选修3 第3章 热力学定律 知识问答式 学案（附章末测试）（有解析）

中小学教育资源及组卷应用平台
10.1功和内能 + 10.2 热和内能
问题1、功和内能有哪些相关的知识和结论？
答1．焦耳的实验(1)绝热过程：系统只由于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．
(2)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．
(3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关．
问题2．功和内能有什么关系？
(1)内能：依赖于一个热力学系统自身状态的物理量，是热力学系统的一种能量．
(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即ΔU＝W.
①ΔU＝W适用条件是绝热过程．
②在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少．
深度思考
如图1：在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化．
(1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么？
答案　(1)可以看到棉花燃烧．实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧．
(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？
(2)迅速按下活塞是为了减少甚至杜绝热传递，创造一个绝热条件．
练习1　如图2所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、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
练习1答案　D 解析　本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况，对甲室内的气体，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，内能就减小，故D选项正确．
结论： 1 压缩气体，外界对气体做功，内能增大，温度升高，柴油机就是利用这个原理点火的.
2 在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为正，W为正，外界对系统做功.末态内能小于初态内能时，ΔU为负，W为负，系统对外界做功.
练习2　(多选)下列关于系统的内能的说法正确的是(　　)
A．系统的内能是由系统的状态决定的
B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的
C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能
D．气体在大气中绝热膨胀时对外做了功，但气体的内能不变
练习2答案　AB 解析　系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A对；正因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B对；做功和热传递都可以改变系统的内能，C错；气体绝热膨胀时对外界做了功，又因为与外界没有热交换，所以系统的内能要减小，故D错．
问题3热和内能之间有什么关系？
答1．热传递(1)条件：物体的温度不同．
(2)定义：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到了低温物体．
2．热和内能：(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．表达式：ΔU＝Q.
(2)热传递与做功在改变系统内能上的异同．做功和热传递都能引起系统内能的改变．
（3）做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．
3．功、内能、热量和温度的区别和联系
(1)内能与热量：内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量．
(2)热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志．虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是热量，不是温度．
(3)热量与功：热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别．
深度思考根据Q＝ΔU，能否说热量就是内能？
答案　不能．热量是过程量，只在发生热传递时体现，可以测量；而内能是状态量，不可测量．
练习3　(多选)关于热传递，下列说法正确的是(　　)
A．热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体 B．两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差
C．在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体 D．内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递
练习3答案　BD 解析　热量的概念只有在涉及能量传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，A错误；物体间发生热传递的条件是物体间存在温度差，B正确；在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，故C错误，D正确．问题4、热传递的方向与物体内能的大小有没有关系？
答：1、热传递与物体的内能的多少无关，只与两个物体或一个物体的两部分的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体.2、热传递过程中，能量可以由内能大的物体传递到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传递到内能大的物体上.
练习4　下列说法正确的是(　　)
A．若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发生改变
C．一物体先后经过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
练习4答案　B解析　两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等，A项错误；做功和热传递都是改变物体内能的方式，B项正确；物体温度从t1升高到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是由于外界对物体做了功，C项错误；高温物体分子的平均动能大，但内能不一定大，D项错误
问题5、热力学第一定律内容是什么？怎么判定内能与做功、热量的正负？
答1．已知：改变内能的两种方法：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等效的．
2．热力学第一定律：
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．即ΔU＝Q＋W.
3．公式ΔU＝Q＋W中符号的规定
项目 做功W 热量Q 内能ΔU
变 化 外界对物体做功W>0 物体吸收热量Q>0 内能增加ΔU >0
物体对外界做功<0 物体放出热量Q<0 内能减少ΔU <0
4.对热力学第一定律的理解
(1)当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变．
(2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果．
5．判断是否做功的方法----一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化．
(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0； (2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.
练习5　空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，
这一过程中空气向外界传递的热量是多少？
练习5解析　选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.
由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得
Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.
负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.
问题6、什么是能量守恒定律？　为什么永动机不可能制成？
答：1．能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．能量守恒定律的意义：(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．永动机不可能制成：(1)第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机．
(2)第一类永动机:由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．
深度思考图2为一种所谓“全自动”的机械手表，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？
答案：　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．
练习7　如图3所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为ΔU，则(　　)
A．ΔU＝Q B．ΔUQ D．无法比较
练习7答案　B 解析　因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能．故正确答案为B.
利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解.
问题7、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用题怎么做？
答：热力学第一定律与气体结合问题的解题方法在于综合应用理想气体状态方程和热力学第一定律，两者的结合点是温度和体积．
(1)一定质量的理想气体内能的变化:要看温度，气体温度升高，内能增大；气体温度降低，内能减小．
(2)气体与外界的做功情况要看体积．气体体积膨胀，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功；理想气体自由膨胀，不做功．
练习9　如图5所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时(　　)
图5
A．气体内能一定增加 B．气体压强变大 C．气体对外界做功 D．气体对外界放热
练习9答案　C 解析　由图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C对，A、B、D错．
问题8、热力学第二定律内容是什么？
答：一、宏观过程的方向性
▲热力学第二定律:一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．
1．热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高．
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，决不会自发地分开，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，因摩擦而逐渐停止下来，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从容器中流出，容器变为真空．
▲总结一句话:变冷容易加热难,静止容易运动难,下坡容易上坡难,放大容易缩小难.若要低到高,需有外力加.
深度思考 热传递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”？
答案　不能．两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能．
▲总结:热量不能自发地从低温物体传到高温物体,如果要到高温物体,需要借助外力做功.
练习10　(多选)下列说法正确的是(　　)
A．热量能自发地从高温物体传给低温物体 B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热传递是有方向性的 D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
练习10答案　ACD解析　如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，A、C对，B错；气体向真空中膨胀的过程也是不可逆，具有方向性的，D对．
问题9、热力学第二定律和第二类永动机有什么关系？
1．热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性．(温度自发的由高到低传递)
(1)热机①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能．
第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能．
②热机的效率η：热机输出的机械功与燃料产生的热量的比值，用公式表示为η＝.热机的效率不可能达到100%.
(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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)
练习11　(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是(　　)
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B．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是可以实现的
C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化
D．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
练习11　答案　AD解析　热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误，D选项正确．
3．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方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(3)第二类永动机是不可能制成的．
4．第二类永动机
(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机．
(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库．
▲ 1 一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现.
▲ 2 热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的.
练习如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热库吸收热量，使之完全用来做功.但不是自发的或是产生了其他影响.
练习12　下列说法正确的是(　　)
A．第二类永动机违背了能量守恒定律 B．第二类永动机违背了热力学第二定律
C．根据能量守恒定律，经过不断的技术改造，热机的效率有可能达到100%
D．电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律
练习12　答案　B解析　第二类永动机没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，A错误，B正确；热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，C错误；电冰箱和空调机工作时，是通过压缩机做功，来实现热量从低温热源到高温热源的传递，所以并没有违背热力学第二定律，D错误．
问题10、热力学第二定律的怎么进行微观解释？
答：1．有序和无序：
一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；一个系统的个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序．
2．宏观态和微观态：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．
一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的．
3．热力学第二定律的微观意义(1)气体向真空的扩散：气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的．
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．
问题11、熵及熵增加原理是什么？
答：(1)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态的数目，S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵．
(2)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．
（3）．对熵的四点理解(1)熵的微观意义：熵是系统内分子热运动无序性的量度．无序程度越大,熵越大.
(4)熵是表示一个体系自由度的物理量．熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多．
(5)熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一个不可逆过程，熵总是增加的．
(6)熵的本质：熵是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大．
[总结]没人管的系统只能是越来越乱,即熵越来越大.就像一班纪律性较差的班级学生,没有班主任管理,他们总会容易散乱.
练习13　(多选)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分布的概率，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
练习13　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．
练习14　(多选)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
练习14答案　CD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，即熵小变为熵大.故选C、D.
▲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.
练习15　(多选)下列关于熵的观点中正确的是(　　)
A．熵越大，系统的无序度越大 B．对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小
C．气体向真空扩散时，熵值减小D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多
练习15　答案　ABD解析　熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，选项A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，选项B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，选项C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，选项D正确．
问题12、能源和可持续发展有什么关系？
答：1．能量与能源的区别：
①能量是守恒的，既不会增加也不会减少. ②能源是可以提供可利用能量的物质. ③能量耗散，能量总量不变。
④能源会减少，因为能量品质会下降,故我们要节约能量.练习:任何东西只要使用就会变旧磨损,品质就会降低.
2、能量耗散和品质降低：
(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．
(2)各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的．
(3)能量耗散方向性:从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性．
(4)能量耗散降级性:能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式．
3．能源与环境(1)常规能源：人们把煤、石油、天然气等化石能源叫作常规能源，人类消耗的能源主要是常规能源．
(2)新能源：主要有太阳能、生物质能、风能、水能、核能等．
(3)环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有温室效应、酸雨、光化学烟雾等．
练习16　关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的(　　)
A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现
C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响
D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径
练习16　答案　B 解析　能量虽然守恒，但能量的耗散导致能量的品质降低及不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错．
第三章 热力学定律 章末检测
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分)
下列说法中不正确的是(　　)
A．热量能自发地从高温物体传给低温物体 B．热量也可以从低温物体传给高温物体
C．热传导是有方向的 D．能量耗散说明能量是不守恒的
2．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c.b、c状态温度相同，如图1所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)
A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，QabQac D．pb图1 图3 图4
3．如图3所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　)
A．气体体积膨胀，内能增加 B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体分子势能增加，压强可能不变 D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
4．下列说法中正确的有(　　)
A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此不可能制成
B．根据能量守恒定律，经过不断的技术改造，热机的效率可以达到100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
D．自然界中的能量是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，因此要节约能源
5．一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′.如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则(　　)
A．W1＞W2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2 B．W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
C．W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2 D．W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
6．(多选)下列说法不正确的是(　　)
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，是因为违背了能量守恒定律 D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违背热力学第二定律
7．(多选)在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力作用，物体的温度与环境温度相同，在这个过程中，以物体为研究对象，则(　　)
A．与热传递等效的功是正功，物体的内能增加 B．与热传递等效的功是零，内能不变
C．动能定理中的功是正功，动能增加 D．动能定理中的功是零，动能不变
二、填空题(本题共2小题，每小题5分，共10分)
8．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ到气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)的变化关系如图4所示．单位时间所吸收的热量可看做不变．
(1)(多选)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______(填“变快”、“变慢”或“快慢不变”)，请说明理由．
三、计算题(本题共4小题，共40分)
9．(8分)如图6所示，一长为L、内横截面积为S的绝热汽缸固定在水平地面上，汽缸内用一质量为M的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞固定在汽缸正中央，汽缸内被封闭气体压强为p，外界大气压为p0(p＞p0)．现释放活塞，测得活塞被缸内气体推到缸口时的速度为v.求：
图6
(1)此过程克服大气压力所做的功．
(2)活塞从释放到将要离开缸口，缸内气体内能改变了多少？
第三章 热力学定律 章末检测答案
1．答案　D
2．答案　C解析　由V＝T可知V－T图线的斜率越大，压强p越小，故pbQac.综上C正确．
3．答案　D解析　气体的膨胀过程没有热交换，可以判断Q＝0；由于容器Q内为真空，所以气体是自由膨胀，虽然体积变大，但是气体并不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由以上可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，显然选项A、B错误．由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积变大时分子引力做负功，分子势能增加，由此进一步推断分子动能减小，温度降低；体积变大、温度降低，则气体压强变小，所以选项C错误．宏观中的热现象都是不可逆的，所以D正确．
4．答案　D解析　第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，A错．热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，B错．虽然能量守恒，但是由于能量耗散，可利用的能量越来越少，因此要节约能源，C错，D对．
5．答案　B解析　由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，若通过压强不变的过程实现体积膨胀，则由为恒量，可知温度必定升高，对理想气体，内能必定增大，则气体膨胀对外做功，并从外界吸收热量，即ΔU1＝－W1＋Q1＞0，且Q1＞W1.若通过温度不变的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，从外界吸收热量，即ΔU2＝－W2＋Q2＝0，且Q2＝W2，则ΔU1＞ΔU2.由于气体对外做功的过程中，体积膨胀，通过温度不变的方式，由为恒量，可知压强必定减小，则平均压强比通过压强不变的过程时的压强要小，故W1＞W2，Q1＞Q2，B选项正确．
6.答案　ABC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，在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以选项A错误；外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以选项B错误；第二类永动机不可能制成，并不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律中热机效率必小于100%的表述，因此它不可能制成，所以选项C错误；电冰箱虽然从低温物体吸收了热量，但产生了其他影响，消耗了电能，选项D正确．
7．答案　BC解析　根据动能定理，推力对物体做正功，物体动能增加；没有力做功实现其他形式能和内能的转化，物体的内能不变．
8.答案　(1)BCD　(2)变快，理由见解析
解析　(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，由理想气体状态方程＝C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W1<0，ΔU1＝Q－|W1|；体积不变的条件下，W2＝0，ΔU2＝Q；所以ΔU1<ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快．
9.答案　(1)　(2)减少了mv2＋p0SL
解析　(1)设大气作用在活塞上的压力为F，则F＝p0S 根据功的计算式W＝解得；W＝
(2)设活塞离开汽缸时动能为Ek，则Ek＝根据能量守恒定律得：缸内气体内能改变ΔU＝－－即内能减少了mv2＋p0SL