第三章 热力学基础
第一节 内能 功 热量
1．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．从宏观上看，物体的内能与物体的温度和体积都有关系．从微观上看，温度升高，分子平均动能增加，因而物体的内能增加，体积变化时，分子势能变化，因而物体的内能发生变化．
2．做功可以改变物体的内能，若物体与外界无热量交换，外界对物体做功，物体内能增加，物体对外界做功，物体内能减少，且做功的多少等于物体内能的变化．
3．热传递也可以改变物体的内能．高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体，若热传递过程中没有做功过程，低温物体吸收的热量等于它内能的增加，高温物体放出的热量等于它内能的减少．
4．做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但它们的实质不同，做功对应的是其他形式的能与内能的相互转化，热传递是物体间内能的转移．
5．焦耳通过实验测定了机械功与所产生的热量之间的关系，称为热功当量，它等于4.18 J·cal－1.
1．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，此实验目的是要说明(C)
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
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．
2．用下列方法改变物体的内能，不属于做功的方式是(D)
A．搓搓手会感到手暖和些
B．汽油机汽缸内被压缩的气体
C．车刀切下的炽热铁屑
D．物体在阳光下被晒热
解析：搓手时克服摩擦力做功，机械能转化为内能；汽缸压缩气体，对气体做功；车刀切削钢件，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使切下的铁屑温度升高，都是通过做功使内能发生改变；物体在阳光下被晒热，不属于做功的方式．
3．关于热传递，下列说法中正确的是(B)
A．热传递的实质是温度的传递
B．物体间存在着温度差，才能发生热传递
C．热传递可以在任何情况下进行
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
解析：热传递的实质是物体间内能的转移，故A错．热传递的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不再发生热传递，即达到了热平衡，故B对、C错．物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式实现，故D错．
4．(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法中正确的是(BD)
A．一定是物体放出了50 J的热量
B．一定是物体吸收了50 J的热量
C．一定是物体分子动能增加了50 J
D．物体的分子平均动能可能不变
解析：在外界不做功的情况下，系统内能的改变等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故A错、B对．物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J．物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能．
5．关于内能、温度和热量，下列说法中正确的是(C)
A．物体的温度升高时，一定吸收热量
B．物体沿光滑斜面下滑时，内能将增大
C．物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大
D．内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时热传递停止
解析：改变物体内能的两种方法：做功和热传递．温度升高，内能增加，但不一定是吸收热量，A错误；物体克服摩擦力做功，摩擦生热，内能可能增大，B错误、C正确；热传递的条件是存在温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，温度相同后热传递停止，D错误．
6．(多选)如图所示为焦耳实验装置简图，用绝热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(AC)
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：可通过重力做功与水温升高吸收的热量，测定热功当量，做功增加了水的内能，而热量只是热传递过程中内能改变的量度，所以功与热量是不同的．故选A、C.
7．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，这是因为(D)
A．胎内气体压强不断增大，而容积不变
B．轮胎从外界吸热
C．外界空气温度本来就高于胎内气体温度
D．打气时，外界不断地对胎内气体做功
解析：给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高．
8．(多选)在一个绝热气缸里，若因气体膨胀，向上推动活塞，则在这个过程中，气缸里的气体(BD)
A．温度升高 B．温度降低
C．内能增大 D．内能减小
解析：因绝热气缸里的气体与外界无热交换，气体向上推动活塞过程中，对外做功，内能减小，温度降低，B、D正确．
9．一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定减小的物理量有(不计气体分子势能)(A)
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
解析：绝热过程外力对系统做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增加．
10．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)
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：胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大，气体对外界做正功，从而要从外界吸热，A正确，B、C、D错误．
课件20张PPT。第一节 内能 功 热量考点一 功和内能 栏目链接1．“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，机械能转化为内能．
2．如图，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后，温度计示数明显下降，这是为什么呢？
提示：气体膨胀对外做功，内能减小，气体的温度降低．
栏目链接
1．对功和内能关系的理解
(1)内能与内能变化的关系：
①物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．因此物体的内能是一个状态量．
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，因此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．
栏目链接(2)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．(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，只有内能变化较大时，对应着做功较多．
注意：(1)设初态内能为U1，末态内能为U2，内能的变化量为ΔU，ΔU＝U2－U1，ΔU>0，内能增加；ΔU<0，内能减少．
(2)在绝热过程中ΔU＝W.
栏目链接例1 地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计气团内分子间的势能)( )
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度不变解析：空气团与外界的热交换忽略不计，随高度上升压强逐渐减小，体积逐渐增大，对外界做功，所以内能逐渐减小，则温度逐渐降低，只有选项C正确，选项A、B、D均错误．
答案：C
方法总结：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道理点火的．
?课堂训练
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(D)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、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决了做功的情况，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，内能就减少，故D选项正确．
考点二 热和内能1．用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？
提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能．
2．一根铁棒温度升高了，只从结果上看，你能确定是用摩擦的方法，还是用加热的方法使它温度升高的吗？
提示：不能确定．因为做功和热传递在改变物体内能上是等价的．
栏目链接1．热传递
(1)定义：高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体，这种没有做功而使物体内能改变的现象称为热传递．
(2)方式：热传导、热对流、热辐射．
(3)条件：存在温度差．
2．热量(Q)：是热传递过程中物体内能变化的量度．
3．热传递改变物体内能的实质
内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个没有做功的过程中，吸收热量的物体内能增加，放出热量的物体内能减少，内能的变化由热量来量度，即ΔU＝Q.
4．内能、温度和热量之间的区别和联系
(1)从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度，从微观上看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志．温度相同时，任何物体的分子的平均动能都相等，但是分子的平均速率不一定相等．物体温度升高，其内能一定增加；但向物体传递热量，物体内能不一定增加．
(2)热量是物体热传递过程中物体内能改变的量度，物体温度高，内能大，却不一定有热量的传递，离开内能的改变，离开热传递，热量就毫无意义．物体吸收热量，物体温度可能升高，可能不变，也可能降低．
注意：(1)做功和热传递均能改变物体的内能，仅从内能的改变上无法知道系统用的是做功还是热传递方式使其内能发生变化的，因此，做功和热传递在改变物体内能上是等效的．
(2)热传递改变物体内能的过程是物体间内能的转移，做功对应的是其他形式的能与内能的转化过程．
例2 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处，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到同一值，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
解析：A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些．
答案：B
方法总结：利用球体体积的变化从而找到做功的关系，是解决本题的关键所在，也是本题的创新之处，能的转化与守恒定律广泛适用于自然界中的一切情景，在复杂问题中利用能的转化与守恒，可以找到突破口．
?课堂训练
2．对于热量、功和内能，三者的说法正确的是(D)
A．热量、功、内能三者的物理意义等同
B．热量、功都可以作为物体内能的量度
C．热量、功、内能的单位不相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的解析：物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功或热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错．热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功也是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B错．三者单位都是焦耳，C错．热量和功是过程量，内能是状态量，D正确．
课件28张PPT。第二节 热力学第一定律
第三节 能量守恒定律考点一 热力学第一定律 栏目链接一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判定是经过对它做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等效的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？
提示：系统内能的增量ΔU＝Q＋W. 栏目链接
1．热力学第一定律的研究对象
研究功、热量跟内能的变化之间的定量关系．
2．热力学第一定律的内容及公式
(1)内容：如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，物体内能的增加ΔU就等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和．
(2)公式：ΔU＝W＋Q. 栏目链接3．对热力学第一定律的理解
(1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．(2)对公式ΔU＝Q＋W符号的规定：
注意：(1)在绝热过程中，Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．
(2)在应用热力学第一定律的过程中，应特别分清W、Q的正、负，以便更准确地判断ΔU.
栏目链接例1 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？
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.
答案：5×104 J方法总结：应用热力学第一定律解题的一般步骤：
(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)应特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义．
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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)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
解析：因为M、N内被封闭气体体积减小，所以外界对气体做功．由热力学第一定律及M、N内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功，内能一定增加，故A正确，B、C、D错误．
考点二 热力学第一定律的应用你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程的能量转换关系吗？
提示：设一定质量的理想气体，保持压强不变，由(V1，T1)变为(V2，T2)，而且V1＜V2.
由盖·吕萨克定律＝及V1＜V2知T1＜T2.
因气体膨胀(V1＜V2)，则气体对外做功，W＜0.
因气体温度升高(T1＜T2)，则气体的内能增加ΔU＞0.
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q＝ΔU－W＞0.即系统由外界吸收热量，系统吸收的热量一部分用来增加内能，一部分转化为气体对外所做的功．
栏目链接1．理想气体的等压过程
如图所示是一定质量气体的等压线，若气体从状态A变化到状态B，该过程是等压膨胀过程，V2>V1，T2>T1，体积增大，气体对外做功，W<0，但理想气体的内能仅取决于温度，温度升高，内能增大，ΔU>0，则由热力学第一定律有Q＝ΔU－W>0，气体吸收热量，吸收的热量一部分用来增加
气体的内能，一部分转化为对外所做的功．若气体从状态B变化到状态A，该过程为等压压缩，应有W>0，ΔU<0，Q＝ΔU－W<0，这说明气体放出的热量等于外界对气体所做的功与气体内能减小量的和．2．理想气体的等容过程
等容过程中，体积V不变，W＝0，则由热力学第一定律有ΔU＝Q，若温度升高时，气体吸收的热量全部用来增加气体的内能，反之，气体放出的热量等于气体内能的减少．
3．理想气体的等温过程
等温过程中内能不变，即ΔU＝0，由热力学第一定律有W＝－Q，若气体等温压缩，则W>0，Q<0，气体放出热量，外界对气体所做的功全部转换为放出的热量，若气体等温膨胀，W<0，Q>0，气体吸收热量，吸收的热量全部用来对外做功．
注意：(1)做功情况往往和物体的体积变化相联系，一般情况下，体积增大时，对外做功，W<0，体积减小时，外界对物体做功，W>0.
(2)气体的状态变化时，往往要用到气体的实验定律帮助分析体积和温度的变化情况，从而得到做功情况和内能的变化情况．
例2 一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，(若不计气泡内空气分子势能的变化)则( )
A．气泡对外做功，内能不变，同时放热
B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C．气泡内能减少，同时放热
D．气泡内能不变，不吸热也不放热
解析：气泡缓慢上升的过程中，温度不变，气体的内能不变，ΔU＝0，但压强逐渐减小，由玻意耳定律pV＝恒量可知体积V逐渐增大，气体对外做功，即W<0，由热力学第一定律有Q＝－W>0，故气体从外界吸收热量，且吸收的热量全部用来对外做功，则B项正确．
答案：B
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2．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上．其原因是，当火罐内的气体(B)
A．温度不变时，体积减小，压强增大
B．体积不变时，温度降低，压强减小
C．压强不变时，温度降低，体积减小
D．质量不变时，压强增大，体积减小解析：将火罐开口端紧压在皮肤上时，火罐体积不变，随着温度降低，火罐内的气体压强减小，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上．考点三 能量守恒定律
使热力学系统内能改变的方式是做功和热传递．做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能．在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？
提示：能量的总量保持不变．
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；在转化和转移的过程中其总量不变．
2．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，通过某种力做功可以相互转化，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)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定量规律联系起来，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．
③能量守恒定律与细胞学说、达尔文的生物进化论并称19世纪自然科学中三大发现．
例3 (多选)如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体自状态A变化到状态B时( )
A．体积必然变大
B．一定经过体积减小的过程
C．外界必然对气体做正功
D．气体必然从外界吸热
解析：本题是气体状态变化、图象与热力学第一定律结合的综合分析题，连接OA、OB得到两条等容线，故有VB>VA，所以A正确；由于没有限制自状态A变化到状态B的过程，所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态，故B错误；因为气体体积增大，所以是气体对外做功，C错误，因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，D正确．
答案：AD
方法总结：(1)一定质量的理想气体的内能只由温度决定，与体积无关；
(2)W＋Q＝ΔU和＝C及图象的综合应用是热学在高考中的热点．
?课堂训练
3．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(C)
A．QA＝QB B．QAC．QA>QB D．无法确定QA、QB的大小
第三章 热力学基础
第二节 热力学第一定律第三节 能量守恒定律
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．热力学第一定律的表达式为ΔU＝Q＋W，它不仅反映了做功和热传递这两种改变内能方式的等效性，也给出了功、热量跟内能改变量的定量关系．
2．应用热力学第一定律进行计算时，要遵循各物理量的符号规定，Q>0，表示物体吸收热量，W>0表示外界对物体做功，ΔU>0，表示内能增加，当它们为负值时，都分别表示各自的相反过程．
3．在解决理想气体的等压膨胀过程问题时，热力学第一定律中各物理量符号为：W<0，ΔU>0，Q>0，等压压缩时符号相反，在等容过程中，W＝0，ΔU＝Q，在等温过程中，ΔU＝0，W＝－Q．
4．不同形式的能之间可以相互转化，例如，电流通过导体时，电能转化为内能，燃料燃烧时，化学能转化为内能，炽热的灯丝发光，内能转化为光能．
5．各种形式的能相互转化过程中守恒，能量守恒定律的内容为：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；在转化和转移过程中其总量不变．
6．能量守恒定律是自然界中的一条普遍规律，恩格斯把这一定律称为“伟大的运动基本定律”，并把这一定律和细胞学说、达尔文的生物进化论称为19世纪自然科学的三大发现．
7．第一类永动机是指不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器，它不可能造成的原因是违背了能量守恒定律．
8．能量守恒定律的发现在物理学理论的发展上使经典物理学从经验科学发展成完整的理论科学，在哲学上为辩证唯物主义自然观提供了自然科学基础，揭示了自然界中各种不同的运动形式是相互联系的，且在转化过程数量上保持守恒．所以，能量守恒定律论证了物质运动的不灭性和统一性．
1．如图是密闭的气缸，外力推动活塞压缩气体，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(A)
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：由热力学第一定律，ΔU＝Q＋W＝－200 J＋800 J＝600 J，内能增加600 J，则温度一定升高，A正确．
2．关于内能的变化，以下说法正确的是(C)
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
解析：根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错，物体对外做功，还有可能吸收热量、内能可能不变或增大，B错、C正确；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误．
3．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)(D)
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：不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小．塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功．再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D正确．
4．汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中(C)
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的动能和势能相互转化
C．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少
D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒
解析：汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少．
5．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(B)
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体内能增加
D．外界对气体做正功，气体内能减少
解析：筒内封闭气体被压缩过程中，外界对气体做正功．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，气体内能增加，温度升高．由理想气体状态方程＝C知，气体压强增大．选项A、C、D错误，选项B正确．
6．(多选)一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统(BD)
A．机械能守恒
B．总能量守恒
C．机械能和内能增加
D．机械能减少，内能增加
解析：物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少，由能量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变．
7．如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定(C)
A．从外界吸热 B．内能增大
C．向外界放热 D．内能减小
解析：本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错．热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错、C对．
8．(多选)如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时(CD)
A．氢气的温度不变 B．氢气的压强增加
C．氢气的体积增大 D．氧气的温度升高
解析：理想气体氢气和氧气的质量虽然相同，但由于氢气的摩尔质量小，故氢气物质的量多，又体积和温度相同，由压强的微观解释可知氢气产生的压强大，当拔掉销子后，会推动活塞向氧气一方移动，这时氢气对外做功，又无热传递，由ΔU＝W＋Q可知，氢气内能减少，温度降低，对氧气而言，体积减小，外界对它做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，无热传递的情况下，氧气内能增加，温度升高．
9．如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法不正确的是(A)
A．从状态d到c，气体不吸热也不放热
B．从状态c到b，气体放热
C．从状态a到d，气体对外做功
D．从状态b到a，气体吸热
解析：从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，要保持内能不变，一定要吸收热量，故选项A错；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故选项B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，选项C正确；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故选项D正确．
10．如图所示的两端开口的“U”形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高．现打开阀门K，从打开阀门的两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔEk；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得
①W1＝0 ②W2－W3＝ΔEk ③W2－W3＝Q＝ΔU ④W3－Q＝ΔU
其中，正确的是(B)
A．①②③ B．①②④
C．②③ D．①③
解析：由动能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①、②正确．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3－Q，可知④正确、③错误．综合以上分析可知B正确．
第三章 热力学基础
第四节 热力学第二定律
1．通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律．
2．了解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．
3．了解什么是第二类永动机，知道为什么它不能制成．
4．了解热力学第二定律的微观实质．
5．了解熵是反映系统无序程度的物理量．
1．自然界发生的过程一定遵守热力学第一定律，但遵守热力学第一定律的过程不一定能发生，因为它不能说明自然界过程进行的方向，热力学第二定律就是反映自然界过程进行方向和条件的定律．
2．热传导过程中，热量会自发地从高温物体传递给低温物体，但人们从来没有发现热量自发地从低温物体传给高温物体，这说明热传导过程具有方向性，要想使热量从低温物体传给高温物体，必须借助外界的作用．
3．机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能转化为内能是可以自发进行的，而相反过程不能自发进行，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．
4．第二类永动机不可能制成，它是指从单一热源吸热全部用来对外做功又不引起其他变化，把得到的内能全部转化为机械能，效率达到100%的热机．
5．热力学第二定律常见的有两种表述，克劳修斯的表述是按照热传导的方向性表述的，开尔文的表述是按照机械能与内能转化过程的方向性表述的，两种表述是等价的．
6．从微观看，热力学第二定律表明：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向，即熵增大的方向进行的．
1．(多选)关于热传导的方向性，下列说法正确的是(AC)
A．热量能自发地由高温物体传给低温物体
B．热量能自发地由低温物体传给高温物体
C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体
D．热量不可能从低温物体传给高温物体
解析：在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体，但热量只能自发地从高温物体传给低温物体．
2．(多选)下列说法中正确的是(AC)
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违反能量守恒与转化定律的物理过程都是可能实现的
C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A对．第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现，B错．在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C对、D错．
3．下列说法正确的是(C)
A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性
B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流
C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
解析：热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否认以特殊方式利用能量的可能性，故A错；功和内能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的，故B错；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律．
4．根据热力学第二定律，下列判断不正确的是(A)
A．电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
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
解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能，而不产生其他影响．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能．在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体．
5．(多选)关于制冷机制冷过程的说法中，正确的是(BD)
A．此过程违反了热力学第二定律
B．此过程没有违反热力学第二定律
C．此过程违反了能量守恒定律
D．此过程没有违反能量守恒定律
解析：制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体，但必须消耗电能．热力学第二定律并不否认热量可从低温物体传给高温物体，关键是“不产生其他影响”，A错误、B正确．任何物理过程都不违反能量守恒定律，C错误、D正确．
6．(多选)下列说法正确的是(BD)
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
B．第二类永动机违背了能量转化的方向性
C．自然界中的能量是守恒的，所以不用节约能源
D．自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源
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能量转化的方向性，故B、D选项正确．
7．(多选)下列关于熵的说法中正确的是(AC)
A．熵是热力学中的一个状态量
B．熵是热力学中的一个过程量
C．熵值越大，无序程度越大
D．熵值越小，无序程度越大
解析：熵值越大，无序程度越大，而熵是状态量．
8．关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是(B)
A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小
D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大
解析：由热力学第二定律可知，A错误、B正确；由分子间作用力与分子间距的关系可知，C项错误；温度升高时，物体中分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，故D项错误．
9．(多选)如图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(BC)
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，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故C正确、D错误；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.
10．关于空调机，下列说法不正确的是(D)
A．制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体
B．制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体
C．冷暖空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体
D．冷暖空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体
解析：空调机工作时，热量可以从低温物体传到高温物体，因为这里有外界做功．
课件26张PPT。第四节 热力学第二定律考点一 热力学第二定律 栏目链接1．两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，这一过程可逆吗？
提示：不可逆．2．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到了高温物体，但是却产生了影响．
3．在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后停下来．物体的机械能全部转化为内能，使物体和地面温度升高．能不能通过降低物体和地面的温度，使物体重新运动起来呢？
提示：不能．
栏目链接
1．热力学第二定律的概念
反映自然界过程进行方向和条件的定律．
2．自然过程的方向性
(1)热传导：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，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． 栏目链接(2)机械能和内能的转化过程：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．要想将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．
(3)气体的扩散现象：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，除非使用物理或化学手段，但这必然要引起其他的变化．(4)气体向真空的膨胀：气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．若借助于抽气机就能实现，但要引起其他变化．
(5)在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都有方向性，都是一种不可逆过程．
3．第二类永动机
(1)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达100%.这种想象中的热机称为第二类永动机．
(2)第二类永动机不可能制成的原因．
尽管这类永动机不违反热力学第一定律，也不违反能量守恒定律，但由于内能全部转化为机械能不能自发地进行，所以由单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其他变化的这类永动机是不可能造成的．
4．热力学第二定律
(1)两种表述：
①克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体，或表述为，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．即热传导的过程具有方向性．
②开尔文表述：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．即机械能与内能的转化具有方向性．
(2)对热力学第二定律的理解：
①热力学第二定律的实质．
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，进一步揭示了各种物质运动形式的转化过程都具有方向性．告诫人们：第二类永动机不可能制成．热力学第二定律有多种表述形式．②定律中几个关键词的理解．
“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等．
“不引起其他变化”的含义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，不须通过第三者的帮助．这里的帮助是指提供能量等方式．
“不可能”既包括从单一热源吸收热量全部用来对外做功、热量从低温热源传到高温热源，也包括过程产生的其他变化，即不论用任何手段都不可能消除其他变化．
栏目链接例1 下列说法不正确的是( )
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
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．
答案：B
方法总结：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，其实自然界中所有的热现象都是具有单向性的．
?课堂训练
1．下列哪个过程具有方向性(D)
①热传导过程 ②机械能向内能的转化过程
③气体的扩散过程 ④气体向真空中的膨胀
A．①② B．②③
C．①②③ D．①②③④
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可知，它们都是不可逆的，具有方向性．考点二 热力学第二定律的微观实质 熵固体自发地熔化为液体，固体结晶要比液体整齐有序；液体自发地蒸发为气体，液体分子的分布比气体分子要集中有序．两种不同气体相互扩散，由有序变为无序，这些现象都说明了什么问题？
提示：自发过程总是向着无序性增加的方向进行．
栏目链接1．热力学第二定律的微观理解
(1)有序和无序：确定某种规则后，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就是无序的，无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则正好相反，有序和无序是相对的．
(2)热力学第二定律的微观解释：
①系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化．从微观上看，在通过做功使系统内能增加的过程中，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发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动．
②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，热传导具有方向性，达到热平衡后，物体内部分子热运动剧烈程度趋向一致，原来那种分子按动能大小有序分布的状态变为所有分子相同的无序状态，因此，系统的无序性增加了．(3)热力学第二定律的微观实质：
与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的．
2．熵
(1)熵的物理意义：
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)热力学系统中熵的变化：
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．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进行，不会使熵减小．
例2 (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
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，故选C、D.
答案：CD
方法总结：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，不符合确定的规则和要求的分布是无序的．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．
?课堂训练
2．(多选)关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(AC)
A．系统的总熵只能增大，不可能减小
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展解析：在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵总是增加的，它不可能减小，故A正确、B错误．根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确、D错误．第三章 热力学基础
第五节 能源与可持续发展
第六节 研究性学习 能源的开发利用与环境保护
1．知道一些常规能源．
2．知道温室效应和酸雨形成的原因、危害及防治措施．
3．了解新能源开发与利用．
1．随着社会的发展，能源消耗使自然资源锐减，且使许多环境因素改变，能源和环境是人类面临的两大问题．
2．常规能源——煤、石油、天然气的使用使大气中的污染物质超出正常含量，引起空气质量恶化，危害生态环境，产生的主要危害有“光化学烟雾”、温室效应和酸雨．
3．温室效应是人类过多地排放二氧化碳，干扰了地球的热量平衡造成全球变暖，它会引起海平面上升、气候变化和疾病增多．控制的对策首先是通过调整能源结构，控制二氧化碳的排放量，具体措施是：提高能源利用率和开发新能源．
4．酸雨是人为排放的二氧化硫和氮氧化合物在降水过程中溶入雨水形成的，它的危害极大，会影响人的健康、危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑物和艺术品等．
5．因为自然界中的宏观过程具有方向性，因此能量在转化过程中，能量的可利用程度是逐渐降低的，即产生能量降退现象，常规能源都是不可再生能源，并且地球上的能源储量有限，所以人类应节约能源．
1．(多选)以下说法正确的是(AC)
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
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
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，A正确；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错误；水能是可再生能源，C正确；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错误．
2．作为新型燃料，从环保角度来看，氢气具有的突出特点是(C)
A．在自然界里存在氢气
B．氢气轻，便于携带
C．燃烧氢气污染小
D．氢气燃烧发热量高
解析：氢气燃烧生成水，所以对环境污染小．
3．你认为下列能源中，最适合作为未来能源的是(A)
A．太阳能 B．风能
C．柴薪能源 D．潮汐能
4．(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是(BC)
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等燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，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．
5．“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(C)
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
解析：由能源的分类及各能源的特点，三种不同分类方法中的公共部分为太阳能、风能、生物质能，故C项正确．
6．下列叙述中不正确的是(B)
A．市区禁止摩托车通行是为了提高城区空气质量
B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏
C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因
D．“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一
解析：城市的空气污染一方面来自工业，另一方面来自机动车尾气的排放；氟是促使臭氧分解的催化剂，所以无氟冰箱的使用会降低对臭氧层的破坏；二氧化碳的性质决定了它能引起温室效应，现在大气中二氧化碳的浓度日益增大；由于塑料极难分解，所以“白色污染”成了当前环境保护的重大问题之一．
7．(多选)下面关于能源的说法中正确的是(BC)
A．一切能源是取之不尽，用之不竭的
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
解析：尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源．A错、B对．常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大．C对、D错．
8．关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的(B)
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
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．
9．(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(BD)
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发利用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
解析：能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，A、C错，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确．
10．某地的平均风速为v＝5 m/s，已知空气密度是ρ＝1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为R＝12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？
解析：设在Δt时间内，有质量为m的空气通过该圆面，则：
m＝ρV＝ρSvΔt＝ρπR2vΔt，
这些空气的动能为Ek＝mv2＝ρπR2v3Δt，
所以功率为：P＝＝＝3.4 kW.
答案：3.4 kW
课件21张PPT。第五节 能源与可持续发展
第六节 研究性学习 能源的开发利用与环境保护考点一 能源与环境 栏目链接你知道产生温室效应和酸雨的主要污染物是什么吗？
提示：产生温室效应的污染物是二氧化碳，形成酸雨的主要污染物是二氧化硫和氮氧化合物． 栏目链接
1．常规能源
煤、石油、天然气．
2．常规能源对环境的影响
(1)光化学烟雾：
排入大气中的污染物在太阳紫外线照射下发生光化学效应，形成一种毒性很大的二次污染物“光化学烟雾”． 栏目链接(2)温室效应：
①形成原因：温室效应是人类过多地排放二氧化碳，干扰了地球的热量平衡造成的．
②产生的危害：温室效应会导致全球变暖，海平面上升，气候变化，疾病增多等．
③控制对策：
调整能源结构，控制二氧化碳的过量排放，具体实施可从以下两个方面进行：一是提高能源利用率，如改进设备、技术，建立节约能源的消费观等；二是开发新能源，如多使用核能、水能、太阳能、风能等．
(3)酸雨：
①含义：天然降水的pH值小于5.6的降水．
②产生原因：人为排放的二氧化硫和氮氧化合物在降水过程中溶入雨水形成的，污染物主要来自燃烧含硫的煤炭及机动车排放的废气．
③产生的危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑和艺术品等．
④防治措施：a.健全法规，强化管理，控制排放；b.发展清洁煤技术，减少燃料过程SO2的排放；c.通过改造发动机，安装汽车尾气净化器，用无铅汽油代替含铅汽油等手段，控制汽车尾气的排放．
3．能源的分类(续上表)(续上表) 栏目链接例1 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、天然气等燃料的使用，使人类获得大量能源，但是由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有粉末、一氧化碳、二氧化硫等物质污染大气，而太阳能是一种无污染的能源．
答案：D
方法总结：太阳能是一种清洁能源，不会污染环境．不会污染环境的能源还有：风能、海洋能、地热能、生物质能和氢能等．
?课堂训练
1．水力发电站的电能最终来自于(A)
A．太阳能 B．水的动能
C．水的势能 D．水的内能考点二 能量降退与节约能源流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？
提示：内能．
栏目链接1．能量降退
(1)概念：能量可利用程度降低的现象．
(2)对能量降退的理解：
①由于自然界中的宏观过程的方向性，使能量在转化过程中，可利用程度逐渐降低．
②内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部用来对外做功，总有散失到环境中的能量，这些能量很难重新利用，可利用程度很低，若用内燃机输出的机械能带动发电机发电，又有一部分机械能转化为发电机的内能，发电机温度升高，把这些内能散失到周围空间，这些弥散的能量可利用程度也很低，由此看来，能量的可利用程度是逐渐降低的．2．节约能源的原因
(1)煤炭、石油、天然气等常规能源都是不可再生能源，都存在能量降退的现象．
(2)随着生产力的飞速发展，能源的消耗急剧增长．
(3)地球上的石油、煤炭等能源储藏量有限，能源需求的成倍增长与常规能源的有限性的矛盾将不断引起能源危机．
注意：(1)能量降退并不是能量越来越少，能量仍然是守恒的，只是可利用的能量逐渐降低．
(2)能量是守恒的，不会减少，但能源是有限的，因此要节约能源．
例2 下列现象属于能量降退的有( )
A．利用水能发电转化为电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
解析：能量降退是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称为能量降退．本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等．只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新收集并加以利用，但本题没有告诉该光能用来做什么，故不能算能量降退．火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，属于能量降退．
答案：D
?课堂训练
2．关于能源的开发和利用，下列观点不正确的是(B)
A．能源是有限的，无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．在对能源进行开发和利用的同时，必须加强对环境的保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的主要途径解析：能量是守恒的，但由于能量降退，使得能利用的能源越来越少．章末小结
1．对于一定质量的物体(或系统)，有(C)
A．吸热物体的温度一定会升高
B．只要气体的体积、温度变化，则气体的内能一定改变
C．外界对系统做功，系统内能可能不变
D．物体温度不变，则其内能一定也不变
解析：物体的内能是否改变在于系统吸热和做功的总和，所以A、D均错；物体的体积和温度改变，不能确定其内能是否改变，故B错．
2．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有(A)
A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2
C．W1＝W2 D．Q1>Q2
解析：因为该气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以内能没有变化．ΔU＝0，根据热力学第一定律可知W1－W2＋Q1－Q2＝ΔU＝0，即Q1－Q2＝W2－W1，故A正确．
3．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)
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，内能减少
解析：气体膨胀，体积增大对外做功；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于是绝热过程，故气体内能减少，气体温度降低，分子的平均动能减小．
4．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中(D)
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
解析：绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功W＜0.由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小．
5．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(如图甲)，现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是(C)
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：理想气体在绝热的条件下，向真空做自由膨胀的过程是一个既与外界没有热交换，又没有对外做功的过程，根据热力学第一定律可以确定气体的内能不变，而理想气体的分子势能为零，即分子动能不变，温度不变．
6．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块．对此过程，下列说法中正确的是(A)
A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量
B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能
C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能
D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和
解析：对木块由动能定理可判断出选项A正确，子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D均错，故选A.
7．关于热力学定律，下列说法正确的是(B)
A．在一定条件下物体的温度可以降到0 K
B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C．吸收了热量的物体，其内能一定增加
D．压缩气体总能使气体的温度升高
解析：绝对零度0 K只能无限接近，不可能达到，A错误；根据热力学第二定律，物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，但要引起其他变化，B正确；由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W知做功和热传递都可以改变内能，单凭一方面无法判断物体内能的改变．C、D错误．
8．(多选)根据热力学第一定律，下列说法正确的是(AB)
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：电冰箱的工作过程表明，压缩机工作，热量可以从低温物体向高温物体传递，选项A正确．空调机在制冷过程中，压缩机工作，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，选项B正确．根据热力学第一定律，科技的进步不可以使内燃机成为单一热源的热机，选项C错误．对能源的过度消耗将使自然界的可以被利用的能量不断减少，形成能源危机，而自然界的能量是守恒的，选项D错误．
9．下列关于热现象的描述正确的是(C)
A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%
B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
解析：根据热力学定律，热机的效率不可以达到100%，选项A错误．做功是通过能量转化的方式改变系统内能，热传递是通过内能在不同物体之间的转移的方式改变系统内能，选项B错误．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，选项C正确．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动是有规律的，选项D错误．
10．(多选)图为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L水，上部密封1 atm的空气0.5 L保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 L．设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有(AC)
A．充气后，密封气体压强增加
B．充气后，密封气体的分子平均动能增加
C．打开阀门后，密封气体对外界做正功
D．打开阀门后，不再充气也能把水喷光
解析：由pV＝nRT知充气后，当V、T不变时，n增加，密封气体压强增加，选项A正确．充气后，由于温度不变，密封气体的分子平均动能不变，选项B错误．打开阀门后，密封气体对外界做正功，选项C正确．由于桶内只有1 atm的空气0.1 L＋0.5 L＝0.6 L．小于容积2 L，所以需要再充气才能把水喷光，选项D错误．
章末过关检测卷(三)
第三章 热力学基础
(测试时间：50分钟 满分：100分)
一、选择题(每小题5分，共55分)
1．把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，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(B)
A．做功可以升高物体的温度
B．做功可以改变物体的内能
C．做功一定可以增加物体的内能
D．做功可以增加物体的热量
解析：当快速下压活塞时，对空气做功，改变了气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来．故B正确．
2．下列说法正确的是(B)
A．若两物体接触但没有传热，则两物体所包含的热量相等
B．做功和传热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
解析：两物体没有发生传热是因为两物体温度相等，A错误；做功和传热都是改变物体内能的方式，B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，也可能是对物体做了功，C错误；高温物体分子的平均动能大，但内能不一定大，D错误．
3．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞，用打气筒通过气针慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后(C)
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
解析：胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功，W<0.由于没时间进行热交换，Q＝0，由ΔU＝W可知内能减小．内能等于物体内所有分子动能与势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动能减小，所以温度降低，故C正确．
4．下列说法中错误的是(A)
A．核能是一种常规能源
B．煤、石油、天然气叫做常规能源
C．大量消耗常规能源产生了“温室效应”
D．燃烧煤炭时生成的二氧化硫使雨水酸度升高，形成酸雨
5．如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的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，气体达到平衡态，经过此过程(D)
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
解析：以活塞为研究对象，设气体压强为p1，活塞质量为m，截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹>mg＋p1S，由题意可得末态位置必须高于初态位置，否则不能平衡，则由ΔU＝W(绝热)．W为正，ΔU必为正，温度升高，内能增加，活塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知F弹′＝mg＋p2S，仍然具有一部分弹性势能，D正确．
6．(多选)电冰箱的制冷设备是用机械的方式制造人工低温的装置，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，实现制冷作用，那么下列说法中正确的是(BC)
A．打开冰箱门让压缩机一直工作，可使室内温度逐渐降低
B．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量
C．在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量
D．电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律
解析：电冰箱工作过程中，消耗电能的同时部分电能转化为内能，故室内温度不可能降低，选项A错误；制冷剂在内管道膨胀吸热，在外管道被压缩放热，选项B、C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律，选项D错误．
7．(多选)如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，关于这一现象的描述，下列说法正确的是(暴晒过程中内胎容积几乎不变)(BD)
A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果
B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大
C．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加
D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少
解析：这是一个等容变化，温度升高，压强增大，在车胎爆裂的瞬间，气体对外做功，内能减少，故选项B、D正确．
8．一木块沿斜面向下滑，下列说法正确的是(D)
A．不管斜面是否光滑，下滑过程中重力对木块做了功，它的内能将增大
B．若斜面光滑且不计空气阻力，木块滑到斜面底部时，速度增大，内能也将增大
C．若斜面粗糙，木块在重力作用下虽速度增大，但它的内能并不改变
D．若斜面粗糙，木块的机械能减小，而它的内能将增大
解析：斜面光滑且不计空气阻力时，木块下滑过程中机械能守恒，内能不变；斜面粗糙，木块下滑时要克服摩擦力做功，故木块的机械能减小，由能量守恒定律它的内能将增大．D正确．
9．(多选)关于物体内能，下列说法中正确的是(BC)
A．相同质量的两个物体，升高相同的温度内能增量一定相同
B．在一定条件下，一定量0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减小
C．一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小
D．一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减小
解析：升高相同的温度，分子的平均动能增量相同，而物体的内能是物体内所有的分子的动能和势能的总和．分子的平均动能增量相同，分子数不同，分子的势能也不一定相同，所以内能增量一定相等是不正确的，即A错.0 ℃水变成0 ℃冰，需放出热量，因温度不变，所以分子的平均动能不变，分子的势能就必须减小，因而内能就一定减少，即B正确．一定质量的气体体积增大，气体对外做功，又因不吸热不放热，所以，内能一定减少，即C正确．一定量气体吸热但体积不变，即不对外做功，外界也不对气体做功，内能一定增加，即D错．
10．(多选)如图所示，水平固定不动、导热性能良好的气缸内用活塞封闭着一定质量的空气，外界温度恒定．一条细线的左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后连接在一个小桶上，开始时活塞静止．现在不断向小桶中添加细砂，使活塞缓慢向右移动(活塞始终未被拉出气缸)．忽略气体分子间的相互作用，则在活塞移动过程中，下列说法正确的是(BD)
A．气缸内气体分子的平均动能变小
B．气缸内气体的压强变小
C．气缸内气体向外放出热量
D．气缸内气体从外界吸收热量
解析：将活塞作为研究对象有p0S＝pS＋T.向小桶中添加细砂时，拉力T增大，则p减小，B正确，因活塞缓慢移动，又气缸导热性能良好，则气体温度不变，内能不变，分子的平均动能不变，A错，向右移动时气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸热，D对、C错．
11．(多选)下列过程中，可能实现的是(BC)
A．将海水温度自动下降时释放的内能全部转变为机械能
B．利用海洋不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能变为机械能
C．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
二、填空题(12题每空2分，13题每空3分，共15分)
12．一定质量的理想气体，在升温膨胀对外做功的过程中，分子的平均动能________，气体的内能________，因而伴随着________ 过程．
解析：温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子的平均动能增大；理想气体的内能是由温度唯一决定，所以温度升高，内能增加；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，结合符号法则及其物理意义，则气体要吸热．
答案：增大 增加 吸热
13．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功1.7×105 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程中气体________(填“吸收”或“放出”)的热量是________ J．此后，保持气体压强不变，升高温度，气体对外界做了5.0×105 J的功，同时吸收了6.0×105 J的热量，则此过程中，气体内能增加了________ J.
解析：根据热力学第一定律得：W＝1.7×105 J，ΔU＝－1.3×105 J，代入ΔU＝W＋Q可得，Q＝－3.0×105 J，Q为负值，说明气体要放出热量，放出的热量为3.0×105 J；同理W＝－5×105 J，Q＝6×105 J，ΔU＝W＋Q＝1.0×105 J，即内能增加了1.0×105 J.
答案：放出 3.0×105 1.0×105
三、计算题(14题15分，15题15分，共30分)
14．铅弹以速度v＝200 m/s射入木块后停在木块中，木块没有移动．增加的内能的80%使铅弹的温度升高，铅弹温度升高多少？[c铅＝0.13×103 J/(kg·℃)]
解析：铅弹在射入木块的过程中，子弹克服阻力做功，机械能减少，子弹刚好静止时，机械能已完全转化为内能．
铅弹在射入木块的过程中：W＝ΔU＝mv2①
对铅弹：80%×ΔU＝c铅mΔt②
由①②两式得：Δt＝＝ ℃≈123 ℃.
所以铅弹温度升高123 ℃.
答案：123 ℃
15．在一个横截面积S＝3×10－2 m2的圆筒内装有质量m＝0.6 kg的水，被太阳光垂直照射t＝2 min后，水温升高1 ℃，设大气层的太阳能只有η＝45%到达地面，不计容器的吸热和散热损失，试估算太阳的全部辐射功率．(保留一位有效数字，设太阳与地球之间的平均距离d＝1.5×1011 m，水的比热c＝4.2×103 J/kg·℃)
解析：设太阳的全部辐射功率为P，则在两分钟内太阳向外辐射的能量Q＝Pt，则由题意可知
＝cmΔt，
所以P＝＝4×1026 W.
答案：4×1026 W
