用上述已知量计算电功率的表达式．
(2)电功率大小约为多少？(取一位有效数字)
【审题指导】 (1)先求出t时间内吹过风车的空气质量．
(2)再求出空气的动能及发电功率．
【规范解答】 (1)研究时间t内吹到风力发电机上的空气，则空气质量m＝ρSvt.
空气动能Ek＝mv2＝ρStv3.
由能量守恒有：
E＝20%Ek＝ρStv3，
所以发电机电功率P＝＝ρSv3.
(2)代入数据得：
P＝×1.3×20×203 W≈2×104 W.
【答案】 (1)P＝ρSv3 (2)2×104 W
【备选例题】(教师用书独具)
(2013·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】 BC
【备课资源】(教师用书独具)
热力学第二定律与宇宙变化
热力学第二定律告诉我们，宇宙不是在进化，是在退化．曾长期在美国西北大学执教的物理学家贝克博士(Dr.Edson Peck)指出：“我们的宇宙中熵值有增高的倾向”，“我们有充分的理由相信，宇宙像一个发条逐渐慢下来的大时钟．”诚然，我们也可以观察到一些暂时逆热力学的自然现象，如生命现象，动、植物由受精卵开始，从简到繁、从不分化到分化，最后成为一完整的动物或植物．之所以说“暂时”，乃是因为这些动、植物最后也要衰老、死亡、解体．
暂时逆热力学的生命现象需要两个必备条件：一是要有蓝图或指令．这就是在精子和卵子的DNA中所携带的来自父母双方的遗传基因．在这些基因的调控下，一颗绿豆发芽长成一株绿豆苗，鸡蛋孵化后成为一只小鸡．二是要有一个能量转化系统，以供给发育时期所需的能量．光合作用、消化作用、血液循环和呼吸作用等都是这样的转化系统．
进化论者认为，地球是开放系统，可以不断地从太阳吸收能量以弥补在熵增高的过程中所消耗的能量，因而进化与热力学第二定律并不矛盾．但是，他们把能量的多寡与能量的转化相混淆了．问题不在于太阳是否有足够的能量维持进化过程，而在于怎样用太阳的能量来维持进化过程．
如果进化是宇宙的普遍现象，那么在宇宙中一定有宏大的量转化系统和指令系统，使万物能逆热力学第二定律，由无序到有序、由低级到高级不断地进化．但是，人们在宇宙中找不到这样的系统，故进化的模式是与热力学第二定律直接相冲突的．
热力学第二定律还告诉我们，宇宙不是永恒的．按此定律，宇宙的熵值在不断增高，总有一天，当宇宙各处的温度完全均匀一致时，熵增至最大值，一切能量都不再能做功，只剩下分子的随机运动．此时宇宙就到达等温热死阶段，一片死寂荒凉，这就是宇宙的终点．现在宇宙还没有进入最后阶段，说明宇宙的过去还不够长，宇宙必有一个起始点．宇宙必有起点和终点，不是永恒的，创造模式相信宇宙是神创造的，故宇宙不是永恒的．
如果把热力学第一定律和热力学第二定律结合起来，可以引申出一个十分重要的结论．第一定律说物质不能被创造也不能被消灭，也就是说，宇宙不能自己开始；热力学第二定律却说宇宙必定有一个开始．这样，宇宙只能有一个不受第一定律支配的超然的开始．这样的开始不可能是自然进化而是神超然的创造.
1．(2013·南京高二检测)下列关于熵的说法中正确的是( )
A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
【解析】 熵值越大，意味着无序程度越高，熵值越小，系统越有序，故A、D正确．
【答案】 AD
2．关于宏观态与微观态，下列说法正确的是( )
A．同一系统，在不同“规则”下，其宏观态可能不同
B．宏观态越有序，其对应的微观态数目就越多
C．一个宏观态往往对应有多个微观态，对应的微观态越多，这个宏观态的无序度越大
D．一个宏观态可能是另一宏观态对应的微观态
【解析】 宏观态越有序，其对应的微观态数目就越少．
【答案】 ACD
3．在一定速度下发生变化的孤立系统，其总熵的变化情况是( )
A．不变 B．可能增大或减小
C．总是增大 D．总是减小
【解析】 一切孤立系统总向着总熵增大的方向发展．
【答案】 C
4．(2012·张家界高二检测)下列对能量耗散的理解正确的有( )
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，B、D对．
【答案】 BD
5．如图10－5－2将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布，试说明这个过程中熵的变化．
图10－5－2
【答案】 墨水原来处于较小的空间(一滴)，无序度小，后来处于较大空间，无序度大，故熵变大.
1．(2013·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】 D
2．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】 C
3．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】 D
4．(2013·酒泉高二检测)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( )
A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B．热传递的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
C．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
D．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
【解析】 分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变得有序，热传递的自然过程从微观上讲就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，C、D两项正确．
【答案】 CD
5．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】 D
6．(2013·南充一中)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】 CD
7．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10－5－3甲)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图10－5－3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10－5－3
A．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，在经过容器中也没有热交换，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】 C
8．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，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】 B
9．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ向气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化的关系如图10－5－4所示．单位时间所吸收的热量可看做不变．
(1)以下说法正确的是________．
A．在区间Ⅱ，物质的内能不变
B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变
C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加
D．在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大
(2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高________(选填“变快”“变慢”或“快慢不变”)．请说明理由．
图10－5－4
【解析】 (1)因为该物质一直吸收热量，体积不变，不对外做功，所以内能一直增加，A错误，D正确；又因为区间Ⅱ温度不变，所以分子动能不变，吸收的热量全部转化为分子势能，物体的内能增加，理想气体没有分子力，所以理想气体内能仅与温度有关，分子势能不变，B正确；从区间Ⅰ到区间Ⅲ，分子运动的无序程度增大，物质的熵增加，D正确．
(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W
根据理想气体的状态方程有＝C
可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W<0，ΔU1＝Q－|W|；
体积不变的条件下，W＝0，ΔU2＝Q；
所以ΔU1＜ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快．
【答案】 (1)BCD
(2)变快 理由见解析
10．(2013·青岛高二检测)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为________现象，是由于分子的________而产生的．这一过程是沿着分子热运动的无序性________的方向进行的．
【解析】 题目中的现象是由于分子无规则运动而引起的扩散现象．
【答案】 扩散 无规则运动(热运动) 增加
11．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10－5－5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5.0×107 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10－5－5
【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mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h′＝1.5 m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝＝ W＝1.0×108 W
＝100 MW.
【答案】 100
12．两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低．怎样从分子热运动的角度解释热传递的这种方向性？
【答案】 两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个物体分子平均动能小，总体上看，分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变的分散，分子热运动的分布较为无序．由于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．所以热传递中能量自发地由高温物体传向低温物体，热传递具有方向性.
热力学定律
热力学定律
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：
符号
W
Q
ΔU
＋
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．
如图10－1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10－1
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
【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/T＝C，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】 BC
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？
【解析】 (1)因气体从外界吸收热量，所以
Q＝4.2×105 J
气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功
W＝－6×105 J
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得
ΔU＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
所以物体内能减少了1.8×105 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 1.8×105 (2)增加 (3)见解析
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