课件34张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章章 末 小 结第十章
一、热力学第一定律及其应用
1．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)与物体从外界吸热(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号的含义是解决此类问题的保证。
(1)外界对物体做功，W>0；物体对外界做功，W<0。
(2)物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0。
(3)ΔU>0，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少。2．注意问题：
(1)只有绝热过程Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能变化。
(2)只有在气体体积不变时，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进行考虑。 (济南市2013～2014学年高三模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强p＝1.0×105Pa，吸收的热量Q＝7.0×102J，求此过程中气体内能的增量。
根据热力学第一定律，有
ΔU＝Q＋W＝(7.0×102－2.0×102)J＝5.0×102J
此过程中气体内能增加5.0×102J
答案：5.0×102J二、热力学第二定律及应用
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里面，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：物体在地面上运动，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的现象。
(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．热力学第二定律的微观解释
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，即在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。 如图所示，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( )
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
内能的改变、做功与热传递在高考中是热点，但难度不会太大，属于基础题型。热力学第一、第二定律在高考中是一新兴热点，考查时题型灵活，既可综合考查亦可单独命题，再加上近几年能源与环境的关系成为社会广泛关注的问题，本章知识在高考中出现机率变大，应引起我们的足够注视。 (2014·江苏物理，12A)一种海浪发电机的气室如图所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。
(1)下列对理想气体的理解，正确的有________。
A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型
B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭。若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×104J。
(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为0.224m3，压强为1个标准大气压。已知1mol气体在1个标准大气压、0℃时的体积为22.4L，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字)
解析：(1)理想气体是一种理想的模型，实际并不存在，但实际气体在温度不太高，压强不太大时都可视为理想气体，故选项A正确，B错误；理想气体的内能仅与温度有关，选项C错误；理想气体遵循气体实验定律，选项D正确。
(2)气体内能增加，温度升高，分子的平均动能将增大；由热力学第一定律W＋Q＝ΔE知，
W＝ΔE＝3.4×104J。1．(2014·新课标全国卷Ⅰ，33)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图像如图所示，下列判断正确的是________。
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
答案：ADE2．(2014·山东理综，37)如图，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时，缸内气体________。(双选，填正确答案标号)
A．内能增加
B．对外做功
C．压强增大
D．分子间的引力和斥力都增大
答案：AB
解析：气体的内能只与温度有关，温度升高，内能增大，选项A正确；气体体积增大，对外做功，选项B正确；气体的压强不变，选项C错误；理想气体不考虑分子间的引力和斥力，选项D错误。3．(2014·重庆理综，10)
(1)重庆出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)( )
A．压强增大，内能减小
B．吸收热量，内能增大
C．压强减小，分子平均动能增大
D．对外做功，分子平均动能减小(2)如图为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0，压强为p0的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S，求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力。第十章 第一节
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．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
答案：B
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，选项B正确。
2．(寿光市2013～2014学年高三检测)如图所示，把浸有乙醚的一小团棉花放在厚玻璃筒的底部，当很快地向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明 ( )
A．做功可以增加物体的热量
B．做功一定升高物体的温度
C．做功可以改变物体的内能
D．做功一定可以增加物体的内能
答案：C
解析：迅速向下压活塞，实际上是在对玻璃气筒内的气体做功，由于是迅速向下压筒内的气体，做功时间极短，因此实验过程可认为是绝热过程(即Q＝0)。乙醚达到燃点而燃烧表明气体温度升高内能增大，这说明做功可以改变物体的内能。
3．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
答案：D
解析：物块上滑时克服摩擦力做功，物块损失的机械能转化为物块和斜面的内能，因此物块的温度会略有升高，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。
4．如图所示，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力，则被密封的气体( )
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
答案：C
解析：向下压缩活塞，对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故C选项正确。
5．英国物理学家焦耳的主要贡献有( )
A．发现了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律
B．测量了热和机械功之间的当量关系——热功当量
C．第一次计算了气体分子的速度
D．与W.汤姆孙合作研究了气体自由膨胀降温的实验
答案：ABCD
解析：认真阅读、学习焦耳的有关资料，了解掌握焦耳的有关事迹以及一些科学研究过程，明确物理学家焦耳对自然科学的主要贡献。
6. 一定质量的气体封闭在绝热的气缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有(不计气体分子势能)( )
A．气体体积
B．气体分子密度
C．气体内能
D．气体分子的平均动能
答案：BCD
解析：外力做功，气体体积减小，分子密度增大，内能增加，温度升高，分子的平均动能增加。
二、非选择题
7．冬季，由于温度太低，很难启动摩托车(在农村启动195型拖拉机也会遇到类似情况)。这时驾驶者往往先关闭油门，连续踏下启动摇杆若干次，然后再打开油门，踏下启动摇杆即可启动，运用的原理是什么？
答案：连续踏下启动摇杆，活塞不断压缩气缸里的气体做功，增加气体的内能，使气体的温度升高，当达到汽油的燃点后，即可启动。
8．有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，g取10m/s2]
答案：2.4×10－3℃
解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动能Ek＝mv2＋mgh。
水吸收热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt。
由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以
(mv2＋mgh)×10%＝cmΔt。
代入数据得：Δt＝2.4×10－3℃。
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．如图所示，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( )
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
答案：D
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。
2．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是( )
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气交换，处于动平衡态，筒内空气质量不变
D．筒内外无空气交换
答案：B
解析：因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。
3.如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，气缸、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( )
A．ΔE＝mgh B．ΔE>mgh
C．ΔE答案：B
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。
4.如图所示，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( )
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，气体又对外做功，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
答案：AD
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，因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A对。
5．如图所示，带有活塞的气缸中封闭着一定质量的理想气体(不考虑气体分子势能)，气缸和活塞均具有良好的绝热性能。将一个热敏电阻置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂一沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止。现将沙桶底部钻一小洞，细沙缓缓漏出。则下列说法正确的是( )
A．外界对气体做功，气体的内能增大
B．气体对外界做功，气体的内能减小
C．气体的压强增大，体积减小
D．欧姆表的指针逐渐向右偏转
答案：ACD
二、非选择题
6．汽车内胎放完气后，气门的温度可达到0℃以下，请你解释一下原因。
答案：以内胎中的气体为系统，气体推动周围大气做功，(对外界气体做功)大气的内能增加，内胎中的气体内能减少，温度降低。如果在较短时间内做较多的功，气门来不及吸热，气门温度就可达到0℃以下。
7．(2014·临沂高三检测)如图所示的传动装置中，皮带始终保持v＝3m/s的速度水平匀速前进。m＝1kg的物体无初速地放到皮带上A处，若物体与皮带的动摩擦因数μ＝0.15，AB相距s＝4.5m，则物体从A运动到B的过程中，由于摩擦产生的热量为多少焦？(g取10m/s2)
答案：4.5J
解析：物体运动的加速度
a＝＝μg＝0.15×10m/s2＝1.5m/s2。
物体从开始运动到与传送带速度相同，发生的位移
x1＝＝m＝3m<4.5m，
所用时间t＝＝s＝2s，
在这段时间内传送带发生的位移
x2＝vt＝3×2m＝6m，
产生的热量
Q＝μmg(x2－x1)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J。
课件26张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章第一节 功和内能第十章 “火”不但可以用来取暖，还可以用来加热食物，“火”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”的用具，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？1．绝热过程
系统只通过对外界做功或__________做功而与外界_____能量，它不从外界_____，也不向外界______。
2．代表实验
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温____。
(2)通过电流的_______给水加热。
3．实验结论
在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与_________无关，仅与做功_______有关。焦耳的实验外界对它交换吸热散热上升热效应做功方式数量1．内能
任何一个热力学系统都存在一个______________________的物理量，叫系统的内能。
2．做功与内能的关系
做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的_____，在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。功和内能只依赖于系统自身状态量度
3．内能变化与做功的关系
(1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的________。内能的增量就等于外界_____________，即ΔU＝U2－U1＝___。
(2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的_________。内能的减少量就等于系统_____________，即ΔU＝U2－U1＝______。内能增加对系统做的功W内能减少对外界做的功－W
一、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。二、做功与内能变化的关系
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，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。
三、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，只有内能变化较大时，对应着做功较多。打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？
答案：做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加了，所以温度升高。 如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是( )对焦耳实验的理解A．这个装置可测定热功当量
B．做功增加了水的热量
C．做功增加了水的内能
D．功和热量是完全等价的，无区别
解析：该实验测定做功和内能变化的关系。可以测定热功当量，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。
答案：AC下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( )
A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量
B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替
C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水
D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同
答案：D
解析：焦耳是英国物理家，A错误；焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错误；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，D正确。 暖瓶中有0.5kg、25℃的水，一人想用上下摇晃的方法使冷水变为开水，设每摇晃一次水的落差为15cm，每分钟摇晃30次，不计所有热散失，他约需多长时间可以把水“摇开”？(c水＝4.2×103J/kg℃，g取10m/s2)做功与内能的变化
答案：7×103min或5天
点评：此问题中能量转化方向是：上摇时人消耗自身的内能通过对水做功转化为水的重力势能，下降时水的重力势能转化为动能，再转化为水的内能。由于不计一切热散失，水的重力势能的减少量等于水的内能的增加量。(2014·威海一模)如图所示，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( )
A．甲乙丙 B．乙丙甲
C．丙甲乙 D．乙甲丙
答案：B
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。第十章 第二节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是( )
A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些
B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来
C．物体在阳光照射下温度升高
D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高
答案：C
解析：A、B、D均是通过做功改变物体的内能，C项是通过热传递的方式之一热辐射来改变物体内能，故C项正确。
2．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．不可能是物体放出热量，同时外界对物体做功
答案：C
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。
3．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
答案：D
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。
4．在下述现象中，没有做功而使物体内能改变的是( )
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤敲打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
答案：BD
解析：电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温度升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤敲打铁块是做功改变物体内能的过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变气温的。
5．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的内能的多少
答案：AD
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，D选项正确。
二、非选择题
6．(2014·潍坊模拟)(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__________转变为内能。
(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。这是因为烧瓶里的气体吸收了水的______，温度________，体积________。
答案：(1)做功；机械能 (2)热量；升高；增大
解析：(1)钻木取火是通过做功方式把机械能转变为内能。
(2)将烧瓶放进热水中，烧瓶内的气体吸热膨胀。
7．阳光照暖了大地，地面辐射又对地面附近的空气加热，形成暖气团升往高空。于是有人认为高山顶上的气温要比地面的高，但实际情况正好相反。你怎么理解这种现象？
答案：把地面附近温度、压强相同的一大团空气作为研究对象(在热力学中称为系统)。这团空气最初在地面附近受热膨胀，密度变小，因而逐渐上升。在上升的过程中，其边缘部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响，可以认为气团与外界之间传递的热量Q＝0，因此气团内能的变化仅与做功有关，即ΔU＝W。气团上升时，不断膨胀，对外做功(W<0)，内能减少(ΔU<0)，温度降低，越高的地方，空气的温度越低。
能力提升
??一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．物体的内能增加了20J，下列说法中正确的是( )
A．一定是外界对物体做了20J的功
B．一定是物体吸收了20J的热量
C．一定是物体分子动能增加了20J
D．物体的分子平均动能可能不变
答案：D
解析：做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20J，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分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错。
2．关于热量、温度的下列说法正确的是( )
A．热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度
B．在绝热容器中，放入两个温度不等的物体，则高温物体放出温度，低温物体吸收温度，直到两个物体温度相等
C．高温物体内能多，低温物体内能少
D．两个质量和比热容都相等的物体，若吸收相等的热量，则温度相等
答案：A
解析：温度是物体分子平均动能大小的量度，表示冷热程度；热量是热传递过程中物体间内能的转移量，内能包括分子动能与分子势能，与温度、体积、物质的量有关。D项，不知道初始温度，只能说温度变化相同。
3．如图所示，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( )
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
答案：B
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。
4．下列现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的( )
A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
B．夏天喝冰镇汽水来解暑
C．冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来
D．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
答案：BD
解析：A是电流做功改变内能，C是摩擦做功改变内能，B、D是通过热传递的方法改变物体内能的。
5．器壁透热的气缸放在恒温环境中，如图所示。气缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是( )
A．活塞对气体做功，气体的平均动能增加
B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变
C．气体的单位分子数增大，压强增大
D．气体的单位分子数增大，压强不变
答案：BC
解析：解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义，推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以气缸内气体的温度不变，气体的平均动能不变，A错误，B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上，气缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此气体的压强增大，C正确，D错误。
二、非选择题
6．若对物体做1200J的功，可使物体温度升高3℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3℃，那么物体应吸收__________J的热量，如果对该物体做3000J的功，物体的温度升高5℃，表明该过程中，物体还__________(填“吸收”或“放出”)热量__________J。
答案：1200；放出；1000
解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式温度升高3℃，如用吸热方式，也使温度升高3℃，应吸收1200J的热量。
如对物体做功3000J，温度升高5℃，而物体温度升高5℃，需要的功或热量应为ΔE,1200J＝cm×3，
ΔE＝cm×5，所以ΔE＝2000J
因此物体应放出1000J的热量。
7．某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1m2的水盆盛6kg的水，经太阳垂直照射15min，温度升高5℃，若地表植物每秒接收太阳能的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？
(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1kJ的太阳能可放出0.05L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少氧气？(1公顷＝104m2)
答案：(1)1.4×103J/(m2·s) (2)700L
解析：据水升温吸收的热量，便可求出单位面积单位时间吸收的太阳能，进而可求出每公顷绿地每秒放出的氧气。
(1)单位面积单位时间吸收的太阳能为
P＝＝J/(m2·s)
＝1.4×103J/(m2·s)。
(2)氧气的体积为V＝×0.05L＝700L。
课件32张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章第二节 热和内能第十章1．概念
两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要_____，温度低的物体要_____，即热量从______物体传到了_____物体，这个过程就叫做热传递。
2．热传递的方式
________、_______和________。热传递降温升温高温低温热传导热对流热辐射
3．热传递的条件
_____________。
4．实质
热传递过程实质是_______转移的过程。存在温度差能量1．热传递与内能改变的关系
(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的_____就增加多少，即Q吸＝______。
(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的_____就减少多少，即Q放＝______。
2．热量
热量是在单纯的热传递过程中系统_________的量度。热和内能内能ΔU内能－ΔU内能变化
一、内能与温度
从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。二、热量和内能
内能是由系统状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种途径来完成。而热量是传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。特别提醒：
只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。下列关于内能与热量的说法中，正确的是( )
A．马铃薯所含热量高
B．内能越大的物体热量也越多
C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D．热量总是从温度高的物体流向温度低的物体
答案：D
解析：选项A是生活中很常见的说法，但是物理学中的热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A错；说法B与说法A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错。三、做功和热传递在改变物体内能上的关系
1．两种方式的区别
做功：其他形式的能和内能之间的转化。当机械能转化为内能时，必须通过物体的宏观运动才能实现。
热传递：物体间内能的转移，即内能从物体的一部分传到另一部分，或从一个物体传递给另一物体。它是在分子相互作用下，通过分子的微观运动来达到内能的改变的。物体间发生热传递的必要条件是存在温度差。在热传递过程中，内能从高温物体传递给低温物体，使高温物体内能减少，低温物体内能增加，最后达到温度相等。
2．两种方式的联系
做功和热传递都可以改变物体的内能，从它们改变内能的最终结果看，两者是等效的。特别提醒：
内能是状态量，任何一个物体在每一个状态下都有确定的内能，但物体在某一状态下的内能的大小是无法计算的，实际情况中有意义的也不是某一状态下内能的大小，而是发生状态变化过程中内能变化量的大小。物体内能的变化，需要通过做功或热传递，因此功和热量只有在状态变化过程中才有意义，它们是过程量。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
答案：B
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；热传递是将一个物体的内能传递给另一个物体，且做功和热传递可以同时进行。故正确选项为B。 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、比热容的大小均无关。
答案：B对热传递的理解下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是( )
A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷
B．夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低
C．在地面上晒小麦
D．冬天，用暖水袋暖手
答案：AD
解析：冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上。用暖水袋暖手，道理同上。开空调后整间房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温。晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以正确答案为AD。 对于热量、功、内能三个物理量，下列各种说法中正确的是( )
A．热量、功、内能的物理意义等同
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对热量、功、内能等物理量的理解解析：物体的内能是物体的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方式，这三者的物理意义不同，故选项A错误。热量是热传递过程中，物体内能的变化量，而不是内能的量度，故选项B错误。热量、功、内能三者的单位一样，都是焦耳(J)，故C项错误。热量和功是量度物体内能的转移或转化的，而物体的内能是由物体本身所处的状态，即温度、体积、摩尔数决定的，故选项D正确。
答案：D下列说法正确的是( )
A．若A、B两物体接触但没有热传递，则两物体所包含的热量相等
B．做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变
C．一物体先后经几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2，则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量
D．高温物体内能多，低温物体内能少
答案：B
解析：A、B两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等，A错。做功和热传递都是改变内能的方式，B对。一物体温度从t1到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是对物体做了功，C错。高温物体分子的平均动能大，内能不一定大，D错。第十章 第三节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4题为多选题)
1．至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是( )
A．机械制造的技术没有过关
B．违反了牛顿运动定律
C．违反了电荷守恒定律
D．违反了能量守恒定律
答案：D
解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律。
2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( )
A．降低 B．升高
C．不变 D．无法确定
答案：B
解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，外界消耗电能，对系统做功，系统总内能增加。
3．气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化可能是( )
A．减小20J B．增大20J
C．减小220J D．增大220J
答案：B
解析：研究对象为气体。依符号规则，对外做功W＝－100J，吸收热量Q＝120J。由热力学第一定律有
ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J。
ΔU>0，说明气体的内能增加。
4．(苏州市2013～2014学年高二下学期期末)下列说法正确的是( )
A．布朗运动虽然不是液体分子的运动，但是它说明液体分子永不停息地做无规则运动
B．给自行车轮胎打气，越来越费力，主要是由于打气过程中分子间斥力逐渐增大，引力逐渐减小的缘故
C．一定质量的理想气体在等温膨胀的过程中，既不吸热，也不放热
D．非晶体的结构跟液体非常类似，可以看作是粘滞性极大的液体
答案：AD
二、非选择题
5．(1)为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体。下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是________。
(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶内空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ。
答案：(1)B (2)5 放出 29
解析：(1)根据玻意耳定律pV＝C，故选项B正确。
(2)将空气压缩装入气瓶的过程中，温度不变，所以内能不变，潜水员背着气瓶潜入海底的过程中，放出5kJ的热量，则ΔU＝－5kJ。故两过程减小的空气内能为5kJ，在这两个过程中，由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝(－5－24)kJ＝－29kJ，“－”说明放出热量。
6．喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)。
(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。
(2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由。
答案：(1)2.5atm (2)吸热
解析：(1)设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2
代入数据得p2＝2.5atm
微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。
(2)吸热。气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热。
能力提升
一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)
1．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中( )
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
答案：A
解析：本题考查了热力学第一定律，理解做功和热传递可以改变物体的内能。筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A正确。
2．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的( )
A．温度降低，密度增大 B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大 D．温度升高，密度减小
答案：D
解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5×104J，W＝－1.0×104J可知ΔU大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D对。
3．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
答案：A
解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，选项B错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，选项D错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，选项A正确。
4．如图所示容器中，A，B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确的是( )
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
答案：D
解析：由W＝P·S·Δh＝P·ΔV可知大气压力对A、B两管中水做功代数和为零，但由于水的重心下降 ，重力势能减小，由能量守恒定律可知水的内能增加，D对。
5.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，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。若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )
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．气体压强减小，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加
答案：AC
解析：由于气缸为导热的，则可与外界进行热交换，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。
二、非选择题
6．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043cm3变为1676cm3。已知水的汽化热为2263.8J/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。
答案：(1)169.7J (2)2263.8J (3)2094.1J
解析：取1g水为研究系统，1g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(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1676－1.043)×10－6J＝169.7J。
(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2263.8J＝2263.8J。
(3)根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝2263.8J＋(－169.7)J＝2094.1J
7.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原理图，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，“砰”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t1＝27℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。试分析：
(1)将容器内的气体看作理想气体，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15kJ，并向外释放了20kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
答案：(1)927℃ (2)减少 35kJ
解析：(1)根据查理定律：＝
p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0。
解得：T2＝1200K，则t2＝927℃。
(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W
得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故内能减少35kJ。
课件43张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章第三节 热力学第一定律
能量守恒定律第十章图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。
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？1．改变内能的两种方式
_______和_________。
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______与外界对它所做的____的和。
(2)表达式：____________热力学第一定律做功热传递热量功ΔU＝Q＋W1．能量守恒定律内容
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式_____为另一种形式，或者从一个物体______到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量_________。
2．意义
(1)各种形式的能可以___________。
(2) ___________的物理现象可以用__________________联系在一起。能量守恒定律转化转移保持不变相互转化互不相关能量转化和守恒定律1．第一类永动机
不需要任何动力或燃料，却能不断地__________的机器。
2．第一类永动机不可能制成的原因
违背了___________定律。永动机不可能制成对外做功能量守恒
一、对热力学第一定律的理解
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中内能改变的定量表述推广到一般情况，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．与热力学第一定律相匹配的符号法则一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是( )
A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104J
B．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105J
C．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×105J
D．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J
答案：B
解析：因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J，内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J，根据ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B正确。
二、对能量守恒定律的理解
1．能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能2．守恒条件
与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。
3．能量守恒定律的重要意义
(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用能量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性。
(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。三、永动机不可能制成
1．第一类永动机
人们把设想中的不消耗能量的机械叫做第一类永动机，第一类永动机是不可能制成的。
2．第一类永动机失败的原因分析
如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。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，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
答案：不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量。 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：
(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
(2)分子势能是增加还是减少？
(3)分子的平均动能是增加还是减少？热力学第一定律的应用
解析：(1)气体从外界吸热为Q＝4.2×105J
气体对外做功W＝－6×105J
由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105J
ΔU为负，说明气体的内能减少了。
所以，气体内能减少了1.8×105J。
(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。
(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。
答案：(1)减少 1.8×105J (2)增加 (3)减少(湛江市2013～2014学年高二下学期期末)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对空气做了2.0×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J。下列说法正确的是( )
A．空气从外界吸收的热量是0.5×105J
B．空气对外界放出的热量是0.5×105J
C．空气从外界吸收的热量是3.5×105J
D．空气对外界放出的热量是3.5×105J
答案：B
解析：由题意知，W＝2.0×105J，ΔU＝1.5×105J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝－0.5×105J，负号为放热，故选项B正确。 如图所示，一个半径为R0＝0.3m的半球状容器，一小铁块由边缘的A点从静止开始沿内壁下滑，当滑到容器底部B点时，容器内壁所受压力为小铁块自重的1.25倍，在它下滑的过程中热量的80%被铁块吸收，那么铁块温度升高多少摄氏度？铁的比热容是462J/(kg·℃)，g取10m/s2。能量守恒定律
Q＝80%ΔU＝0.8×2.625m＝2.1m
Q＝cmΔt
Δt＝4.5×10－3℃。
答案：4.5×10－3℃如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经过此过程( )
A．Ep全部转换为气体的内能
B．Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能， 其余部分仍为弹簧的弹性势能
答案：D解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内能，所以D选项正确。 (1)如下图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是( )综合应用
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量解析：(1)形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对。
(2)由于对气缸缓慢加热，温度升高，气体分子平均动能增大；根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，其中气体对外做功W＝－p0(V2－V1)。所以气体内能变化
ΔU＝Q＋W＝Q－p0(V2－V1)
答案：(1)D (2)增大 Q－p0(V2－V1)(扬州市2013～2014学年高二下学期期末)一定量的理想气体的p－V图象如图所示，气体状态经历了A→B→C变化过程，A、B、C三个状态的有关参量如图所示，则气体在状态C的内能________气体在状态A的内能(填“>”、“<”或“＝”)，在上述过程中，气体需________(填“吸热”或“放热”)，它与外界交换的热量的绝对值为________J。答案：＝ 放热 300第十章 第四节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)
1．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
答案：D
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。
2．(厦门市2013～2014学年高二下学期期末)卡诺循环是由法国工程师卡诺于1824年提出的，它可用以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩，气缸内气体可认为是理想气体，下列相关说法中正确的是( )
A．随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%
B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，气缸内气体的内能保持不变
C．等温压缩过程中，因外界对气体做功，故气缸内气体内能增大
D．等温膨胀过程中，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少
答案：D
3．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
答案：C
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。
4．随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中错误的是( )
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行
D．外界对物体做功，物体的内能必然增加
答案：BCD
解析：由热力学第二定律的开尔文表述可知A对。热机效率总低于100%，B错。满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错。
5．下列哪些过程具有方向性( )
A．热传导过程
B．机械能向内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中的膨胀
答案：ABCD
解析：这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律的基本内涵，它们都是不可逆的，具有方向性。
6．关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
答案：ACD
解析：考查热力学定律的理解，解题的关键是明确热力学两个定律的意义。由ΔU＝W＋Q知，增加物体的内能，可以对物体做功或向它传递热量，选项A正确，B错误。选项C和D符合热力学第二定律的描述。
二、非选择题
7．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。
(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________。
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。
8．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。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3题为多选题)
1．下列宏观过程不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%
答案：A
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。
2．如图中气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气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( )
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．ABC三种说法都不对
答案：C
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。
3．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
答案：AD
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。
二、非选择题
4．有以下说法：
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
5．一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量，是指标错误还是能量不守恒？
答案：都不是。空调制冷(制热)靠压缩机做功，从室内(室外)吸收热量放到室外(室内)。在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
6．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况。
答案：不违反；热水温度降低，冷水温度升高；转化效率低于100%
解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律。
课件30张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章第四节 热力学第二定律第十章覆水难收
君不见黄河之水天上来
奔流到海不复回
大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性？1．可逆与不可逆过程(热传导的方向性)
热传导的过程可以自发地由_______物体向______物体进行，但相反方向却不能________进行，即热传导具有_____性，是一个不可逆过程。
2．热力学第二定律的一种表述(克劳修斯表述)
热量不能自发地从_______物体传递到_____物体。热力学第二定律的一种表述高温低温自发地方向低温高温1．开尔文表述
不可能从__________吸收热量，使之完全变成___，而不产生其他影响。
2．热力学第二定律的其他描述
(1)一切宏观自然过程的进行都具有_______。
(2)气体向真空的自由膨胀是_______的。热力学第二定律的另一种表述单一热库功方向性不可逆一、热力学第二定律理解中的几个问题
1．单一热库
指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
2．其他影响
指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的。3．关于“不可能”
实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。
4．适用条件
只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
5．两种表述是等价的
两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性。两种表述可以相互推导。 “热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确？为什么？
答案：这一说法是不正确的。热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体。此说法略去了“自发地”，通过外力做功是可以把热量从低温物体传到高温物体的。例如电冰箱的制冷就是这一情况。二、热力学第二定律与第一定律的比较 下列说法正确的是( )
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的热力学第二定律的理解和应用解析：机械能可以全部转化为内能。故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B项错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C项错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项对。
答案：D
点评：本题易错选C，原因是忽略了在“引起其他变化”时，热量可以从低温物体传到高温物体。根据热力学第二定律，下列判断正确的有( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电流的能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能
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
答案：ACD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。由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误。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。 炎炎夏日，甲、乙两位同学在充满凉意的空调室内，就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论。
甲同学说：空调机工作时，不断地把热量从室内传到室外，即从低温物体传到高温物体，可见它并不遵循热力学第二定律。开放·探究
乙同学说：热力学第二定律是热力学系统的普遍规律，空调机的工作过程不可能违反它。
两人各执一词，都无法使对方信服。请你对他们的论点作出评价。
解析：空调机和电冰箱都是制冷机，它们的工作原理基本相同。为了便于解析，我们以电冰箱为研究对象，认识它的基本结构和工作过程。从冰箱的原理图可以知道，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管(节流阀)、蒸发器四个部分组成。这四个部分由管道连接，组成一个密闭的连通器系统，制冷剂作为工作物质，由管道输送，经过这四个部分，完成工作循环。压缩机是电冰箱的“心脏”，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂蒸汽做功，使它变成高温高压的蒸汽(如p≈9.1atm，t≈46℃)。然后这些高温高压的蒸汽来到冷凝器，向低温的环境(空气)放热，同时自身被冷却而凝成低温高压的液体(如p＝8.9atm，t＝37.4℃)。这些低温高压的液态制冷剂由过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管，经节流阀膨胀，变为低温低压的液体(如p≈1.5atm，t≈－20℃)，随后进入电冰箱的蒸发器。在那里，这些低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化，从外界(电冰箱内)吸收大量的热量，使那儿的温度降低。这样就完成了一个制冷循环。由此可见乙同学的论点正确。在相对封闭的空间环境中(如冰箱内的空间、公共卫生间等)，常会充满异味，能否发明一种简单的除味装置，消除这些环境中的异味，且不引起其他的变化。请说明判断理由。
答案：不能
解析：异味的产生是由带有异味的气体分子在空气中扩散造成的。根据热力学第二定律，这种由大量分子参与的宏观过程是具有方向性的。要逆着这个方向进行，就必然引起其他的变化，即在不引起其他变化的前提下，是不可能让这些带有异味的气体分子重新聚集在一起从而消除异味的。第十章 第五节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．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
答案：C
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。
2．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
答案：C
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。
3．下列叙述中正确的是( )
A．对一定质量的气体加热，其内能可能减小
B．在任何系统中，一切过程都朝着熵增加的方向进行
C．物体的温度升高，分子热运动变得剧烈，每个分子动能都增大
D．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
答案：A
解析：对一定质量的气体，内能的变化既与热传递有关又与做功有关，对气体加热，气体的内能可能减小，A正确。系统总是自发地朝着熵增加的方向进行，B错误。温度升高，分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定都增大，C错误。热量在一定条件下可以从低温物体传到高温物体，D项错误。
4．关于有序和无序、宏观态和微观态，下列说法正确的是( )
A．有序和无序是绝对的
B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”
C．一个“宏观态”只能对应着唯一的“微观态”
D．无序意味着各处一样、平均、没有差别
答案：BD
解析：因为无序是各处都一样、平均、没有差别，故D项正确；而有序和无序是相对的，故A项错误；而一个“宏观态”可能对应一个或多个“微观态”，所以B项正确，C项错误。
5．下列说法正确的是( )
A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则B分布更无序
B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序
C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的
D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的
答案：AD
解析：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。如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误。大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D正确，C错误。
二、非选择题
6．如图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。
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。
7．成语“覆水难收”指的是一盆水泼出去后是不可能再倒回盆中的。请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中。
答案：由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序。当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序。因为自发的过程总是从有序向无序发展，所以水不会自发地聚到盆中。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3～5题为多选题)
1．已知一个系统的两个宏观态甲、乙，其对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于两个宏观态的描述及自发过程的可能方向的说法中正确的是( )
A．甲比较有序，乙比较无序，甲→乙
B．甲比较无序，乙比较有序，甲→乙
C．甲比较有序，乙比较无序，乙→甲
D．甲比较无序，乙比较有序，乙→甲
答案：A
解析：一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发地进行方向，微观态数目越多，表示越无序，故甲较有序，乙较无序，C、D错误；一切自发过程总沿着无序性增大的方向进行，即甲→乙，A正确，B错误。
2．关于气体向真空中扩散的规律，下列叙述中错误的是( )
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得越均匀，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
答案：B
解析：气体分子数越多，其宏观态对应的微观态数目越多，无序性越大，所以回到原状态的可能性越小，因此B错误。
3．下列关于晶体熔化的说法中正确的是( )
A．在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变
B．晶体熔化时，分子的平衡位置在空间的较为规则排列，变为分子的平衡位置的较为无序排列，则无序度增大
C．在晶体熔化的过程中，熵将保持不变
D．在晶体熔化的过程中，熵将增加
答案：BD
解析：在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序度增大，嫡将增加，故B、D对。
4．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
答案：AD
解析：熵是分子运动无序程度的量度，熵值越大，意味着系统无序程度越高；熵值越小，意味着系统越有序。故A、D正确。
5．以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序、宏观态和微观态的认识中不正确的是( )
A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的
B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的
C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态
D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态
答案：BD
解析：
选项
个性分析
综合点评
A正确
扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的
规定了某个规则，就规定了一个“宏观态”，符合这个规则的就是有序，破坏了这个规则，则原有“宏观态”改变
B错误
按偶数和奇数分成两部分，是有序的，内部是无序的
C正确
一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态，洗动一次，该状态为这副扑克牌宏观态对应的一个微观态；奇偶分开是一种宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，原宏观态被破坏
D错误
二、非选择题
6．一盆水在寒冷的天气中放在户外就要结冰，液态水的分子无序度比冰高。那么，结冰的过程违反熵增加原理吗？为什么？
答案：液体的水比冰的无序度大，但我们看孤立系统的熵，而不是看个别不孤立的物体。一盆水在寒冷的天气中并不是孤立系统，因为水与外界大气有能量交换。熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系统。本说法中，水与大气为一个孤立系统，水结冰时放热，使周围大气、地面、分子内能增加，无序度增加，系统总熵值是增加的，并不违反该原理。
7．一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了5个肉馅的咸汤圆，甜、咸汤圆在沸水中翻滚，象征着封闭系统进入了一个自发的过程，随后，用两只碗各盛了5个汤圆，每碗汤圆中共有六种可能：①全是甜的 ②全是咸的 ③1甜4咸 ④4甜1咸，这是四种不平衡的宏观态 ⑤2甜3咸 ⑥3甜2咸，这是两种相对平衡的宏观态。两只碗各盛5个汤圆共有32种组合方式，我们称为32个微观态，试问：
(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少？请设计一个图表来表示。
(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？
答案：(1)宏观态对应的微观态个数。
宏观态
全是甜的
全是咸的
1甜4咸
4甜1咸
2甜3咸
3甜2咸
微观态个数
1
1
5
5
10
10
(2)相对平衡的宏观态出现的概率为：
P＝＝。
课件24张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章第五节 热力学第二定律的
微观解释第十章自然现象，历史人文，大多是不可逆的。现在你可以理解为什么孔夫子在川上有“逝者如斯”之叹了吗？试想，如果分子的运动可以自发地从无序变为有序，会有什么现象发生？这些现象会自然发生吗？为什么？1．有序
只要确定了某种规则，______这个规则的就叫做有序。
2．无序
不符合某种__________的称为无序。
3．宏观态
____某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
4．微观态
在宏观状态下，符合_____的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。有序和无序 宏观态和微观态符合确定规则符合另外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___________的方向进行。气体向真空的扩散无序性增大1．熵
(1)微观状态的数目用Ω表示，用S表示熵，则S＝_____，k称为玻耳兹曼常数。
(2)熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的____决定。从分子动理论的观点来看，熵是分子热运动_________程度的定量量度。熵及熵增加原理klnΩ状态无序(混乱)
2．熵增加原理
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵__________，叫做熵增加原理。对于其他情况，系统的熵可能增加，也可能减小。不会减小一、有序、无序的含义
1．“无序”意味着各处一样、平均、没有差别，而有序则正好相反。
2．“有序”与“无序”是相对的。
二、熵的含义
“有序”和“无序”是相对而言的，是从有序程度上讲的，熵是宏观态无序程度的量度，熵越高，意味着宏观态所对应的微观态数目越多，即越无序，熵越低即越有序。三、热力学第二定律的微观解释
高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体。所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了。而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了。所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体。换一种角度看，初始我们根据温度的高低来区分两个物体，而终了状态两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了。
同理可知，在通过做功使系统内能增加的过程中，是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程。如图，质量、温度相同的水，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？
答案：根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，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。这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少。质量相同，温度相同的水，可以由固体自发地向液体、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液体，固态时的熵最小。 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热力学第二定律的微观意义解析：分子热运动是大量分子无规则运动，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，而不是变成了有序，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项正确。
答案：CD
点评：热传递过程是大量分子由无序程度小转化为无序程度大的过程，体现了自然过程的方向。从微观角度看( )
A．热力学第二定律是一个统计规律
B．一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展
C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大
答案：ACD
解析：由熵增加原理——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，可知B错误，A、C、D正确。第十章 第六节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4题为多选题)
1．下列叙述中不正确的是( )
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
答案：B
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。
2．以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃烧时可放出氧气
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
答案：C
解析：煤、石油、天然气等是动植物转化成的，燃烧时放出二氧化碳，A错；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错；水能是可再生能源，C对；煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错。
3．人类只有一个地球，我们要保护赖以生存的环境。试完成以下三个题目：
(1)下列哪一种不属于当今世界的三大环境问题( )
A．酸雨 B．臭氧层的破坏
C．人口的急剧增长 D．温室效应
(2)酸雨的形成主要是由于( )
A．大气中CO2含量的增加
B．大气中SO2含量的增加
C．乱砍滥伐森林，破坏生态环境
D．大气中氟利昂含量增加
(3)大气臭氧层( )
A．能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里的温度较低
B．能散射太阳光中的紫外线，使地面生物免受紫外线之害
C．是大气层中存在臭氧的唯一场所，我们应该加以保护
D．吸收大量的太阳紫外线，减少到达地面的紫外线辐射
答案：(1)C (2)B (3)D
4．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
答案：BC
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，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。
二、非选择题
5．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：(a)内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；(b)盛水塑料袋一个；(c)温度计一个；(d)玻璃板一块(约1m2)。如图所示。
假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在下图中。
如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量Δt间的关系是Q＝cmΔt，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、Δt外，还应测量的物理量是________，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：
____________________________________________________________________。
答案：实验图示如下：
还应测时间T(或t)
解析：产生误差的主要原因：太阳能没有全部被水吸收(或水吸收的太阳能还有一部分损失等)
6．某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆面内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少？
答案：3.4kW
解析：首先可以求在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为mv2，转变的电能为E＝mv2×10%，故风车带动电动机功率为P＝＝πr2ρv3×10%
代入数据以后得P＝3.4kW
能力提升
一、选择题
1．柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，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
答案：B
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气缸中燃烧，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。
2．凡是能提供某种形式能量的物质，或是物质各种各样的运动，统称为能源，下面是一组关于能源的问题，请完成下列题目。
(1)“能源分类的相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是( )
A．煤炭、石油、天然气
B．水能、生物质能、天然气
C．太阳能、风能、生物质能
D．地热能、海洋能、核能
(2)煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是( )
A．可再生能源，取之不尽，用之不竭
B．不可再生能源，用一点，少一点
C．来自太阳辐射的能源
D．污染环境的能源
(3)煤、石油、天然气和生物质能资源的能量形成和转换利用过程基本上是( )
A．太阳辐射能→化学能→热能
B．太阳辐射能→机械能→电能
C．生物质能→电能→化学能→热能
D．太阳辐射能→机械能→化学能
答案：(1)C (2)C (3)A
3．CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射。大气中CO2浓度的增加，能使地表温度因受太阳辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样。因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖。
(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为( )
A．光热效应 B．光电效应
C．光气效应 D．温室效应
(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是( )
A．大量植物和生物物种灭绝
B．大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧
C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多
D．自然因素破坏了地球环境生态平衡
(3)为了减缓CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发使用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
答案：(1)D (2)B (3)BD
解析：大气中CO2浓度的增加，导致了温室效应；为了缓解这种局面，一方面要尽量少使用煤、石油等常规能源，另一方面要开发利用新能源并植树造林改善环境。
二、非选择题
4．太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1m2地面上在1s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。
晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
(1)晓阳家每天大约需要100kg热水，用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天可节约多少电能？
答案：(1)3.9h (2)2.9kW·h
解析：(1)设T为光照时间，
k＝1.0×103J/(s·m2)，
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20J＝8.4×106J
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη
因为Q吸＝Q放，所以
T＝＝s＝1.4×104s≈3.9h
(2)由Q电＝Wη1得
W＝＝J＝1.05×107J≈2.9kW·h
课件30张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-3 热力学定律第十章第六节 能源和可持续发展第十章随着我国经济的不断发展，能源需求持续增长，能源供需矛盾日益突出，环境污染十分严重。为了实现能源的可持续发展，必须开发核电、风电等新能源和可再生能源，另一方面还要“节流”，即调整能源结构，大力实施节能减排措施。1．能量耗散
系统的内能流散到__________，没有办法把这些内能____起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。
2．品质降低
能量从高度有用的形式降级为_________的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为_______的能量。能量耗散和品质降低周围环境中收集不大可用低品质1．能源
能源是指能够提供___________的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。
2．常规能源
常规能源是指_________________的能源，如煤、石油、天然气、水力等。能源与人类社会发展、环境可利用能量已被广泛应用
3．能源危机
按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持半个世纪 ，煤炭尚可维持一二百年。
4．环境污染
能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有__________、_________、______的破坏等。温室效应酸雨污染臭氧层
一、能源概念、分类
1．概念
能源是提供可利用能量的物质。2．能源的分类由能量守恒定律知，能量不会减少，但为什么要节约能源？
答案：能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质降低，它实际上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会减少但可利用能源会越来越少，所以要节约能源。
二、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
目前的任务是采用环境能源技术，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。 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能量耗散问题解析：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：BD
点评：要理解能量耗散是可利用的能量减少了，自然界的总能量并没有变。下列哪些现象属于能量的耗散( )
A．利用水流能发电变成电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝变为光能
C．电池的化学能转变为电能
D．火炉把屋子烤暖
答案：BD
解析：电能转化为光能，化学能转化为内能，最终都变成环境中的内能，无法再加以收集利用，B、D均为能量耗散。 据《中国环境报》报道：从一份简单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15亿多元。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。
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世纪的60～70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。能源与环境(1)请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明其理由并举出几种控制酸雨的有效途径。
(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)这种做法不可取。建设高烟囱只能降低地面SO2的浓度，不能从根本上降低大气中SO2的浓度。控制酸雨的途径主要有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其燃烧过程不产生SO2；二是对SO2回收；三是开辟“绿色能源”，主要是氢能源。(2)传统的燃料主要缺点是：①煤，石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的；②燃烧后产生的SO2、NO2等严重污染大气，进而形成酸雨；③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：①H2可以用水作为原料来制取，取之不尽，用之不竭；②H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；③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。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
答案：D
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不充分，使得废气中所含粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，答案应选D。课件9张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 必修3-3 热力学定律第十章●情景切入
地球上的能源很多，提供能量的形式各不相同。风、水、洋流和波浪等是以机械能的形式提供的，可以利用各种风力机械和水力机械转化为动力或电力。煤、石油和天然气等一般是通过燃烧把化学能转化为内能，内能可以直接利用。一些热力机械可以把内能转化为动力带动机械或交通工具工作，也可进行热力发电。能量可以互相转化，各种能量最终都化为内能。你是否知道能量间的转化具有一定的规律呢？请你在本章的学习中得出答案吧。●知识导航
本章主要讲述了改变物体内能的两种方式：做功和热传递，热力学第一定律和能量守恒定律，以及热力学第二定律和能量耗散。
本章从焦耳的热功当量实验切入，从功是能量转化的量度来认识内能，接着从内能改变的方式——热传递说明热与内能的关系，能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律。接着以热力学定律来说明能量与热量的区别及联系，最后以新能源开发与应用来结束本章。本章教材共分为六节，整章内容可分四部分：第一部分即第一、二节，了解做功和热传递与内能的关系；第二部分即第三节，学习热力学第一定律及其微观解释；第四部分即第四、五、六节，了解热力学第二定律及其微观解释、能源和可持续发展及开发新能源的意义。
本章重点：改变物体内能的两种方式——做功和热传递，热力学第一定律。
本章难点：能量守恒定律，热力学第二定律及微观解释。
●学法指导
本章内容规律较多，且较抽象，初学者理解起来不太容易，给学习带来一定难度，如何突破本章知识要点，把握重点，掌握方法是关键。要注意从实验和模型来建立物理图景，把抽象的事物形象化，更要注意利用科学的假说和模型来研究问题，把不能直接观测的对象转化为能够直接观测的对象。●考纲须知第十章限时检测
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．以下说法正确的是( )
A．热量自发地从甲物体传到乙物体，甲的内能不一定比乙大
B．液化气是一种清洁能源
C．水能是可再生能源，所以可制造一台利用水能的机器，效率可达100%
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
答案：A
解析：热量自发地从甲传到乙，说明甲的温度高于乙的温度，但物体的内能除与温度有关外，还与物体体积及物质的量等因素有关，甲的内能不一定大于乙的内能，A正确；液化气燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错误；水能虽然是可再生能源，由热力学第二定律可知，效率不可能达到100%，C错误；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错误。2.(2014·泰安模拟)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。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( )
A．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
答案：A
解析：该题考查热力学第一定律，绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，A选项正确。
3.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：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；其二是：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。第一种表述方式可以用如右图示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是( )
答案：B
解析：第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体。
4．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中( )
A．气体吸收热量，内能不变
B．气缸内分子的平均动能增大
C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多
D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大
答案：A
解析：由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量。内能不变。A正确。
5．温室效应严重威胁着人类生态环境的安全，为了减少温室效应造成的负面影响，有的科学家受到了啤酒在较高压强下能够溶解大量的二氧化碳的启发，设想了一个办法；可以用压缩机将二氧化碳送入深海底，永久贮存起来。海底深处，压强很大，温度很低，海底深水肯定能够溶解大量的二氧化碳，这样就为温室气体二氧化碳找到了一个永远的“家”，从而避免温室效应。在将二氧化碳送入深海底的过程中，以下说法错误的是( )
A．压缩机对二氧化碳做功，能够使其内能增大
B．二氧化碳与海水间的热传递能够使其内能减少
C．二氧化碳分子平均动能会减少
D．每一个二氧化碳分子的动能都会减少
答案：D
解析：压缩机压缩气体对气体做功，气体温度升高，内能增大，A对。二氧化碳压入海底时比海水温度高，因此将热量传递给海水而内能减小，B是对的。二氧化碳温度降低，分子平均动能减少，但不是每个分子的动能都减少，C正确，D错。
6．下面提供了科技发展的四则信息。
①低温技术已有重大突破，1933年低温已达0.25K,1957年达到了2×10－5K,1995年通过一系列巧妙的方法已达到1×10－8K。随着低温技术的出现和发展，科学家一定能把热力学温度降到绝对零度以下；
②随着火箭技术的发展，人类一定能够在地球上任意位置的上空发射一颗同步卫星；
③一个国际科研小组正在研制某种使光速大大降低的介质，这些科学家希望在不久的将来能使光的速度降到每小时40m左右，慢到几乎与乌龟爬行的速度相仿；
④由于太阳的照射，海洋表面的温度可达30℃左右，而海洋深处的温度要低得多，在水深600～1000m的地方，水温约4℃，因此人们正在研制一种抗腐蚀的热交换器，利用海水温差发电，并取得了成功。
请辨别、判断以上信息中正确的是( )
A．①② B．②④
C．①③ D．③④
答案：D
解析：四则信息均为与当今科技发展前沿相关的信息，但①项违背了热力学第二定律，即绝对零度不可达到；②项中同步卫星只能定点在赤道正上方；③项中光速与介质有关，光在不同介质中传播速度不相同；④项中叙述符合能量守恒定律而不违背其他物理原理。
7．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a，b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中( )
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
答案：BD
解析：因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，由ΔU＝W＋Q知内能不变，故选项A错误。选项B正确。稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p1V2和V1p2，即气体压强变小，故选项C错误，选项D正确。
8．(2014·淄博模拟)有关物体的内能，以下说法中正确的是( )
A．1g温度为0℃水的内能比1g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
答案：AD
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。
9．导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则( )
A．气体压强增大，内能可能不变
B．外界对气体做功，气体温度降低
C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D．外界对气体做功，气体内能一定增加
答案：BC
解析：由平衡条件知活塞受到的沙桶拉力减小，其他力如活塞重力、大气压力不变，则气体压强增大、体积减小，外界对气体做功，由于环境温度缓慢降低，则气体内能减少，由ΔU＝W＋Q知Q<0，即向外放热。
10．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则( )
A．A→B过程气体降温
B．B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功
C．C→A过程气体放热
D．全部过程气体做功为零
答案：AC
解析：A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，选项A正确；B→C过程气体等容升压，由p/T＝C(常量)可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，选项B错；C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积。B→C过程气体不做功。C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，选项D不正确。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(5分)(吉林一中2013～2014学年高二下学期期末)如图所示，一定质量的理想气体被活塞密封在一容器中，活塞与容器壁间无摩擦，外界大气压强保持不变。当气体的温度升高时，气体体积________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，从微观角度看，产生这种现象的原因是____________________。
答案：增大 温度升高时，分子平均动能增大，只有气体的体积随同增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变
12．(6分)(1)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________。(填写选项前的字母)
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
(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中气泡__________(填“吸收”或“放出”)的热量是________J。气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________J。
答案：(1)D (2)吸收 0.6 0.2
解析：(1)气泡上升过程中温度保持不变，压强减小体积增大，所以A、B、C选项均错，根据熵增加原理D项正确。
(2)气泡上升过程 ∵T不变 ∴ΔU＝0，由热力学第一定律得气体吸收热量Q＝W＝0.6J。气泡到达湖面后温度上升，ΔU＝Q＋W＝0.3J－0.1J＝0.2J
13．(7分)开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式。太阳能热水器的构造示意图如图所示，下方是像日光灯管似的集热管，由导热性能良好的材料制成，在黑色管的下方是一块光亮的铝合金反光板，做成凹凸一定的曲面。
(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应，水箱为何安装在顶部而非下部？
答：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)下图中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿________时针方向流动，这是因为______________________。C是辅助加热器，其作用是______________________。请在下图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由。
答案：(1)日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导；集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内，水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流。
(2)顺；集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，沿管向右上方运动；在阴天用电加热的方式使水温升高；在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充。
三、论述·计算题(共4小题，42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(10分)我国东部季风区某新建城市分布如图所示，城市的四周都有广阔地带，现要在城市附近建一座比较大型的火力发电厂。
(1)请在图中A、B、C、D、E、F处选一最佳建厂处，说明理由。
(2)请你预测此工厂将有哪些方面会对环境造成污染？
(3)请你用物理、化学、生物等方面的知识设计一个保护环境、控制污染的方案。
答案：(1)应选在D处建厂。原因：①在季风区工厂应建在位于垂直于盛行风风向的郊外，可尽量减少粉尘，有毒气体在居民区的污染。②在河的下游，水源充足。③紧靠铁路和公路，交通便利。
(2)有废气、废渣和废水。
(3)①利用该厂的废渣可在附近建一个矿渣水泥厂或砖厂，变废为宝。②根据可产生废水的情况，在建厂的同时，建一个利用化学分解和生物降解的废水处理设备。③根据该厂将产生粉尘和有毒气体较严重的情况，在厂区里多栽一些如美人蕉、月季、丁香、菊花等能吸收有毒气体的植物，搞好厂区绿化保护，在工厂周围和居民区之间建立森林防护林带，尽量选一些生长快能吸收粉尘和有毒气体的树种作为绿化的主要品种。
15．(10分)如图所示为焦耳测定热功当量的实验装置，若重物P、P′的质量共为m＝26.320kg，每次下落的高度均为h＝160.5cm，共下落n＝20次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为C＝6316cal/℃，实验中测得温度升高Δt＝0.31℃，试根据这些数据算出热功当量的值。(热功当量J＝)
答案：4.23J/cal
解析：重物下落n＝20次共做功
W＝nmgh
量热器中的水及容器等温度升高Δt需吸热Q＝CΔt
由热功当量的定义得
J＝＝
＝
≈4.23J/cal。
16．(10分)如图所示，为一气缸内封闭的一定质量的气体的p－V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335J的热量传入系统，系统对外界做功126J，求：
(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42J，则有多少热量传入系统？
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84J，问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？
答案：(1)251J (2)放热 293J
解析：(1)沿a→c→b过程
ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209J。
沿a→d→b过程，
ΔU＝W′＋Q′，Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251J，即有251J的热量传入系统。
(2)由b→a，ΔU′＝－209J。
ΔU′＝W″＋Q″＝84J＋Q″，
Q″＝(－209－84)J＝－293J。
负号说明系统放出热量。
17．(12分)一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝350K。
(1)求此时气体的压强。
(2)保持T1＝350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。
答案：(1)p0 (3) 吸热 原因见解析
解析：(1)由题意知，气体体积不变，由查理定律得
＝
所以此时气体的压强p1＝p0＝p0＝p0
(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2
可得V2＝＝V0
所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为＝
因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体的体积膨胀对外做功。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一定从外界吸收热量。
点评：考查气体的实验定律应用及热力学第一定律，求解时应灵活处理变质量气体问题。像本题中如果只选集热器内气体，则属于变质量问题，但如果把抽出的气体全部包括，则属于定量气体问题，应用气体实验定律处理会很方便。
