1 功和内能
主动成长
夯基达标
1.用下列方法改变物体的内能，属于做功的方式是（ ）
A.搓搓手会感到手暖和些 B.汽油机汽缸内的气体被压缩
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，不是外力.
答案:ABC
2.说出下列过程中是什么能量转化为内能
（1）物体沿粗糙斜面下滑（ ）
（2）电源变压器发热（ ）
（3）汽油机内气体燃烧后变成高温气体（ ）
（4）车刀切下炽热铁屑（ ）
解析：物体沿粗糙斜面下滑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能；（2）电流做功，电能转化为内能；（3）气体燃烧，化学能转化为内能；（4）车刀切下铁屑时车刀做功使机械能转化为内能.
答案:（1）机械能 （2）电能 （3）化学能 （4）机械能
3.金属制成的汽缸中装有柴油和空气混合物，可能使柴油达到燃烧点的过程是（ ）
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：物体内能的改变有两种方式，做功和热传递，而且两者是等效的.迅速向里推活塞，外界对气体做功，而且没来得及向外散热，内能增加温度升高，如果达到燃点即点燃，故A正确.迅速向外拉活塞气体对外做功，内能减小，温度降低，故B错.缓慢向里推活塞，外界对气体做功，但由于缓慢推，可充分与外界进行热交换，无法确定温度情况，故C错.同理D错.正确答案是A.
答案:A
4.关于内能和机械能，下列说法中正确的是（ ）
A.机械能很大的物体，其内能一定很大 B.物体机械能损失时，内能可能增加
C.物体内能损失时，机械能必然会减少 D.物体机械能为零时，内能可以不为零
解析：内能和机械能是两个不同的概念，其大小无必然联系，但可相互转化，故A、C选项错误，B、D选项正确.
答案:BD
5.物体内能的大小（ ）
A.只与温度有关 B.只与质量有关
C.只与状态有关 D.与温度、体积都有关
解析：本题很容易漏掉选项C，其实，选项C就是在热力学中定义的系统内能，所以C选项当然是正确的；而系统的温度、体积都属于系统状态的某些因素，这些因素变化时，系统的内能也要变化，所以选项D也正确，而选项A、B不正确.
答案:CD
6.关于温度的概念，下述说法中正确的是（ ）
A.温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则分子的平均动能大
B.温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大
C.某物体当其内能增大时，则该物体的温度一定升高
D.甲物体的温度比乙物体高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大
解析：温度是分子平均动能的标志，物体温度高，分子的平均动能大；分子平均动能是大量分子的统计结果，温度升高，速率大的分子数占总分子数的百分比增大，并不是每个分子的速率都增大，故A项正确，B项错误；物体内能增大时，温度不一定升高，如：一定质量的水汽化成同温度的水蒸气，温度不变，但内能增大了，C项错误；甲物体的温度高只能说明甲物体分子的平均动能大，由于两种物质的分子质量可能不同，故不能说甲物体的分子平均速率大于乙物体的分子平均速率，故D选项错误.
答案:A
7.一绝热容器内封闭着一些气体，容器在高速运输途中突然停下来，则（ ）
A.因气体温度与机械运动的速度无关，故容器中温度不变
B.因容器是绝热的，故容器中气体温度不变
C.因容器突然停止运动，气体分子运动的速度亦随之减小，故容器中温度降低
D.容器停止运动时，由于分子和容器壁的碰撞，机械运动的动能转化为分子热运动的动能，故容器中气体温度将升高
解析：容器停止过程中，分子与容器壁碰撞，容器对分子做功，使容器的部分动能转化成分子热运动动能，故气体温度升高.
答案:D
8.下列叙述中正确的是（ ）
A.物体的内能与物体的温度有关、与物体的体积无关
B.物体的温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈
C.物体体积改变，内能可能不变
D.物体在压缩时，分子间存在斥力，不存在引力
解析：物体内能是物体内所有分子动能和势能的总和，因为分子的动能与温度有关，而分子势能与体积有关，故内能与温度和体积都有关系，A不正确；温度越高，分子平均动能越大，平均速率越大，即无规则热运动越激烈，所以B正确；物体体积改变时，分子动能和势能如果同时变化，并且其一增加，另一减少，且增加量与减少量相等时，内能不变，故C正确；物体被压缩时，分子间同时存在引力和斥力，但表现为引力，故D错误.
答案:BC
9.下列说法正确的是（ ）
A.温度低的物体内能小
B.温度低的物体分子的平均动能小
C.温度低的物体内分子运动的平均速率小
D.物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大
解析：温度是分子平均动能的标志，一个温度低的物体与温度高的物体相比，能够确定的就是其分子的平均动能一定小，故B答案正确，而物体的内能既包括分子动能又包括分子势能，故A不正确；分子的平均动能小，分子的平均速率不一定小，因为不同分子的质量也不相等，故C不正确；物体速度变大，物体的动能变大，但只要温度不变，物体内分子的平均动能就不变，故D不正确.本题答案为B.
答案:B
10.如图10-1-1所示容器中A、B各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带阀门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（ ）
图10-1-1
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
解析：打开阀门，重力对水做功，此系统绝热，水的内能增加.
答案:D
11.物体在水平面上运动，速度由9 m/s减少到7 m/s的过程中，减少的动能全部转化为物体的内能，如果物体继续运动，又有一些动能全部转化为上述等量的内能，这时物体的速度是__________ m/s.
解析：物体由9 m/s减少到7 m/s，摩擦力做的功Wf=ΔEk=×32 J，即内能减少×32 J.要使物体又有相等的动能转化为内能，设末速度为v，有
答案:
12.斜面高0.6 m，倾角为37°，质量是1.0 kg的物体由顶端从静止滑至底端，已知动摩擦因数为μ=0.25,g取10 m/s2.
求：（1）物体到达底端时的速度.
（2）滑行过程中有多少机械能转化为内能.
解析：（1）由动能定理得：WG+Wf= mgh-μmgcosθ·L=，
（2）摩擦力做的功等于机械能的减少，全部转化为内能
ΔE=Wf=μmgcosθ·L=0.25×1×10×0.8×1 J=2 J
答案:(1) (2)ΔE=2 J
走近高考
13.(2005四川高考，19)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（ ）
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，体积增大，气体对外做功，内能减少，分子平均动能减少.
答案:D
14.(2004,广东高考，8)如图10-1-2所示，密闭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（弹簧处于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（ ）
图10-1-2
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：当绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，对气体做功，静止时，弹簧伸长了一些，但弹簧仍处于被压缩状态，根据能量守恒定律可知，应选择D.
答案:D
15.(2004江苏高考，5)甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器气体的压强分别为p甲、p乙，且p甲＜p乙，则（ ）
A.甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度
B.甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度
C.甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能
D.甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能
解析：质量相等的同种气体装在相同容器中，说明两种气体的体积相同，则两种气体分子的密集程度相同，由于p甲＜p乙，一定是乙容器中分子热运动比甲容器中气体分子热运动剧烈，则乙容器中气体的温度高于甲容器中气体的温度，所以B正确，A错误；由于乙容器中气体的温度高于甲容器中气体的温度，则乙容器中气体分子的平均动能大于甲容器中气体分子的平均动能，所以C正确，D错误.
答案:BC
16.如图10-1-3所示，固定在水平面上的气缸内，用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸间无摩擦且和周围环境没有热交换.当用一个水平恒力F向外拉动活塞时，下列叙述正确的是（ ）
图10-1-3
A.由于没有热交换，气缸内气体的温度不变
B.由于拉力对活塞做正功，气体的温度升高
C.由于气体体积变大，所以气体内能增加
D.由于气体膨胀对外做功，所以气体内能减少
解析：分析题意得：拉力对气缸做正功，增加了气缸的机械动能，而不是分子的平均动能，相反，拉动活塞，气体膨胀对外做功，所以内能会减少，所以选项A、B、C都是错误的，选项D正确.
答案:D
1 功和内能
课后集训
基础过关
1.关于物体的内能,以下说法正确的是( )
A.晶体熔解过程中,内能不变
B.温度相同,质量也相同的同种物质的内能一定相同
C.物体的机械能越大,内能也一定越大
D.机械能为零的物体,内能不一定为零
解析：晶体熔解过程，分子动能不变，但分子势能增大，其内能应增大，故A选项错误，B选项亦错误.物体的内能和机械能是不同的两种形式的能，它们的大小没有直接关系，故C选项错，D选项正确.
答案:D
2.下列说法中正确的是( )
A.物体自由下落时速度增大,所以物体内能也增大
B.物体的机械能为零时内能也为零
C.物体的体积减小温度不变时,物体内能一定减小
D.运动的汽车紧急刹车,汽车最终停下来.摩擦力做了多少功，内能就增加多少
解析：物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定.分子动能不可能为零(温度不可能达到绝对零度)，而物体的动能可能为零.所以A、B不正确.物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，所以C也不正确.运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来.摩擦力做了功要生热，使物体的内能增加，所以D正确.
答案:D
3.指出下面例子中哪些是通过做功过程改变物体内能的( )
A.铁丝在酒精灯火焰上灼烧变热
B.铁丝来回弯折几下会变热
C.陨石进入大气层后会逐渐变成火红球体
D.陨石落在地球上后又逐渐恢复本来颜色
解析：铁丝灼烧变热是热传递改变物体内能，A错，铁丝来回弯折做了功，铁丝内能增加，故B选项正确，陨石进入大气层克服空气阻力做功内能增加，故C选项正确，陨石落地后降温放热内能减少，故D选项错误.
答案:BC
4.在光滑的水平面上有一个木块保持静止状态，子弹水平射穿木块，则下列说法中正确的是( )
A.做功使木块内能改变
B.子弹损失的机械能，等于木块增加的机械能
C.子弹损失的机械能，等于木块增加的机械能与内能的总和
D.子弹与木块组成的系统总机械能守恒
解析：子弹射穿木块的过程中，系统要克服摩擦阻力做功，机械能转化为内能，故A正确，D错误.据能量守恒，子弹损失的机械能，一部分转变为内能，另一部分传递给木块，故B错，C对.
答案:AC
5.下列关于物体机械能和内能变化的说法中正确的是( )
A.物体沿斜面匀速下滑的过程中,机械能和内能均减少
B.物体在外力作用下沿粗糙斜面匀速上滑的过程中，机械能和内能均增加
C.物体以某一初速度沿光滑斜面上滑的过程中，机械能和内能都减少
D.物体沿光滑斜面加速下滑的过程中，机械能和内能都增加
解析：物块沿斜面匀速下滑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，故A错误，物体沿斜面匀速上升，机械能增大，克服摩擦力做功，其内能也增加，故选项B正确.物体沿光滑斜面上滑或下滑过程,机械能保持不变，内能也不变，故C、D均错误.
答案:B
综合运用
6.物体在水平面上运动，速度由 9 m/s 减少到 7 m/s 的过程中，减少的动能全部转化为物体的内能，如果物体继续运动，又有一些动能全部转化为上述等量的内能，这时物体的速度是多大？
解析：物体由9 m/s减少到7 m/s，摩擦力做的功Wf=ΔEk=m×32 J即内能减少m×32 J
要使物体又有相等的动能转化为内能，设速度为v，有
mv2-m×72=m×32
v=
答案:
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？
解析：连续踏下启动摇杆，活塞不断压缩汽缸里的气体做功，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.
答案:见解析
8.斜面高0.6 m，倾角为37°，质量是1.0 kg的物体由顶端从静止滑至底端，已知动摩擦因数为μ=0.25，g取10 m/s2.
求：(1)物体到达底端时的速度.
(2)滑行过程中有多少机械能转化为内能.
解析：(1)由动能定理得：WG+Wf=mv2
mgh-μmgcos·L=mv2 v=
(2)摩擦力做的功等于机械能的减少，全部转化为内能
ΔE=Wf=μmgcos·L=0.25×1×10×0.8×1 J=2 J
答案:(1) (2)2 J
9.有一充足气的气球，用手捧住气球的球身(握紧)，当将开口打开，气体迅速放出的过程中，手会有什么样的感觉？试着做一做，验证你的猜想是否正确？
解析：气球迅速放出气的过程中，手会感到凉，这是因为气体从气球中放出的过程中，气体膨胀，对外做功，内能要减少，温度降低，所以手会感到凉.
答案:见解析
10.水滴以10 m/s 的速度从30 m 高处落下，机械能减少50%，所减少的机械能的80%使水自身变热，水滴落到地上后，温度升高了__________℃(g=10 m/s2).
解析：设水滴的质量为 m
开始水滴具有的机械能为E机=mv2+mgh=×m×102 J+m×10×30 J=350m J
水滴落地后，产生的热能
E热=E机×50%×80%=140m J
设温度升高了Δt℃
则有cmΔt=E热
所以Δt==0.033℃
答案:0.033℃
2 热和内能
主动成长
夯基达标
1.下列说法中，正确的是（ ）
A.物体吸收热量，其内能必定增大
B.物体吸收热量，温度不变，体积必然增大
C.0℃水结成0℃冰，其分子势能减小，内能增大
D.0℃水结成0℃冰，其分子势能减小，内能也减小
解析：物体吸收热量，但此热量未必用以增加物体内能，它也可能转化为对外界做功，因此其内能未必增大，选项A错；一般情况下，物体吸收热量，若温度不变，即分子动能不变，则这些热量或者转化成分子势能，或者转化为对外所做的功，在这两种情况下，体积都将增大.但是，如上述所说，如果发生了相变之类的状态变化，情况将有所不同，吸收的热量可能会转化为相变潜能而体积不一定增大，选项B错；0℃水结成0℃冰，这时虽然体积增大，但由于释放了相变潜能，分子势能不是增大而是减小了，因此内能不是增大而是减小了，选项C错.
答案:D
2.在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是（ ）
A.电流通过电炉丝时其温度升高 B.在阳光照射下水的温度升高
C.铁锤打铁使铁块温度升高 D.在炉火上的水被烧开
解析：选项A是电流做功改变物体内能，C是铁锤做功改变物体的内能，故选项A、C错，选项B、D均为热传递改变物体的内能，选项B、D对.
做功改变物体内能的实质是其他形式的能与内能之间的相互转化，而热传递改变物体内能的实质是物体内能的相互转移，这也是判断一个过程是以何种方式改变物体内能的关键.
答案:BD
3.下列说法正确的是（ ）
A.熔融的铁块化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变
B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增加
C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能
D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同
解析：本题的关键是对温度和内能这两个概念的理解，温度是分子平均动能的标志，内能是所有分子动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化.两物体温度相同时，内能可能不同，分子的平均动能相同，但由式知平均速率可能不同，故选项A错，选项D正确.最易错的是认为有热量从A传到B，肯定A的内能大，其实有热量从A传到B只说明A的温度高，但内能还要看它们的分子总数和分子势能这些因素，故选项C错.机械运动的速度增加与分子热运动的动能无关，故选项B错.
答案:D
4.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比（ ）
A.气体内能一定增加 B.气体内能一定减小
C.气体内能一定不变 D.不能确定
解析：气体的内能是由热传递和做功共同决定的，现在吸收热量和对外做功同时进行，不知道具体的数值关系，因此无法判断，所以选项D正确.
答案:D
5.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
6.如图10-2-1所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功为W1，生热为Q1；第二次让B在光滑地面上自由滑动，这次F做的功为W2，生热为Q2，则应有（ ）
图10-2-1
A.W1＜W2，Q1=Q2 B.W1=W2，Q1=Q2
C.W1＜W2，Q1＜Q2 D.W1＞W2，Q1＜Q2
解析：解决本题的关键是找出相对位移，再由公式求热量.公式Q=f·l是由能量守恒守律推导而来的.因此，也可以根据能量守恒，通过求其他形式的能量的减少量来间接求内能的增加量.设B板长为L,A、B间摩擦力为f，当B固定时，W1=FL，Q1=fs相=fL；当B不固定时，如图11由于A对B有摩擦力使B向右移sB，则A的位移为（L+sB），所以W2=F（L+sB），Q2=fs相=fL，选项A正确.
图11
答案:A
7.如图10-2-2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两球用同一材料制作，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10-2-2
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球膨胀时对外做功多，因此B球吸收热量多.利用球体体积的变化从而找到做功关系，是本题解决的关键所在，也是本题的创新之处.
答案:B
8.下列关于物体的温度、内能和热量的说法中正确的是（ ）
A.物体的温度越高，所含热量越多
B.物体的内能越大，热量越多
C.物体的温度越高，它的分子热运动的平均动能越大
D.物体的温度不变，其内能就不变化
解析：组成物体的所有分子热运动的动能与分子间势能的总和，叫做物体的内能，它与物体分子热运动的能量状态相对应.内能变化将伴随着做功过程或热传递过程，热量只是热传递过程中表征内能变化多少的物理量，因此，不存在物体含热量多少的概念.
温度是物体大量分子无规则运动平均动能的宏观标志，温度越高表明分子平均动能越大.因此，选项C是正确的.一个物体的温度不变，仅表明它的分子热运动的平均动能没有变化，但是，分子间的势能有可能变化，即内能有可能变化，如晶体熔解过程，温度不变，所吸收的热量用来增加分子间的势能.因此，选项D不正确.
答案:C
9.若对物体做1 200 J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3 000 J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.
解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此用做功方式使物体温度升高3℃，如用吸热方式，也使温度升高3℃应吸收1 200 J的热量.
如对物体做功3 000 J，温度升高5℃，而物体温度升高5℃，需要的功或热量应为ΔE.
1 200 J=cm×3
ΔE=cm×5
故ΔE=2 000 J
因此物体应放出1 000 J的热量.
答案:1 200 放出 1 000
10.重1 000 kg的气锤从2.5 m高处落下，打在质量为200 kg的铁块上，要使铁块的温度升高40℃以上，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击铁块时做的功有60%用来升高铁块的温度［取g=10 m/s2,铁的比热c=0.46 J/(g·℃）］.
解析：当气锤下落到刚接触铁块时刻的动能
Ek=mgh=103×10×2.5 J=2.5×104 J
由动能定理得，气锤撞击铁块所做的功
W=Ek-0=2.5×104 J
使铁块温度升高40 ℃所需热量
Q=cmΔt=0.46×200×103×40 J
=3.696×106 J.
设气锤落下n次，才能使铁块温度升高40℃，则由能量守恒定律得n·Wη=Q
=246.4次.
所以气锤至少落下247次，才能使铁块温度升高40℃以上.
答案:247次
11.太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4 kW,今要用凹面镜制成太阳灶烧水，并要使初温为20℃,质量为5 kg的水在1 200 s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？（设太阳灶的总效率为50%）
解析：设凹面镜的直径为d，在t=1 200 s内太阳辐射到凹面镜的能量
E=Pt·S=×3.14d2×1 400×1 200=1.318 8×106d2
根据能量守恒可知 50%E=cmΔt
1.318 8×106d2×50%=4.2×103×5×(100-20)d=1.6 m.
答案:1.6 m
12.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0.1 m2的面盆盛6 kg的水，经太阳光垂直照射5 min，温度升高5℃、若地表植物接收太阳光的能力与水相等，试计算：
（1）每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少？
（2）若绿色植物在光合作用中要吸收1 kJ的太阳能可放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少L的氧气？（1公顷=104 m2)
解析：(1)0.1 m2,5 min吸收太阳能为
E=cmΔt=4.2×103×6×5 J=1.26×105 J
所以每平方米每秒吸收太阳能E′=4.2×103 J.
(2)每公顷每秒吸收太阳能
E=4.2×103×104 J=4.2×107 J.
故放出氧气：×0.05 L=2 100 L.
答案:(1)4.2×103 J (2)2 100 L
走近高考
13.(2006四川高考，19)对一定质量的气体，下列说法中正确的是（ ）
A.温度升高，压强一定增大 B.温度升高，分子热运动的平均动能一定增大
C.压强增大，体积一定减小 D.吸收热量，可能使分子热运动加剧、气体体积增大
解析：温度升高，由于不知体积如何变化，不能确定压强是否增大，选项A错；同理选项C错；温度是分子热运动平均动能的标志，选项B对；吸收热量时分子热运动加剧和体积增大都是可能的，选项D对.
答案:BD
14.(2004北京高考，1)下列说法正确的是（ ）
A.外界对气体做功，气体的内能一定增大
B.气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C.气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大
D.气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大
解析：做功和热传递是改变物体内能的两种方式，A、B两选项的错误在于只强调了问题的一方面，而忽略了另一方面，故选项A、B错；据温度是分子热运动平均动能的标志知，选项C错，选项D对.
答案:D
2 热和内能
课后集训
基础过关
1.质量相同的铝块和铜块，它们的初始温度相同，吸收相同的热量后接触，已知铝的比热容大，则发生热传递情况是( )
A.热量由铜块传给铝块 B.热量由铝块传给铜块
C.两者之间不发生热传递 D.无法判断热传递的方向
解析：Q=cmΔt，由于C铝＞C铜.故铝块温度升高得少，即吸热后铝的温度低于铜的温度，因此两者接触，热量应从铜传给铝.
答案:A
2.关于热量的说法，下述正确的是( )
A.温度高的物体，含有的热量多
B.热量就是内能
C.热量是从内能多的物体传递到内能少的物体，直到两物体的内能相等为止
D.物体吸收热量或放出热量可以改变物体的内能
解析：因热量是过程量，故选项A、B均错误.热量是从高温物体传到低温物体的内能,故C选项错误.本题正确选项为D.
答案:D
3.下列关于物体的温度、内能和热量的说法中正确的是?( )
A.物体的内能越大，温度越高
B.物体的内能越大，热量越高
C.物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大
D.物体的温度不变，其内能就不变化
解析：物体的内能，与物体的质量、状态、温度、体积等都有关系，故A、D选项均错.热量是过程量,内能是状态量，故选项B错.温度决定了分子的平均动能.故选项C正确.
答案:C
4.关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是( )
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量的量度
解析：热量是热传递过程中内能转移的量度，热传递过程中，温度高的物体内能减小，温度低的物体内能增加，而内能与物体的温度、体积、质量、状态等因素有关.故选项ABC均错误，D正确.
答案:D
5.对温度的描述，正确的有( )
A.温度的高低是由人的感觉决定的
B.分子平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高
C.物体的内能较大，则温度较高
D.分子的平均动能越大，物体的温度越高
解析：温度是物体分子平均动能的标志，由于E=mv2不同物质分子质量不同，即使温度相同，分子平均速率也不同.物体的内能由多个因素决定，物体内能大，温度不一定高.故本题正确选项选D.
答案:D
综合运用
6.做功和热传递是两个不同的物理过程，但在改变物体内能上是等效的.从能的角度看做功的过程是________和________之间发生相互转化，热传递是________在物体间的相互转移.
答案:其他形式的能、内能 内能
7.若对物体做1 200 J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3 000 J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.
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1 200 J的热量.
如对物体做功3 000 J，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃，需要的功或热量应为ΔE.
1 200 J=cm×3
ΔE=cm
∴ΔE=2 000 J
因此物体应放出1 000 J的热量.
答案:1 200 放出 1 000
8.(1)跳绳是一种健身运动，设某运动员的质量是50 kg，他1 min跳绳180 次，假定每次跳跃中，脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的2/5，则该运动员跳绳时克服重力的平均功率是多少？(g取10 m/s2)
(2)若1 mol的葡萄糖完全氧化后，放出的能量总共有2 870 kJ，其中有25kJ左右的能量储存在ATP中，生成38个分子ATP，其余的能量都以内能的形式散失掉了.试求参加比赛的运动员在1 min内消耗的葡萄糖是多少？(葡萄糖的摩尔质量是0.18 kg)
解析：(1)一分钟跳180次，每次包括两部分，其中2/5着地时间，3/5空中时间.重心起跳到最高点下落为自由下落运动，时间为1/10 s，由v=gt得，v=1 m/s，起跳动能mv2=25 J，每秒Q=75 J，人脚作用时间为0.4 s，P=187.5 W.
(2)1 mol的葡萄糖完全氧化后能量储存在ATP中，用于对外做功，1 min内人获得的能量是W=Pt=11 250 J，n=8.96×10-3 mol，则m=n×180 g=1.6 g
答案:187.5 W 1.6 g
9.太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4 kW，今要用凹面镜制成的太阳灶烧水，并要使初温为20℃，质量为5 kg的水在1 200 s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？(设太阳灶的总效率为50%)
解析：设凹面镜的直径为d，在t=1 200 s内太阳辐射到凹面镜的能量
E=Pt·S=×3.14d2×1 400×1 200=1.318 8×106d2
根据能量守恒可知：50%E=cmΔt
1.318 8×106d2×50%=4.2×103×5×(100-20)
解得d=1.6 m
答案:1.6 m
10.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0.1 m2的面盆盛6 kg的水，经太阳光垂直照射5 min，温度升高5℃，若地表植物接收太阳光的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少？
(2)若绿色植物在光合作用中要吸收1 kJ的太阳能可放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少L的氧气？(1公顷=104 m2)
解析：(1)0.1 m2，5 min吸收太阳能为
E=cmΔt=4.2×103×6×5 J=1.26×105 J
所以每平方米每秒吸收太阳能E′=4.2×103 J
(2)每公顷每秒吸收太阳能
E=4.2×103×104 J=4.2×107 J
故放出氧气：×0.05 L=2 100 L
答案:4.2×103 J 2 100 L
3 热力学第一定律能量守恒定律
主动成长
夯基达标
1.在一个大气压下，1 kg 100℃的水变为1 kg 100 ℃的水蒸气的过程，下列说法中正确的是（ ）
A.内能不变，对外界做功，一定是吸热过程
B.内能增加，吸收的热量等于内能的增加
C.内能不变，吸收的热量等于对外界做的功
D.内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能的和
解析：水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10r0，体积要扩大约1 000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加内能增加.由热力学第一定律ΔU=Q+W，则Q=ΔU-W，其中W为负值，故选项D正确.
答案:D
2.对于一定质量的气体加热，气体吸收了500 J的热量，它受热膨胀的过程中对外做功300 J，气体的内能将怎样改变（ ）
A.增加800 J B.减少800 J C.增加200 J D.减少200 J
解析：由公式ΔU=W+Q可得出ΔU=-300 J+500 J=200 J.
答案:C
3.(2006江苏南京模拟)在温度均匀的水池中，有一小气泡正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中（ ）
A.气泡内的气体对外界放出热量
B.气泡内的气体与外界不发生热传递，其内能不变
C.气泡内的气体对外界做功，其内能减少
D.气泡内的气体对外界做功，同时从水中吸收热量，其内能不变
解析：气泡向上浮起的过程中体积膨胀，对外做功，由于温度不变，内能不变，一定从水中吸热.
答案:D
4.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，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.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2 C.W1=W2 D.Q1＞Q2
解析：气体状态回到原来的状态，则气体的内能不变，即ΔU=0，由热力学第一定律可得ΔU=W+Q，所以ΔU=0，W=-Q，依题意可得Q1-Q2=W1-W2，其他关系无法确定.气体状态变化时，气体做功的情况非常复杂，例如气体膨胀后再压缩到原体积，做功的代数和不一定为零.
答案:A
5.运动员跳伞后，在某一段时间内以8 m/s2的加速度下降，在该过程中（ ）
A.重力势能只转化为动能 B.机械能转化为内能
C.机械能守恒 D.系统的总能量守恒
解析：物体加速度为8 m/s2,说明物体除受重力以外还受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，但总能量守恒.
答案:BD
6.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作如何变化（ ）
A.降低 B.升高 C.不变 D.无法确定
解析：冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部致冷，把冰箱与房间看作一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，不会引起总能量的变化.但系统消耗电能增加了系统的总能量，冰箱正常工作，根据能的转化与守恒定律知，增加的系统能量转化为内能使房间的温度升高，故选B.
答案:B
7.单摆在摆动过程中，其摆动幅度越来越小，这说明（ ）
A.能量正在逐渐消失 B.动能正在向势能转化
C.机械能是守恒的 D.总能量守恒，正在减少的机械能转化为内能
解析：单摆摆动过程中，克服空气阻力做功，机械能减少，内能增大，但总能量守恒.
答案:D
8.一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问（1）物体的内能增加还是减少？变化量是多少？（2）分子的势能是增加还是减少？（3）分子的平均动能是增加还是减少？
解析：（1）气体从外界吸收热量Q=4.2×105 J,气体对外界做功W=-6×105 J，由热力学第一定律可得ΔU=W+Q=-6×105 J+4.2×105 J=-1.8×105 J,ΔU为负，说明气体的内能减少，减少了1.8×105 J.（2）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀了，分子间的距离增大了，分子做负功，气体分子势能增加了.（3）因为气体的内能减少了，同时气体分子势能增加了，说明气体分子的平均动能一定减少了.
答案:（1）减少 1.8×105 J (2)增加 （3）减少
9.已知暖水瓶中盛有0.5 kg、25℃的水，一个学生想用上下摇晃的方法使冷水变为开水.假设每摇晃一次水的落差为15 cm，每分钟摇晃30次，不计所有热量损失，那么，他大约需要多长时间才可以把水“摇开”？［c水=4.2×103 J/(kg·℃）,g=10 m/s2］
解析：此问题中能量转化的方向是：上摇时学生消耗自身的能量通过对水做功转化为水的重力势能，下落时水的重力势能转化为动能再转化为水的内能.由于不计一切热量损失，根据水的重力势能减少量等于水的内能的增加量可求解.
设“摇开”水需时t分钟，水升温ΔT，由ΔEp减=ΔE内增=Q水吸
得30mg·Δht=cmΔT
min=7.0×103 min
即他要“摇开”水大约需要7.0×103分钟，相当于5天的时间.
答案:5天
10.用钻头在铁块上钻孔时，注入20℃的水5 kg，10 min后水的温度上升到100℃，并有1 kg的水变成水蒸气，如果钻头的功率为10 kW，则在钻头做功的过程中，有百分之几的功用来改变水和水蒸气的内能？［已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),100℃的水的汽化热L=2.3×106 J/kg］
解析：根据功率的定义，钻头做的功为W总=Pt=104×600 J=6×106 J,水和水蒸气吸热，使其内能增加为ΔU=cmΔt+Lm=〔4.2×103×5×(100-20）+1×2.3×106〕 J=4×106 J.因此，用来改变水和水蒸气的内能的功占钻头做功的百分数为
答案:67%
走近高考
11.(2005江苏高考，9)分别以P、V、T表示气体的压强、体积、温度.一定质量的理想气体，其初始状态表示为（P0、V0、T0）.若分别经历如下两种变化过程：
①从（P0、V0、T0）变为（P1、V1、T1）的过程中，温度保持不变（T1=T0）；
②从（P0、V0、T0）变为（P2、V2、V2）的过程中，既不吸热，也不放热.
在上述两种变化过程中，如果V1=V2＞V0,则（ ）
A.P1＞P2,T1＞T2 B.P1＞P2,T1＜T2
C.P1＜P2,T1＜T2 D.P1＜P2,T1＞T2
解析：从（P0、V0、T0）变到（P2、V2、T2），V2＞V0，表明对外做功，ΔU=Q+W，Q=0，ΔU＜0，则T2＜T0=T1;P0V0/T0=P1V1/T1=P2V2/T2,T1=T0,V1=V2＞V0，所以P2＜P1＜P0,选A.
答案:A
12.(2004广西高考，4)下列说法正确的是（ ）
A.外界对一物体做功，此物体的内能一定增加
B.机械能完全转化成内能是不可能的
C.将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变
D.一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
解析：本题考查热力学第一定律.由W+Q=ΔU可知ΔU由W、Q共同决定.选项A、C错误，选项D正确；机械能可以通过克服摩擦做功全部转化为内能，选项B错误.
答案:D
13.(2006天津高考，4)如图10-3-1，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，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小（ ）
图10-3-1
A.从外界吸热 B.内能增大 C.向外界放热 D.内能减小
解析：金属筒在下降过程中，水对筒的压强增大，因此气体的压强增大，气体体积减小，外界对气体做功；又水温恒定，气体内能不变，而外界对气体做了功，则气体应向外界放热，选项C正确.此题考查物体的内能和热力学第一定律.
答案:C
14.“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海.此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E′通过其他方式散失（不考虑坠落过程中发生化学反应所需的能量）.
（1）试用以下各物理量的符号表示散失能量E′的公式；
（2）根据下列数据，算出E′的数值.（结果保留两位有效数字）坠落开始时，空间站的质量m0=1.17×105 kg；
轨道距地面的高度为h=146 km;
地球半径R=6.4×106 m；
坠落空间范围内重力加速度取g=10 m/s2;
入海残片的质量为m=1.2×104 kg;
入海残片的温度升高Δt=3 000 K；
入海残片的入海速度为声速v=340 m/s;
空间站材料每千克升温1 K平均所需能量C=1.0×103 J；
每销毁1 kg材料平均所需能量μ=1.0×107 J
解析：本题以社会关注的“和平号”空间站坠落事件为背景，考查综合应用牛顿运动定律、能量守恒定律解决实际问题的能力.通过建模计算空间站初态机械能总量，分析坠落过程中的能量转化并应用能量守恒观点列出方程是解答本题的关键.应用能量守恒定律解决物理问题时，应弄清物理过程和状态，分析参与转化的能量有哪几种，哪些增加，哪些减少，然后由守恒观点列出方程.
（1）根据题给条件，从近圆轨道到地面的空间范围内重力加速度g=10 m/s2,若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的重力势能为Ep=m0gh ①
以v表示空间站在近圆轨道上的速度，由牛顿定律可得
②
其中，r为轨道半径，则r=R+h ③
由②③式可得空间站在近圆轨道上的动能为
④
由①④式得，近圆轨道上空间站的机械能为
E=Ep+Ek= ⑤
在坠落过程中，用于销毁部分所需的能量为
Q汽=（m0-m)μ ⑥
用于残片升温所需的能量
Q残=cmΔt ⑦
残片动能为
E残= ⑧
以E′表示其他方式散失的能量，由能量守恒得
E=Q残+Q汽+E残+E′ ⑨
由此得E′=m0g〔〕-（m0-m)μ--cmΔt ⑩
(2)将数据代入⑩，得E′=2.9×1012 J.
答案:(1)E′=-(m0-m)μ--cmΔt (2)2.9×1012 J
3 热力学第一定律能量守恒定律
课后集训
基础过关
1.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比( )
A.气体内能一定增加 B.气体内能一定减小
C.气体内能一定不变 D.气体内能是增是减不能确定
解析：根据热力学第一定律ΔU=Q+W，一定量气体内能的变化与外界对气体做功(或气体对外界做功)、气体从外界吸热(或向外界放热)两个因素有关.当气体既从外界吸热又对外界做功时，其内能的变化有三种可能：当Q＞W时，内能增加;当Q=W时，内能不变；当Q＜W时，内能减小，故选项D正确.
答案:D
2.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作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞、是空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力.因而物体都克服阻力做功，A项对.四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对.
答案:AD
3.下列说法中正确的是( )
A.A物体向另一个零摄氏度的B物体传递了20 J的热量，则B物体的内能是20 J
B.外界向物体传递热量时，物体的内能一定变大
C.外界对物体做的功为正时，物体的内能一定变大
D.外界对物体做的功和传递给物体的热量越多，物体的内能变化越大
解析：功和热都是过程量，做功和热传递可以使物体的内能改变，A应该是内能变化了20 J，B内能可能变化，所以A、B错误.外界对物体做的功为正时，由于该物体可能同时对外放热，物体的内能可能不变，所以C错.
答案:D
4.如图10-3-1所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙.现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中( )
图10-3-1
A.外力对乙做功；甲的内能不变 B.外力对乙做功；乙的内能不变
C.乙传递热量给甲；乙的内能增加 D.乙的内能增加；甲的内能不变
解析：以气体乙为研究对象，外力对气体乙做功，内能增加，因而气体的温度随其内能的增加而升高.B是固定的导热隔板，通过热传递，乙传递热量给甲，甲的内能增大，固定容器及可动活塞都是绝热的.以系统为研究对象，由热力学第一定律，ΔU=Q+W得Q=0,W为正值，则ΔU增大，故C选项正确.
答案:C
5.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这过程中( )
A.汽车的机械能守恒
B.汽车的动能和势能相互转化
C.汽车的机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减小
D.汽车的机械能逐渐转化为内能，总能量不变
解析：汽车沿斜坡匀速运动，说明动能不变，势能减少.减小的势能转化为内能，但总能量不变.
答案:D
综合运用
6.说出公式ΔU=Q+W中各物理量的正负值的意义.
(1)ΔU为正值时表示___________，为负值时表示___________.
(2)Q 为正值时表示___________，为负值时表示___________.
(3)W为正值时表示___________，为负值时表示___________.
答案:(1)内能增加 内能减小 (2)吸收热量 放出热量
(3)外界对气体做功 物体对外界做功
7.汽缸中的气体膨胀时推动活塞向外运动，若气体对活塞做的功是6×104 J，气体的内能减少了8×104 J，则在此过程中气体___________ (“吸收”或“放出”)的热量是___________J.
答案:放出 2×104
8.一定量的气体，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，则
(1)这些气体的内能发生了哪些变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了热量240 J，那么在返回过程中是气体对外做功，还是外界对气体做功？
解析：(1)ΔV=W+Q=-120 J+280 J=160 J 内能增加
(2)ΔV′=W′+Q′-160 J=W′-240 J
W′=80 J 外界对气体做功
答案:内能增加160 J，外界对气体做功80 J.
9.如图10-3-2所示，一个小铁块沿半径为R=0.2 m的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收.已知铁的比热容c=0.46×103 J/(kg·℃)，重力加速度g取10 m/s2.求铁块升高的温度.
10-3-2
解析：铁块滑到底部产生的内能
ΔE=mgh-mv2=1.5m J
升高温度Δt==1.3×10-3℃
答案:1.3×10-3 ℃
10.根据科学家的考察，比较一致地认为6 500万年前地球上发生的那次生物大灭绝(包括恐龙在内的占地球一半左右的生物在一瞬间消失了)是由一颗直径大约是10 km、质量是1×1012 t的小行星以20—30 km/s的速度砸至地球上而导致的.这次碰撞释放的能量相当于6×1013 t的TNT炸药爆炸所释放的能量.现在假设有一颗直径是1 km的小行星撞上了地球，请估算所释放的能量，并讨论给地球所造成的危害.
解析：由球体的体积V=知道,球的直径缩小为原来的时，其体积减小为原来的.当小行星的密度和撞击速度不变时，其质量和动能都减小为原来的，则它与地球撞击所释放的总能量相当于6×1010 t的TNT炸药爆炸所释放出的能量，这相当于6万个八级大地震的破坏力，会给地球及居住在地球上的人类和各种生物带来毁灭性的打击.
答案:见解析
4 热力学第二定律 5 热力学第二定律的微观解释
主动成长
夯基达标
1.下列关于热传导的说法中，正确的是（ ）
A.热量只能从高温物体流向低温物体，而不能从低温物体流向高温物体
B.热量可以从低温物体传递给高温物体
C.热量可以有条件地从低温物体传递给高温物体，只要低温物体内能足够大
D.热量可以有条件地从低温物体流向高温物体，条件是外界必须做功
解析：克劳修斯表述并没有排除热量由低温物体流向高温物体，说法A错；说法B比较笼统，但并无错误；说法C对条件的解释有错误，热量的流向与物体内能无直接关联，C错，说法D正确.
答案:BD
2.关于热力学第二定律，下列说法正确的是（ ）
A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律
B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律
C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果
D.由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义
解析：热力学第二定律，是物理学家通过对大量自然现象的分析，总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的.它揭示了宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义.
答案:B
3.下列说法中正确的是（ ）
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.自然界中能量是守恒的，所以不用节约能源
D.自然界中的能量虽然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便利用，所以要节约能源
解析：第一类永动机是违背了能量守恒定律，第二类永动机是违背了能量转化的方向性.
答案:BD
4.下列说法正确的是（ ）
A.热量有可能由低温物体传给高温物体
B.气体的扩散过程具有方向性
C.只要尽量完善工艺水平，热机效率可以达100%
D.热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程都具有方向性
解析：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但借助外界作用是可以实现的；无论如何提高工艺水平，热机的效率是不可能达到100%；热力学第二定律说明了与热现象有关的宏观过程都具有方向性.
答案:ABD
5.下列说法中，正确的是（ ）
A.功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功
B.热机必须是具有两个热源，才能实现热功转化过程
C.热机的效率不可能大于1，但可能等于1
D.热机的效率必定小于1
解析：本题要求全面领会开尔文表述的含义，同时注意语言逻辑性，开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要发生其他变化，选项A错.开尔文表述指出，热机不可能只有单一热源，但未必就是两个热源，可以具有两个以上热源，选项B错.由可知，只要Q2≠0，则η≠1,如果Q2=0，则低温热源可以不存在，违反开尔文表述，选项C错，选项D正确.
答案:D
6.下列哪些现象属于能量的耗散（ ）
A.利用水流发电获得电能 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：能量耗散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能量耗散.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，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉这光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤热后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围环境中，无法重新收集，并加以利用，才是能量耗散.
答案:D
7.关于空调机，下列说法正确的是（ ）
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.
答案:ABC
8.下列过程中，可能实现的是（ ）
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，把海水的内能完全变为机械能
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
解析：内能不可能自发地全部转化为机械能，而不引起其他变化，但机械能可以自发地全部转化为内能.
答案:C
9.把水和酒精混合后，用蒸发的方式又可以分开，然后液化恢复到原来的状态，这说明（ ）
A.扩散现象没有方向
B.将水和酒精分开时，引起了其他变化，故扩散具有方向性
C.将水和酒精分开时，并没有引起化学变化，故扩散现象没有方向性
D.用本题的实验，无法说明扩散现象是否具有方向性
解析：像许多自然发生的过程一样，扩散现象是有方向性的.
答案:B
走近高考
10.(2006广东高考，4)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：第二类永动机并不违反能量守恒定律，跟热现象有关的宏观过程均具有方向性.
做功和热传递是改变物体内能的两种方式，做功是内能和其他形式的能之间的转化，热传递是内能之间的转移.故答案为D.有些考生错误的认为物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加；有的考生错误的认为外界对物体做功，则物体的内能一定增加.从而得出错误的选项.
答案:D
11.(2006广东高考，8)图10-4-3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10-4-3
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二定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
解析：由热力学第二定律知，热量不能自发地由低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助.电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能.故答案为选项B、C.
答案:BC
12.(2004广东高考，4)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
解析：本题考查热力学第二定律.由热力学第二定律可知选项C错误，选项D正确；机械能可通过克服摩擦全部转化为内能，选项A错误；第二类永动机没有违背能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律，因而不能制成，选项B错误.
答案:D
4 热力学第二定律 5 热力学第二定律的微观解释
课后集训
基础过关
1.根据热力学第二定律，下列判断正确的是( )
A.电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度物体
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，电能可全
部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能.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，所以选项B、C、D正确.
答案:BCD
2.下列说法中正确的是( )
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.热传导是有方向的 D.电能可全部变为内能
解析：热量会自发地由高温物体传给低温物体，但由低温物体传递给高温物体需外力
做功.由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可全部变为内能.
答案:ACD
3.热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程( )
A.都具有方向性 B.只是部分具有方向性
C.没有方向性 D.无法确定
解析：自然界中所有涉及热现象的宏观过程都有方向性.
答案:A
4.下列说法中，正确的是( )
A.从甲物体自发传递Q热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B.热机的效率从原理上讲可达100%
C.因为能量守恒，所以能制成第二类永动机
D.以上说法均不正确
解析：甲物体自发传递Q热量给乙物体，甲物体温度一定比乙物体高，其内能不一
定大，故选项A错误，热机效率不可能达到100%，故B选项错误，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违反了热力学第二定律不可制成.C项错误.
答案:D
5.关于热力学第二定律的说法正确的是( )
A.是热力学第一定律的另一种表述
B.是关于内能和其他形式能量(如机械能、电磁能等)相互转化的基本规律
C.用于解决与热现象有关过程进行的方向问题
D.以上说法均正确
解析：热力学第一定律说明任何过程中能量必守恒.热力学第二定律是反映自然过程
进行的方向性.
答案:BC
综合运用
6.第二类永动机_________ (“可能”或“不可能”)制成，这种永动机_________(“违反”或“不违反”)能量守恒定律，机械能和内能的转化过程具有_________，机械能_________ (“可以”或“不可能”)全部转化成内能，内能_________ (“可以”或“不可以”)全部转化成机械能，而不引起其他影响.
答案:不可能 不违反 方向性 可以 不可以
7.热量会自动地从_________传给_________，但不会自发地从_________传给_________，这说明：热传导的过程是有的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向不能_________地进行，要实现相反方向的过程，必须有_________，因而产生_________或引起_________.
答案:高温物体 低温物体 低温物体 高温物体 方向性 自发 外力帮助 影响 能量的消耗
8.什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成?
解析: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.
答案:见解析
9.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10-4-1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.
图10-4-1
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.
答案:不违反.热水温度降低，冷水温度升高，转化效率低于100%.
10.一种冷暖两用型空调铭牌标注有如下指标：输入功率1 kW，制冷能力1.2×104 kJ/h,制热能力1.3×105 kJ/h.这样，该空调在制热时，每消耗1 J电能，将放出3 J的热量，是指标有错误还是能量不守恒呢?
解析：是指标有错误.制冷能力1.2×104 kJ/h≈3.3 kW>P=1 kW制热能力1.3×104 kJ/h≈3.6 kW>P=1 kW,这违背了能量守恒定律，是不可能的.
答案:见解析
6 能源和可持续发展
主动成长
夯基达标
1.为了减缓大气中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
解析：能源与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源.
答案:BD
2.产生酸雨的祸首是（ ）
A.二氧化碳 B.氟利昂 C.二氧化硫 D.一氧化碳
解析：酸雨的主要成份是亚硫酸，二氧化硫与空气中的水蒸气接触会生成亚硫酸，故选项C正确.
答案:C
3.下面关于能源的说法中正确的是（ ）
A.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，选项A错，选项B对.常规能源的利用比核能利用对环境的影响大，选项C对，选项D错.
答案:BC
4.二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，行星表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样，只准太阳的辐射热进来，却不让室内的长波热辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应.这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法成立的是（ ）
A.在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，当时地球的气温很高
B.经过漫长的年代，地壳的岩石和气体二氧化碳发生化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命
C.由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上气温正在升高
D.现在地球正在变暖的主要原因是工业用电和生活用电的急剧增加，是电能和其他形式的能转化为内能
解析：本题的观点是二氧化碳的温室效应.
地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律.由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳`，这是必然的现象，进而导致当时地球的气温很高.地球上的岩石由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成份与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件.由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高.生活用电和工业用电是电能和其他形式的能的转变，会产生热.四个选项都很正确，但就温室效应这一观点而言，选项A、B、C是正确的.
答案:ABC
5.关于能源的开发和利用，你认为下列哪些观点是错误的（ ）
A.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，但有的资源好利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故选项B错.
答案:B
6.处理污水时要不要除去磷（化合态），有以下几种意见，你认为正确的是（ ）
A.磷是生物的营养元素，不必除去
B.含磷的污水是很好的肥料，不必处理
C.磷过量会引起磷中毒，因此污水中的磷必须除去
D.磷对人无毒，除去与否都无关紧要
解析：磷是动植物生命所需的微量元素，但磷过量会引起磷中毒，故应除去.
答案:C
7.在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率=，一个人骑电动自行车，消耗1 MJ（106 J）的能量可行驶30 km.一辆载有4人的普通轿车，消耗320 MJ的能量可行驶100 km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是（ ）
A.6∶1 B.12∶5 C.24∶1 D.48∶7
解析：电动自行车客运效率,普通轿车的客运效率,二者效率之比为24∶1.
答案:C
8.人类利用煤、石油、天然气、柴草，归根到底是间接利用了（ ）
A.海洋能 B.核能 C.太阳能 D.化学能
解析：煤、石油、天然气是由古生物经复杂的变化形成的，称为化石能源，这类能源最初的积累来源于太阳能.柴草由植物直接获取，而植物生长的能量也来源于太阳能，植物经光合作用将太阳能转化为化学能.化石能源、柴草的能量，最初都源于太阳能，植物是通过光合作用将太阳能转化为化学能的.
答案:C
9.据《中国环境报》报道：一份科技攻关课题研究结果显明，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.
（1）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世纪约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，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.
（2）用传统的煤、石油做燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油做燃烧相比，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）不可取，因为SO2的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害.
（2）传统的煤、石油做燃料的缺点是：首先煤、石油是不可再生的化石燃料，其资源是有限的.其次燃烧后生成的SO2、NOx等严重污染大气，进而形成酸雨，燃烧后产生的CO2又会造成温室效应.与传统的煤、石油做燃料相比，H2可以作为新能源.它的主要优点是：①H2可以用水作为原料来制取；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，不会污染环境，还可循环使用.它的缺点是不易获得和携带.
10.有一座瀑布的高度是50 m，流量为12 m3/s,计划在瀑布底部利用水流能发电.设在瀑布顶处水流速度与从发电机处水轮机内流出速率相等，且水流能有65%被利用.求安装的发电机功率至少多大？
解析：单位时间内减少的重力势力E=ρQhg，被利用来发电的功率
P=ρQghη=103×12×9.8×50×0.65 W
=3.8×106 W.
答案:3.8×103 kW
图12
11.风能是“可再生资源”.我国风力资源丰富，利用风力发电是一种经济而又清洁的能源.我国甘肃省某地，四季的平均风速为10 m/s，已知空气的密度为1.3 kg/m3,该地新建的小型风力发电机的风车有三个长度均为12 m长的叶片，转动时可形成半径为12 m的一个圆面.
（1）若这个风车能将通过此圆面内的10%的气流的动能转化为电能，那么该风车带动发电机功率为多大？（保留两位有效数字）
（2）为了减少风车转动的磨损，根据最新设计，在转动轴与轴承的接触部分镀了一层纳米陶瓷，一般的陶瓷每立方厘米含有1010个晶粒，而这种纳米陶瓷每立方厘米含有1019个晶粒，若把每个晶粒看成球形，并假设这些晶粒是一个挨着一个紧密排列的，那么每个晶粒的直径大约为多少纳米?
解析：(1)每秒通过圆面的气流构成一个长为v，底面积为S=πR2的圆柱体，如图12所示，则这部分空气的质量m=ρπR2v，其动能为Ek=,每秒转化的电能即为发电机的功率,代入数据解得P=2.9×104 W.
（2）假设这种纳米陶瓷的每个晶粒的直径为d，则,代入数据解得d=5×10-9 m=5 nm.
答案:（1）2.9×104 W (2)5 nm
12.太阳每年辐射到地球上的能量可达1018 kW·h.
（1）试估算太阳每年释放的热量；
（2）如果太阳辐射到地球上的能量全部用来推动热机发电，能否每年发1018度电？
解析：(1)地球到太阳的距离为r=1.5×1011 m,地球的半径为R=6.4×106 m,所以地球的接收面积为S=4πR2.以太阳为球心，以日地距离为半径画一球面，其面积为S′=4πr2,太阳辐射的能量全部通过该球面.由比例关系：得
=2.2×1027 kW·h.
（2）由热力学第二定律知，热机的效率无法达到100%，因此每年发出的电能小于1018度.
答案:（1）2.2×1027 kW·h (2)1018度
13.（1）1791年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一.请由此估算地球的半径R（保留两位有效数字）.
（2）太阳与地球的距离为1.5×1011 m，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面2/3的面积被水所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.87×1024 J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发1 kg水需要2.2×106 J的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面.
①估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4πR2）；
②太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分.太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由.
解析：（1）由题意可知地球周长的等于1 m的一千万倍，则有2πR×=1.00×107,所以R=6.4×106 m.（2）①设太阳一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，则W=1.87×1024 J.设凝结成雨滴一年降落到地面上水的总质量为m，则由题意得
=5.14×1017 kg.
设地球表面覆盖一层水的厚度为h，水的密度为ρ，则有m=ρ·4πR2h，则
=1.01 m=1.01×103 mm.
答案:(1)6.4×106 m (2)①1.01×103 mm ②太阳辐射到地球的能量没有全部到达地面的原因是由于大气层的吸收，大气层的散射或反射、云层遮挡等.
14.能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，一方面储量有限，有朝一日将要被开采完毕；另一方面，使用过程中也带来污染.寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向.利用潮汐发电即是一例.
关于潮汐，古人说：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也.”下图是利用潮汐发电的示意图.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，堵住通道［图10-6-1（甲）］，潮降至最低点时放水发电［图10-6-1（乙）］；待内外水面高度相同；再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电［图10-6-1（丙）］.设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差3.0 m，则一天内水流的平均功率为 MW.
图10-6-1
（注：实际上由于各种损失，发电功率仅为水流的平均功率的10%—25%.例如法国兰斯河（the Rance River）潮汐发电站水势能释放平均功率240 MW，而发电功率仅为62 MW.）
解析：潮汐发电其实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=ρVg=1.0×103×5.0×107×3×10 N=1.5×1012 N
其重心的高度变化为h=1.5 m
一天内海水两进两出，故水流功率为
≈1.0×108 W
即P≈100 MW.
答案:100
走近高考
15.(2006广东高考，13（2）)风力发电是一种环保的电能获取方式.图10-6-2为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3,当地水平风速约为10 m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？
图10-6-2
解析：风的动能： ①
风在t时间内通过叶片为半径圆的质量：m=ρV=ρπl2vt ②
ρπl2v3η ③
由①②③得 l≈10 m ④
答案:10 m
16.小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),他想估算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量.于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30 kg 20 ℃的水烧开.求：（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？（2）如果家用煤的热值为3×107 J/kg,从理论上讲小时家每天烧水做饭需要多少千克煤？（3）小明家实际平均每天烧4块蜂窝煤，按每块蜂窝煤含煤0.5 kg算，他家每天实际用煤2 kg，由此，小明他计算出了他家煤炉的效率只有16.5%,你认为小明家煤炉效率低的原因是什么？（4）从大的方面讲，家用煤炉除了热效率低、浪费能源的缺点外，另一个主要缺点是什么？
解析：可根据热量的计算公式求出水吸收的热量，Q=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×30 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.008×107 J.水吸收热量与煤放出热量相同时，需要煤的质量为理论值m煤==0.336 kg.影响炉子效率低的主要因素是燃料利用率低和散热严重，煤燃烧后的废气和废渣都会造成对环境污染.分析时注意联系生活实际.
答案:（1）1.008×107 J. （2）0.336 kg. （3）煤不能完全燃烧，热量散失严重. （4）产生废气、废渣、污染环境.
6 能源和可持续发展
课后集训
基础过关
1.关于能源的开发和利用，下列观点不正确的是( )
A.能源是有限的，无节制的利用能源，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.能源的开发和利用，必须同时加强对环境保护
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：能源是有限的，能源的开发和利用，必须同时加强环境保护，开发新能源，能缓解能源危机和加强环境保护的主要途径，故A、C、D观点均正确.虽然能源的利用遵循能量守恒，但能量由高品质变成了低品质，由便于利用的形式变成了不便于利用的形式，从这个意义上讲，能源是有限的，故选项B观点错误.
答案:B
2.图中活塞将气缸分成甲、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，则在将拉杆缓缓向外拉的过程中( )
A.E甲不变，E乙减小 B.E甲增大，E乙不变
C.E甲增大，E乙减小 D.E甲不变，E乙不变
解析：在将拉杆缓慢向外拉的过程中对甲中气体做功，E甲增大，乙中气体对外作功，内能减小.
答案:C
3.关于内能变化，下列说法中正确的是( )
A.物体吸收热量，内能一定增大
B.物体对外做功，内能一定减小
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能不变
D.物体放出热量，同时对外做功，内能不变
解析：改变物体的内能的两种方式(做功和热传递)都存在时，如果物体吸收的热量等于对外做的功，或者，外界对物体的功等于物体放出的热量，物体的内能就不会发生变化.
如果吸热小于对外界做的功内能就减小，如果吸热大于对外界做的功内能就增大.
答案:C
4.在生产、生活中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能最终转化为__________.
答案:内能
5.热机工作时往往会产生__________，干扰人们正常的工作和生活，同时燃料燃烧过程中会排放出__________，这是大气污染的主要来源.
答案:噪音 CO2
6.含硫量大的煤炭，燃烧生成的__________气体，对大气造成污染.
答案:SO2
综合运用
7.大气污染不仅危害__________，还影响__________，影响全球的__________.因此，大气污染是全球的公害.
答案:环境 气候 气温
8.试分析内能的利用和环境污染有什么关系?
解析：内能的利用和环境保护要坚持可持续发展，即追求发展与资源、环境的平衡；既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的利益.
答案:见解析
9.利用煤、石油、天然气或煤气燃烧供热为什么会污染大气?
解析：煤、石油、天然气等燃料燃烧，使人类获得了大量的内能；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、二氧化硫等物质污染了大气.
答案:见解析
10.水能是可再生资源，可持续地用它来发电，为人类提供“清洁”的能源，若一水力发电站水库的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则全年发电量是多少?
解析：全年水流量q=Q×3 600×24×365=3.15×107Q，这些水的热能Ep=mgh=ρVgh=103×3.15 ×107Q×9.8×hJ=3.09×1011QhJ.
转化为电能为E=ηEp=3.09×1011QhηJ=8.58×104Qhη kW·h
答案:8.58×104Qhη kW·h
第一节 功和内能
自主广场
我夯基 我达标
1.甲、乙两分子相距大于平衡距离r0，甲固定，乙分子在和甲靠近直到不能再靠近为止的过程中，下面说法正确的是( )
A.分子力总做正功 B.分子引力与斥力互为反作用力，其合力为零
C.分子力先做正功后做负功 D.分子引力总做正功
思路解析：此题目中考查分子间的引力和斥力随分子间距离变化而变化的规律.(1)分子间引力和斥力同时存在；(2)当分子间距离r>r0时，分子力表现为引力，距离减小时分子力做正功，当分子间距离r答案：CD
2.把一个物体竖直下抛，下列哪种情况是在下落的过程中发生的( )
A.物体的动能增加，分子的平均动能也增加
B.物体的重力势能减少，分子势能却增加
C.物体的机械能保持不变
D.物体的内能保持不变
思路解析：物体下落的过程，不考虑空气阻力，只有系统内的重力做功，机械能守恒；物体下落过程中，物体的温度和体积也没有发生变化，所以分子热运动的平均动能和分子势能都保持不变，因此，选项A和B是错误的.
答案：CD
3.下列说法中正确的是( )
A.物体吸收热量，其内能必定增大
B.物体吸收热量，温度不变，体积必然增大
C.0 ℃水结成0 ℃冰，其分子势能减小，内能增大
D.0 ℃水结成0 ℃冰，其分子势能减小，内能也减小
思路解析：物体吸收热量，但此热量未必用以增加物体内能，它也可能转化为对外界做功，因此其内能未必增大，A错.一般情况下，物体吸收热量，温度不变，即分子动能不变，因此，这些热量或者转化成分子势能，或者转化成对外做功，在这两种情况下，体积都将增大.但是，如果发生了相变之类的状态变化，情况将有所不同，吸收的热量可能会转化为相变潜能而体积不一定增大，B错.0 ℃水结成0 ℃冰，这时虽然体积增大，但由于释放了相变潜能，分子势能不是增大而是减小了，因此内能不是增大而是减小了，C错.
答案：D
4.下列说法中正确的是( )
A.当一个物体相对地球静止时，其动能为零，因此内能也为零
B.放在桌子上的小盒，若取桌子所在平面为零势面，则其重力势能为零，因此其内能也为零
C.人骑车上斜坡时，因为人有动能，所以其内能不为零
D.无论物体静止还是运动，其内能都不可能为零
思路解析：物体的机械能是动能和势能之和，当物体的动能和势能为零时，机械能为零，但物体的内能是所有分子动能和分子势能的总和，分子在永不停息地做无规则运动，分子动能永远存在，因此物体的内能永远不可能为零，故D正确.机械能与物体的内能之间没有决定关系，二者是两种完全不同形式的能量，可以互相转化，故A、B、C错.
答案：D
5.在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是( )
A.电流通过电炉丝使温度升高 B.在阳光照射下水的温度升高
C.铁锤打铁使铁块温度升高 D.在炉火上的水被烧开
思路解析：对于A是电流做功改变物体内能，C是铁锤做功改变物体的内能，故A、C错.B、D两个选项均为热传递改变物体的内能，B、D对.
做功改变物体内能的实质是其他形式的能与内能之间的相互转化，而热传递改变物体内能的实质是物体内能的相互转移，这也是判断一个过程是何种方式改变物体内能的关键.
答案：BD
6.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
思路解析：迅速向里推活塞，外界对气体做功，而且没来得及进行充分热交换，内能增加，温度升高，如果达到燃点即点燃，A对.缓慢向里推活塞时，由于可进行比较充分的热交换无法确定温度情况，C错.无论迅速或是缓慢向外拉活塞，气体对外界做功，内能减小，温度降低，不可能点燃，B和D错.
答案：A
7.分子甲和分子乙相距较远，设甲分子固定不动，乙分子逐渐向甲分子靠近，直到不能再近的这一过程中( )
A.分子力总是对乙分子做正功
B.乙分子总是克服分子力做功
C.先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正功
D.先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功
思路解析：首先要明确题目的已知条件是什么，隐含条件是什么，分子力随分子间距离的变化性质如何改变，大小如何改变.
由于分子间距大于r0时，分子力表现为引力，因此分子乙从远处移到距分子甲r0处的过程中，分子力做正功.由于分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，因此分子乙从距分子甲r0处继续移近甲时要克服分子力做功，D正确.
答案：D
8.两人共同拉锯伐木，每人在180 s内拉动60次，每次拉动的距离为75 cm，两人用的力均为20 N，做功的40%转变为热能.则每秒钟产生的热量是多少？若产生热量的20%被钢锯吸收，则60 s后钢锯的温度将升高多少度？(设钢锯的比热容为1.2×102 J/kg·℃，钢锯的质量为0.5 kg)
思路解析：(1)每秒钟做功 W=2××0.75×20 J=10 J
每秒钟产生的热量Q=40%W=4 J
(2)由Q×60×20%=cmΔt得Δt=0.8 ℃.
答案：10 J 0.8 ℃
我综合 我发展
9.关于物体的内能，下列说法正确的是( )
A.相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能的增量一定相同
B.一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减少
C.一定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减少
D.相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能
思路解析：质量相同的两种物体，温度升高相同时，分子总数和体积变化情况不一定相同，故A项错.内能与机械能无关，所以运动物体的内能不一定大，故D项错.一定量的冰熔化成水，发生物态变化，温度都在0 ℃时也要吸收热量，因此相同质量的水和冰，水的内能一定大于冰的内能；当气体体积增大时，气体要对外做功，因此在既不吸热又不放热的条件下，其内能必然减小.
答案：BC
10.子弹以200 m/s的速度射入固定的木板，穿出时速度为100 m/s，若子弹损失的机械能完全转化为内能，并有50%被子弹吸收，求子弹温度可升高多少？〔子弹比热容为130 J/(kg·℃)〕
思路解析：设子弹的质量为m,则由题意可知η·(mv12-mv22)=cmΔt，所以升高的温度为Δt=℃=57.7 ℃
做功是改变物体内能的一种重要方式，在进行有关物体内能变化的计算中，要搞清楚各种能量变化的情况，在计算过程中，要注意各物理量的单位要统一.
答案：57.7 ℃
我创新 我超越
11.图10-1-4中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压强恒定，A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热.原先A中水面比B中的高，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( )
图10-1-4
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
思路解析：如下图，(1)问大气压力是否做功？
设A活塞面积为SA、B活塞面积为SB，开始A、B液面相差H，则最后A、B液面再次相平，问：为什么？
因为连通器的原理.
再设A液面最后与原来相差hA，B液面比原来上升hB.
大气压力对A做功：WA=p0SA·hA；大气压对B做负功：WB=-p0SBhB
由体积关系：SAhA=SBhB,则大气压力总功：W=WA+WB=0.
(2)问水的重力是否做功？
设A液面下降的水质量为Δm，则B液面上升，水的质量变为Δm
A液面下降，重力做正功=Δmg
B液面上升，重力做负功=-Δmg·hB/2
则重力做总功：0 而水前后运动中速度不变，均在平衡后为0
故水的重力势能减少了ΔEp
ΔEp↓=W下标G′=Δmg(hb-ha)
机械能不守恒，能量守恒，转化为内能Q：ΔEp↓=Q内↑=Δmg(hB-hA).
答案：D
12.一质量为M的木板放在一光滑水平面上，在木板上放一质量为m的木块，现给木块一水平速度v，使其在木板上滑行，最后两者以同一速度共同滑行.求此过程中系统内能增量.(假设时间很短，未和外界进行热交换，两者共同速度v′=)
思路解析：开始能量：E1=mv2
末状态能量：E2=(M+m)v′2=(M+m)·()2=
产生的内能：由能量守恒Q=E1-E2=mv2-.
答案：
第一节 功和内能
自我小测
1下列实例中，属于做功来增加物体内能的是( )
A．铁棒放在炉子里被烧红
B．锯条锯木头时会发热
C．古时候的猿人钻木取火
D．冬天在阳光下取暖
2下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是( )
A．放在火炉边的物体温度升高了
B．把一杯热水放在冷水中冷却
C．用铁锤锻打工件，工件会发热
D．拉弯的弓把箭射出去
3下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是( )
A．把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高
B．烧开水时，蒸汽将壶盖顶起
C．铁块在火炉中被加热
D．铁球从空中自由下落(不计空气阻力)
4用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是( )
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．车刀切下的炽热的铁屑
D．物体在阳光下被晒热
5气体在等压变化中( )
A．一定对外做正功
B．外界一定对气体做正功
C．若温度升高，一定对外做正功
D．可能既不对外做功，外界也不对气体做功
6下列有关内能的说法正确的是( )
A．质量和温度相同的物体，内能一定相同
B．一定质量的理想气体的内能只与温度有关
C．一定质量的理想气体在等容变化过程中若既不吸热也不放热，内能一定改变
D．气体被压缩时，内能可能不变
7一定质量的理想气体从压强为p1、体积为V1的A状态，绝热变化到压强为p2、体积为V2的B状态，内能的增量为ΔU，则在此过程中( )
A．气体对外做功等于ΔU
B．外界对气体做功等于ΔU
C．外界对气体做功等于p2V2－p1V1
D．外界对气体做功等于ΔU＋p2V2－p1V1
8(2009重庆理综，14)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
9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)( )
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
10固定的汽缸内由活塞封闭着一定量的理想气体，活塞在拉力F的作用下缓慢地向右移动，如图所示。假设汽缸壁和活塞都是不导热的材料，在拉动活塞的过程中，下列说法正确的是( )
A．气体对外做功，气体内能减小
B．外力F做正功，气体内能增加
C．气体温度升高，压强减小
D．每个气体分子的动能都减小
11下图中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连。整个装置与外界绝热。原先，A中水面比B中的高。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… ( )
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
12某绝热系统在初态具有内能5 J，在外界对它做了0.5 J 的功后，系统的内能变为______。
13一个系统内能增加了20 J。如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做多少功？
参考答案
1答案：BC
2答案：C
3答案：A
4答案：ABC
5解析：在等压变化过程中若温度升高，则气体的体积增大，即气体膨胀对外做功。
答案：C
6答案：BCD
7解析：内能增加多少，外界对系统就做多少功。
答案：B
8解析：该密闭理想气体温度降低，内能减小，排除A、C选项；又由题知：其体积减小，外界对其做功，W＞0，由ΔU＝W＋Q知：ΔU＜0，W＞0，则必有Q＜0，气体放出热量，故B错，D正确。
答案：D
9解析：车胎内的气体经历一个等容变化，等容升温，分子热运动加剧；压强增大到车胎的承受能力后发生爆裂，爆裂的过程是迅速膨胀的过程，对外做功，内能减少。
答案：BD
10解析：拉动活塞的过程，也是外力对活塞做功的过程。但本题题意是考查气体膨胀同样对活塞做功。
答案：A
11解析：左管大气压对水做功，右管克服大气压做功，根据W＝pΔV，可得总功为零，因此说大气对水不做功，又因变化过程中整体重心下降，系统重力势能减少，转化为水的内能。选D。
答案：D
12答案：5.5 J
13解析：由功与系统内能改变的关系，则W＝ΔU＝20 J。
答案：20 J
第三节 热力学 第一定律能量守恒定律
自主广场
我夯基 我达标
1.一定量的某种气体，对外界做了4.0×105 J的功，其内能增加了2.5×105 J，则在此过程中，该气体_______(填“吸收”或“放出”)热量_______J.
思路解析：由题意可知，W=-4.0×105 J,ΔU=2.5×105 J,由热力学第一定律ΔU=W+Q可得Q=ΔU-W=2.5×105 J-(-4.0×105) J=6.5×105 J.
答案：吸收 6.5×105
2.在一个大气压下，1 kg 100 ℃的水变为1 kg 100 ℃的水蒸气的过程，下列说法中正确的是( )
A.内能不变，对外界做功，一定是吸热过程
B.内能增加，吸收的热量等于内能的增加
C.内能不变，吸收的热量等于对外界做的功
D.内能增加，向外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能
思路解析：水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10 r0，体积要扩大约1 000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加内能增加.由热力学第一定律ΔU=Q+W，则Q=ΔU-W，其中W为负值，故选项D正确.
答案：D
3.下列说法中正确的是( )
A.液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的
B.物体的温度越高，其分子的平均动能越大
C.物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能
D.只有传热才能改变物体的内能
思路解析：悬浮在液体中的微粒之所以能够做无规则运动，是液体分子对固体小微粒的撞击不平衡而引起的，A正确.温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，B正确.物体的内能是物体里所有分子动能和分子势能的总和，C错误.改变物体的内能的方式有两种：做功和热传递，所以D错误.
答案：AB
4.一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程中一定有( )
A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2 C.W2=W1 D.Q1>Q2
思路解析：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状态，根据热力学第一定律可得A正确.
答案：A
5.请指出下列现象中能量的转化和转移的情况.
(1)钻木取火；(2)气体膨胀做功；(3)水电站水轮机带动发电机发电；(4)电动水泵将水抽到高处；(5)植物的光合作用；(6)木柴燃烧；(7)爆竹因火药爆炸升空；(8)风吹动帆船前进.
思路解析：首先分清过程和过程前后能量形式及其增减情况.
答案：(1)摩擦生热，机械能转化为内能；
(2)气体对外膨胀做功，内能减少，内能转化为机械能；
(3)水轮机转动，消耗机械能，发电机发电，得到电能，机械能转化为电能；
(4)电动水泵消耗电能，将水抽到高处，机械能增加，电能转化为机械能；
(5)植物利用太阳光进行化学合成，光能转化为化学能；
(6)木柴燃烧发热发光，将化学能转化为光能和热能；
(7)火药爆炸，化学能减少，爆竹升空，机械能增加，化学能转化为机械能；
(8)风流动具有机械能，船前进，具有机械能，能量发生转移.
6.一块0 ℃的冰雹自高空落下，若它落地时，它的势能全部转化为它的内能，且熔化成同质量同温度的水，那么它是从距地面多高的高空中自由落下的？(冰的熔化热是λ=80 cal/g,g取10 m/s2)
思路解析：据题意列方程mgh=Jmλ，由于J=4.2 J/cal
h= m=33 600 m.
答案：33 600 m
我综合 我发展
7.在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液体变成同温度气态，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.
思路解析：取1 g水为研究系统，大气视作外界.1 g沸腾的水变成同温度的气需要吸收热量，同时由于气体体积膨胀，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×(1 676-1.043)×10-6 J=169.7 J.
(2)气体吸热：Q=ML=2 263.8 J.
(5)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
8.如图10-3-2所示，一个质量m=100 g的金属块恰能从一个长L=4 m、倾斜角θ=30°的斜面的顶端匀速下滑至底端，损失的机械能有20%被金属块吸收，求在下滑过程中产生的内能及金属块升高的温度.〔金属块的比热容为98 J/(kg· ℃)〕
图10-3-2
思路解析：金属块匀速下滑过程中动能不变，机械能的减少量即重力势能的减少量为mgLsinθ，这部分机械能通过摩擦生热转化成了等值的内能
Q=ΔEp=mgLsinθ=100×10-3×9.8×4×sin30°J=1.96 J
而其中20%的内能被金属块吸收，所以金属块增加的内能为ΔU=Q′=η·Q=20%×1.96 J=0.392 J
又因为Q′=cm·Δt
所以Δt=℃ =0.04 ℃.
答案：0.04 ℃
我创新 我超越
9.用两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，如图10-3-3所示，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象.下列有关温差发电现象的说法中正确的是( )
图10-3-3
A.该实验符合能量守恒定律，但违背了热力学第一定律
B.该实验中有部分内能转化为电路的内能
C.该实验中，热水的温度不变化，冷水的温度升高
D.该实验中热水的温度降低，冷水的温度不变化
思路解析：温差发电现象中内能并没有全部转化为电能.
答案：B
10.“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海.此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E′通过其他方式散失(不考虑坠落过程中发生化学反应所需的能量).
(1)试用以下各物理量的符号表示散失能量E′的公式；
(2)根据下列数据，算出E′的数值.(结果保留两位有效数字)坠落开始时，空间站的质量m0=1.17×105 kg；
轨道距地面的高度为h=146 km；
地球半径R=6.4×106 m
坠落空间范围内重力加速度取g=10 m/s2；
入海残片的质量为m=1.2×104 kg；
入海残片的温度升高Δt=3 000 K；
入海残片的入海速度为声速v=340 m/s；
空间站材料每千克升温1 K平均所需能量C=1.0×103 J.
每销毁1 kg材料平均所需能量μ=1.0×107 J.
思路解析：本题以社会关注的“和平号”空间站坠落事件为背景，考查综合应用牛顿运动定律、能量守恒定律解决实际问题的能力.通过建模计算空间站初态机械能总量，分析坠落过程中的能量转化并应用守恒观点列出方程是解答本题的关键.应用能量守恒定律解决物理问题时，应弄清物理过程和状态，分析参与转化的能量有哪几种，哪些增加，哪些减少，然后由守恒观点列出方程.
(1)根据题给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g取10 m/s2，若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的重力势能为Ep=m0gh ①
以v表示空间站在近圆轨道上的速度，由牛顿定律可得m0=m0g ②
其中r为轨道半径，则r=R+h ③
由②③式可得空间站在近圆轨道上的动能为Ek=m0g(R+h) ④
由①④式得，近圆轨道上空间站的机械能为E=Ep+Ek=m0g(R+h) ⑤
在坠落过程中，用于销毁部分所需的能量为Q汽=(m0-m)u ⑥
用于残片升温所需的能量Q汽=cmΔt ⑦
残片动能为E残=mv2 ⑧
用E′表示以其他方式散失的能量，由能量守恒得E=Q残+Q汽+E残+E′ ⑨
由此得E′=m0g(h)-(m0-m)μ-mv2-cmΔt. ⑩
(2)将数据代入⑩得：E′=2.9×1012 J.
答案：(1)E′=m0g(h)-(m0-m)μ-mv2-cmΔt
(2)2.9×1012 J
11.有人试图制造一台“永久”的发电机.设计思想如下：先利用外界供给的电能，使电动机转动，再让电动机带动发电机发电.发电机发出电后，一部分电供给电动机继续使用，电动机不再利用外界供给的电能；一部分电供给用户使用.这样，一旦这个发电机发出电来，它就可以不再使用外界的能量，自己“源源不断”地发出电来.用能的转化和守恒的知识分析说明，这样的“永动机”能实现吗？
思路解析：上述设计的能量转化过程是这样的：电能→机械能→电能→机械能→电能(用户).根据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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，所以上述能量转化中均应是守恒的，一旦发电机机发出电来不再使用外界能量是不可能的，这种“永动机”不能实现.
答案：不能实现
第三节 热力学第一定律、能量守恒定律
自我小测
1．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
2．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比( )
A．气体内能一定增加
B．气体内能一定减小
C．气体内能一定不变
D．气体内能的增减不能确定
3．(2013·课标全国卷Ⅱ)关于一定量的气体，下列说法正确的是( )
A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和
B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
4．下列对能量守恒定律的认识中，不正确的是( )
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
5．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽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
6．如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中( )
A．外力对乙做功；甲的内能不变
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
7. 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，以下说法正确的是( )
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
8．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外界做了6×105 J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？
9．(2012·山东理综)如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm。(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)
(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。
(2)此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)。
参考答案
1.解析：根据公式ΔU＝W＋Q中的符号法则知选项C正确。
答案：C
2.解析：由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，气体吸收热量，Q>0，体积膨胀对外做功W<0，但不能确定Q与W值的大小，所以不能判断ΔU的正负，则气体内能的增减也就不能确定，选项D正确。
答案：D
3.解析：气体体积为气体分子所能达到的空间的体积，而气体分子体积很小，体积之和远小于气体体积，A项正确；气体温度反映了分子运动的剧烈程度，分子运动的剧烈程度减弱，温度必然降低，B项正确；气体压强是大量气体分子频繁碰撞容器器壁的结果，在完全失重的情况下，气体对器壁仍产生压强，C项错误；气体从外界吸收热量，但如果同时对外做功，那么气体的内能不一定增加，D项错误；根据气体定律可知，气体在等压膨胀过程中，体积与热力学温度成正比，体积变大，温度升高，E项正确。
答案：ABE
4.解析：A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移。任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，只是转化成了其他形式的能量。
答案：D
5.解析：缸内气体膨胀，对外做正功，即W<0，缸内气体与外界无热交换，即Q＝0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU可知，ΔU<0，即缸内气体的内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，故选项B、C、D错误，选项A正确。
答案：A
6.解析：将活塞P缓慢地向B移动的过程中，外力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定隔板B导热，所以乙将传递热量给甲，甲、乙两部分气体的温度最终相同，均高于初态温度，所以甲、乙内能均增加，故选C项。
答案：C
7.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，还要保持内能不变，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对；气体从状态a到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对。
答案：BCD
8.解析：(1)气体从外界吸热为Q＝4.2×105 J
气体对外界做功为W＝－6×105 J
由热力学第一定律知：
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU取负值，说明气体的内能减少，减少了1.8×105 J。
(2)因为气体对外界做功，所以气体的体积增大，分子间距离增大，气体分子间的作用力表现为引力，所以此过程要克服分子力做功，分子势能增加。
(3)因为气体内能减少，同时气体的分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。
答案：(1)减少 减少了1.8×105 J (2)增加 (3)减少
9.解析：(1)设U形管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p。左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2①
p1＝p0②
p2＝p＋ph③
V1＝l1S④
V2＝l2S⑤
由几何关系得
h＝2(l2－l1)⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得
p＝50 cmHg⑦
(2)左管内气体体积增大，说明气体膨胀对外做正功；由于气体温度保持不变，根据热力学第一定律可得W＋Q＝0，故气体从外界吸热。
答案：(1)50 cmHg (2)做正功 吸热
第二节 热和内能
自主广场
我夯基 我达标
1.关于物体内能变化的说法，正确的是( )
A.一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变
B.一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加
C.一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加
D.一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变
思路解析：晶体在熔化过程中要吸热，却没有对外做功，故内能增加，A错误.一定质量的气体在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，内能不一定增加，故B错误.物体热膨胀一定是吸收了热量，对外做功不一定小于吸收的热量，内能不一定增加，C正确.物体体积不变，温度可以改变，内能随之变化，D错误.
答案：C
2.下列说法正确的是( )
A.外界对气体做功，气体的内能一定增大
B.气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C.气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大
D.气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大
思路解析：气体的内能由做功和热传递共同决定，任何一个因素不能起决定作用，所以A、B选项错误.温度是气体分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，温度越低，分子平均动能越小.
答案：D
3.下列说法正确的是( )
A.物体放出热量，温度一定降低
B.物体内能增加，温度一定升高
C.热量能自发地从低温物体传给高温物体
D.热量能自发地从高温物体传给低温物体
思路解析：物体放出热量，有可能同时外界对物体做功，温度不一定会降低；物体内能增加，可能是分子势能增加，分子动能可能不变，物体温度不一定会升高，故B错.C项违背自然规律，故错误.
答案：D
4.下列说法正确的是( )
A.熔融的铁块化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变
B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大
C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能
D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同
思路解析：本题的关键是对温度和内能这两个概念的理解.温度是分子平均动能的标志，内能是所有分子动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化.两物体温度相同时，内能可能不同，分子的平均动能相同，但由式=m2知平均速率可能不同，故A项错，D项正确.最易错的是认为有热量从A传到B，肯定A的内能大，其实有热量从A传到B只说明A的温度高，但内能还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故C错.机械运动的速度增加与分子热运动的动能无关，故B错.
答案：D
5.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比( )
A.气体内能一定增加 B.气体内能一定减少
C.气体内能一定不变 D.气体内能是增是减不能确定
思路解析：气体的内能是由热传递和做功共同决定的，现在吸收热量和对外做功同时进行，不知道具体的数值关系，因此无法判断，所以D项正确.
答案：D
6.关于机械能和内能，下列说法中正确的是( )
A.机械能大的物体，其内能一定很大
B.物体的机械能损失时，内能却可以增加
C.物体的内能损失时，机械能必然减少
D.物体的内能为零时，机械能可以不为零
思路解析：内能和机械能是两种不同形式的能，对同一物体，不考虑形变时，机械能由其宏观速度和相对地面的高度决定，内能则与其内部分子无规则运动及其聚集状态有关，它跟物体宏观速度和高度无直接联系.
答案：B
7.如图10-2-2所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功为W1，生热为Q1；第二次让B在光滑地面上自由滑动，这次F做的功为W2，生热为Q2，则应有( )
图10-2-2
A.W1< W2，Q1= Q2 B.W1= W2，Q1= Q2
C.W1< W2，Q1< Q2 D.W1> W2，Q1< Q2
思路解析：解决本题的关键是找出相对位移，再由公式求热量，公式Q=f·l相对是由能量守恒定律推导而来的.因此，也可以根据能量守恒，通过求其他形式能的减少量来间接求内能的增加量.设B板长为L，A、B间摩擦力为f，当B固定时，W1=FL，Q1=fs相=fL；当B不固定时，如图,由于A对B有摩擦力使B向右移sB，则A的位移为(L+sB)，所以W2=F(L+sB)，Q2=fs相=fL，A正确.
答案：A
8.如图10-2-3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.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10-2-3
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
思路解析：A、B两球升高同样的温度，体积又相同，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球吸收热量多.利用球体体积的变化从而找到做功关系，是解决本题的关键所在，也是本题的创新之处.
答案：B
9.下列关于物体的温度、内能和热量的说法中正确的是( )
A.物体的温度越高，所含热量越多
B.物体的内能越大，热量越多
C.物体的温度越高，它的分子热运动的平均动能越大
D.物体的温度不变，其内能就不变化
思路解析：组成物体的所有分子热运动的动能与分子间势能的总和，叫做物体的内能，它与物体分子热运动的能量状态相对应.内能变化将伴随着做功过程或热传递过程，热量只是热传递过程中表征内能变化多少的物理量，因此，不存在物体含热量多少的概念.
温度是物体大量分子无规则运动平均动能的宏观标志，温度越高表明分子平均动能越大.因此，选项C是正确的.一个物体的温度不变，仅表明它的分子热运动的平均动能没有变化，但是，分子间的势能有可能变化，即内能有可能变化，如晶体熔解过程，温度不变，所吸收的热量用来增加分子间的势能.因此，选项D不正确.
答案：C
我综合 我发展
10.在一个横截面积为S的密闭容器中，有一个质量为M的活塞把容器隔成Ⅰ、Ⅱ两室，Ⅰ室中为饱和水蒸气，Ⅱ室中有质量为m的氮气，活塞可在容器中无摩擦地滑动.原来容器被水平地放置在桌面上，活塞处于平衡时，活塞两边气体的温度均为T0=373 K，压强同为p0，如图10-2-4所示.今将整个容器缓慢地转到图10-2-5所示位置?.两室内温度仍是T0，有少量水蒸气液化成水.已知水的汽化热为L，水蒸气和氮气的摩尔质量分别为μ1和μ2.求整个过程中，Ⅰ室内的系统与外界交换的热量.(提示：克拉珀龙方程pV=RT)
图10-2-4 图10-2-5
思路解析：当容器处在初始位置时，设水蒸气的体积为V1，氮气的体积为V2，压强为p0，当容器处在直立位置时，氮气的体积为V2+ΔV，压强为p=p0-①，水蒸气的体积为V1-ΔV，压强为p+=p0，又p0V2=RT0②，p(V2+ΔV)=RT0③.由①②③式解得ΔV=④.设转变成水的质量为Δm，则因为只有少量的水蒸气变成水，所以水的体积可忽略不计，于是Δm=⑤.将④代入⑤式得Δm=⑥.Ⅰ室内的系统向外界放出的热量为Q=ΔmL
=.
答案：
11.如图10-2-6所示，一个小铁块沿半径为R=0.2 m的半球内壁自上缘由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s.设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收.已知铁的比热容c=0.46×103 J/(kg·℃)，重力加速度g取10 m/s2，求铁块升高的温度.
图10-2-6
思路解析：铁块滑下损失的机械能ΔE=mgR-mv2=1.5m J，铁块吸收的能量Q=cmΔt，由能量守恒ΔEη=Q
得Δt==1.3×10-3 ℃.
答案：1.3×10-3 ℃
12.把100 g的金属块〔已知金属比热容0.84×103 J/(kg·℃)〕放入冰箱的冰冻室里很长时间，取出后立即投入80 g 40 ℃的温水中，混合后的共同温度是30 ℃.不计热量损失，求冷冻室的温度.
思路解析：由Q吸=Q放，得c水m水Δt1=c金m金Δt2
展开，移项得
t=℃=℃
=℃=--10 ℃.
答案：-10 ℃
我创新 我超越
13.一杯0 ℃的水，放进一块t ℃的金属块后，热平衡温度为t5 ℃；若往同一杯0 ℃的水中，放入两块t ℃与前者完全相同的金属块后，热平衡的温度将是多少？
思路解析：设水的质量为m水，金属块的质量为m金，则由能量守恒定律得m水c水=m金c金(t-)①，且设第二次热平衡时温度为t′，则可得m水c水t′=2m金c金(t-t′)②，由①②式解得t′=℃.
答案： ℃
14.一块冰从高空落下，由于空气摩擦和地面撞击，机械能全部转化为内能，并有50%被冰块吸收使冰块恰好熔化.如果冰的熔化热为3.36×105 J/kg，这块冰下落高度是多少？(设在此过程中重力加速度g值不变)
思路解析：设落下的冰的质量为m，高度为h，由能的转化和守恒定律有mghη=λm得h= m=6.8×104 m.
答案：6.8×104 m
第五节 热力学第二定律的微观解释 第六节 能源和可持续发展
自我小测
1．关于有序和无序，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
2．下列关于能源的说法中正确的是( )
A．能源是无限的，因为能量是守恒的
B．能源是有限的，因为耗散的能量不能重新收集利用
C．使用常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用会造成严重污染，因此不提倡使用
3．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
4．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”
5．下列对能量耗散的理解中，正确的是( )
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
6．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
7．下列对“覆水难收”的叙述中，正确的是( )
A．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序
B．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为无序
C．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序
D．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序
8．对气体向真空中扩散的规律，下列说法中正确的是( )
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数在整个容器中分布越均匀，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
9．能源问题是当前热门话题，传统的能量——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完毕，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。
如图表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为水坝；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，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，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，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。
参考答案
1.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；一个“宏观态”可能对应一个或许多微观态，所以B项正确，C项错。
答案：BD
2.解析：尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，A错，B对；常规能源比新能源和核能对环境影响大，C对，D错。
答案：BC
3.解析：熵是分子运动无序程度的量度，熵越大，越无序。
答案：AD
4.解析：在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体，A正确；空调机工作过程中，电流做功产生热，所以向室外放热多，从室内吸热少，B正确；C项中的说法违反热力学第二定律，C错；对能源的过度消耗会造成可以利用的能量减少，而总的能量是守恒的，D错。
答案：AB
5.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，宇宙中的能量既没有减少，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项错误。
答案：BD
6.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，熵将增加，故B、D对。
答案：BD
7.解析：一切自然的过程总是从有序转化为无序，因此盆中的水是有序的，泼出的水是无序的。
答案：AC
8.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，故回到原状态的可能性越小，故A、C、D对，B错。
答案：ACD
9.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：10
第五节 热力学 第二定律的微观解释
自主广场
我夯基 我达标
1.a、b两个分子分配在容器A、B里共有________个微观态，每个微观态出现的几率为________.那么N个分子分配在l个容器中，共有________个微观态，每个微观态出现的几率为________.
思路解析：将A、B容器看作一个孤立系统，则每种分配情况可看作一个微观态，如下表：
A容器
0
ab
a
b
B容器
Ab
0
b
a
那么共有4个微观态，且出现微观态的几率为，依次推广，可知N个分子在l个容器中共有lN个微观态，每种微观态出现的几率为.
答案：4 lN
2.热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角度出发，从统计意义来进行解释.
图10-5-1
气体自由膨胀的不可逆性可以用几率来说明.
图10-5-2
a、b、c三个分子在A、B两室的分配方式
A室
abc
ab
ba
ca
c
a
b
0
B室
0
c
a
b
ab
bc
ca
abc
则(1)a分子出现在A室的几率为_________；
(2)a、b、c三分子全部回到A室的几率为_________
(3)N0个分子全部自动收缩到A室的几率为_________.
思路解析：a分子在自由运动后，在A室、B室的几率分别为，b分子在A室、B室的几率分别为，c分子在A室、B室的几率为，则a、b、c在A室的几率为××= =
假设有N个分子，则在A室的几率为.
答案： →0
我综合 我发展
3.把a、b、c、d四个分子分别放在甲、乙两个容器时，使“甲、乙容器各有2个分子”的微观状态有多少个？
思路解析：我们可以把这个系统看作是孤立的系统，a、b、c、d四个分子可以随意地放在任意的一个容器里，如下表：
甲容器
ab
ac
ad
bc
bd
cd
乙容器
cd
bd
bc
ad
ac
ab
那么，“甲乙容器各有2个分子”的微观状态有6个.
答案：6
我创新 我超越
4.参与不可逆过程的所有物体的熵的总和总是增加的，这种演变规律说明了什么？
答案：从热力学意义上讲，熵是不可用能量度的，熵增加意味着系统的能量数量不变，但质量却越变越坏，转变成功的可能性越来越低，不可用程度越来越高.因此熵增加意味着能量在质方面的耗散.
从统计意义上讲，熵反映分子运动的混乱程度或微观态数的多少.熵增加反映出自发过程总是从热力学几率小的或微观状态数少的宏观状态向热力学几率大的或微观状态数多的宏观状态演变.系统的最终状态是对应于热力学几率最大，也就是说是最混乱的那种状态，即平衡态.
第五节 热力学第二定律的微观解释
自我小测
1关于有序和无序下列说法正确的是( )
A．有序和无序不是绝对的
B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”
C．一个“宏观态”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
2倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯子底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是( )
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
3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，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
4下列关于熵的说法中正确的是( )
A．熵是系统内分子运动的无序性的量度
B．在任何自然过程中熵总是增加的
C．热力学第二定律也可以叫熵减小原理
D．熵值增大代表着越无序
5关于能量耗散的说法正确的是( )
A．能量的耗散说明能量不在守恒
B．能量耗散并不违背能量的转化和守恒定律
C．能量耗散能说明能量不能凭空创造，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量的角度反映自然界的宏观过程具有方向性
6下列说法正确的是( )
A．机械能和内能之间的转化是可逆的
B．气体向真空中的膨胀是可逆的
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
7下列说法正确的是( )
A．一切自然的过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
B．一切自然的过程总是沿着分子热运动的有序性增大的方向进行
C．在任何自然过程中，一个孤立的系统的总熵一定不会增大
D．在任何自然过程中，一个孤立的系统的总熵可能会减小
8下列关于热现象的说法，正确的是( )
A．外界对物体做功，物体的内能一定增加
B．气体的温度升高，气体的压强一定增大
C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体
D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
9下列说法中正确的是( )
A．无论用什么方法都不能使一个物体损失内能而对外做功
B．不可能使一低温物体放出热量而使一高温物体吸收热量
C．不可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
D．不可能使一个物体通过降低自己的温度来获得动能
10(2007海南高考)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，将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少，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________。
11(2008广东高考)(1)如图所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面，如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力________的拉力向上拉橡皮筋，原因是水分子和玻璃的分子间存在________作用。
(2)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。
12一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？
13保持体积不变，将一个系统冷却，熵怎样变化？
14自然过程的方向性是从有序状态自发地转向无序状态。如何根据这种理论说明热传递和功改变内能的两种过程的不可逆性？
参考答案
1答案：ABD
2解析：若系统是封闭的，则不会出现结晶的过程，结晶是由于水分的蒸发，是外界因素的影响。
答案：BD
3答案：AD
4解析：如果过程是可逆的，则熵不变，如果过程是不可逆的，则熵增加。而是一切自然过程都是向着分子热运动的无序的方向进行。故ABD正确。
答案：ABD
5解析：能量耗散说明能量的转化过程中仍遵守能量的守恒定律，只是具有方向性，不可逆。
答案：BD
6解析：一个宏观态对应的微观态越多，说明这个宏观态是比较无序的，故D对。
答案：D
7答案：A
8答案：D
9答案：C
10答案：ABEG
11答案：(1)大 引力 (2)扩散 无规则运动
12解析：气体被压缩过程中，体积减小，分子间的相对位置越来越确定，系统的无序程度越来越小，所以熵减小。
13解析：系统冷却，温度降低，系统内分子无规则运动减弱，所以熵减小了。
14解析：在热传递过程中，热量总是从高温物体自发地流向低温物体，直到两个物体的温度相同。初始状态，进行热传递的两个物体所组成的系统温度不同，这是比较不均匀的状态，也是比较有序的状态；末状态，系统的温度相同，是比较均匀的状态，也就是比较无序的状态，所以热传递的过程是从比较有序的状态向着比较无序的状态转化的。即向熵增加的方向转化的，是不可逆的。
同样，功改变内能的过程也是不可逆的，这种不可逆是指功(机械能)可以全部转化为内能，而内能却不能全部转化为机械能(功)。具有机械能的物体是比较有序的状态，随着功转变成内能，物体无序化的程度增加，这种从有序到无序的自发的转化过程，体现了自然过程的方向性，即熵增加的方向进行，所以不可逆。
第六节 能源和可持续发展
自主广场
我夯基 我达标
1.关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的( )
A.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
思路解析：能量虽然守恒，但有的资源好利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故B错.
答案：B
2.为了减缓大气中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
思路解析：能源与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源.
答案：BD
3.产生酸雨的罪魁祸首是( )
A.二氧化碳 B.氟利昂 C.二氧化硫 D.一氧化碳
思路解析：酸雨的主要成分是亚硫酸，二氧化硫与空气中的水蒸气接触会生成亚硫酸，故C正确.
答案：C
4.关于“温室效应”，下列说法中正确的是( )
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
思路解析：“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、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确.
答案：BC
5.下面关于能源的说法中正确的是( )
A.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
思路解析：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项错，B项对.常规能源的利用比核能利用对环境的影响大，C项对，D项错.
答案：BC
6.以下说法正确的是( )
A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源是太阳能
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
思路解析：煤、石油、天然气是动植物转化成的，其来源是太阳能，汽油燃烧会导致有毒气体生成，B错.水是可再生资源，C对.煤、石油的存量是有限的.
答案：AC
7.有人说，煤和石油的能量也来自太阳，那么太阳能通过什么途径变成煤和石油中的化学能？
答案：煤和石油都是古生物的遗体被压在地层中经过漫长的地质年代形成的.太阳能先通过植物的光合作用变为植物体内的化学能，再转变为煤的化学能.植物的化学能转移到动物体内，然后就成了石油的化学能.
我综合 我发展
8.太阳与地球的距离为1.5×1011 m，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面23的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.87×1024 J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%的能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1 kg水需要2.2×106 J的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面.
(1)估算整个地球表面的年平均降雨量(以毫米表示，球面积为4πR2)；
(2)太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分.太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由.
思路解析：设太阳一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，则W=1.87×1024 J.设凝结成雨滴一年降落到地面上水的总质量为m，则由题意得
m= kg=5.14×1017 kg.
设地球表面覆盖一层水的厚度为h，水的密度为ρ，则有m=ρ·4πR2h，则
h=
= m
=1.01 m=1.01×103 mm.
答案：(1)1.01×103 mm (2)太阳辐射到地球的能量没有全部到达地面的原因是大气层的吸收、大气层的散射或反射、云层遮挡等.
9.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0.1 m2的面盆盛6 kg的水，经太阳垂直照射15 min，温度升高5 ℃.若地表植物接收太阳光的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦？
(2)若绿色植物在光合作用中每吸收1 kJ的太阳能可以放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少升氧气？(1公顷=104 m2)
思路解析：本题是物理和生物相互渗透的跨学科综合题.此题是利用所给予的信息计算出每平方米每秒接收的能量，再利用绿色植物吸收的能量与放出氧气的关系即可计算出总的氧气量?.
(1)水盆中的水接收的太阳能为Q0=cmΔt.地球表面每平方米每秒接收的太阳能为Q1= J，即每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为1.4×103 J.
(2)每秒钟每公顷绿地吸收的太阳能为Q2=Q1S1=1.4×103×104 J=1.4×104 kJ，每秒钟放出氧气的体积为V=1.4×104×0.15 L=700 L.
答案：1.4×103 J 700 L
10.据《中国环境报》报道：从一份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造成的经济损失高达15亿元.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.
(1)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，请你从全球环境保护的角度，分析这种作法是否可取，说明其理由.
(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？
思路解析：(1)不可取，因为SO2的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害.(2)传统的煤、石油作燃料的缺点是：首先煤、石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的.其次燃烧后生成的SO2、NOx等严重污染大气，进而形成酸雨，燃烧后产生的CO2又会造成温室效应.与传统的煤、石油作燃料相比，H2可以作为新能源.它的主要优点是：①H2可以用水作为原料来制取；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.它的缺点是不易获得和携带.
11.能源问题是当前的热门话题，传统的能源——煤和石油，一方面储量有限，有朝一日将要被开采完毕，另一方面，使用过程中也带来了污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即是一例.
关于潮汐，古人说：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也.”图1061是利用潮汐发电的示意图.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，堵住通道［图10-6-1(甲)］，潮退至最低点时放水发电［图10-6-1(乙)］；待内外水面高度相同；再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电［图10-6-1(丙)］.设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差3.0 m，则一天内水流的平均功率为_____MW.
图10-6-1
(注：实际上由于各种损失，发电功率仅为水流的平均功率的10%—25%.例如法国兰斯河(the Rance River)潮汐发电站水势能释放平均功率240 MW，而发电功率仅为62 MW)
思路解析：潮汐发电其实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=ρVg=1.0×103×5.0×107×3×10 N=1.5×1012 N
其重心的高度变化为：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
即P≈100 MW.
答案：100
我创新 我超越
12.在交通运输中,常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能.“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率=.一个人骑电动自行车，消耗1 mJ(106 J)的能量可行驶30 km.一辆载有4人的普通轿车，消耗32 0 mJ的能量可行驶100 km.则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是( )
A.6∶1 B.12∶5 C.24∶1 D.48∶7
思路解析：电动自行车客运效率η1=，普通轿车的客运效率η2=,二者效率之比为=24∶1.
答案：C
13.风能是“可再生能源”.我国风力资源丰富，风力发电是一种经济而又清洁的能源利用.我国甘肃省某地，四季的平均风速为10 m/s，已知空气的密度为1.3 kg/m3，该地新建的小型风力发电机的风车有三个长度均为12 m长的叶片，转动时可形成半径为12 m的一个圆面.
(1)若这个风车能将通过此圆面内的10%的气流的动能转化为电能，那么该风车带动发电机功率为多大？(保留两位有效数字)
(2)为了减少风车转动的磨损，根据最新设计，在转动轴与轴承的接触部分镀了一层纳米陶瓷，一般的陶瓷每立方厘米含有1010个晶粒，而这种纳米陶瓷每立方厘米含有1019个晶粒.若把每个晶粒看成球形，并假设这些晶粒是一个挨着一个紧密排列的，那么每个晶粒的直径大约为多少纳米？
思路解析：(1)每秒通过圆面的气流构成一个长为v、底面积为S=πR2的圆柱体，如右图所示，则这部分空气的质量m=ρπR2v，其动能为Ek=ρπR2v3，每秒转化的电能即为发电机的功率P=，代入数据解得P=2.9×104 W.
(2)设这种纳米陶瓷每个晶粒的直径为d，则V=N·π()3=，即
10-6=1019×3.14×
解得d=6×10-9 m=6 nm.
答案：(1)2.9×104 W (2)6 nm
第四节 热力学 第二定律
自主广场
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1.下列关于热传导的说法中，正确的是( )
A.热量只能从高温物体流向低温物体，而不能从低温物体流向高温物体
B.热量可以从低温物体传递给高温物体
C.热量可以有条件地从低温物体传递给高温物体，只要低温物体内能足够大
D.热量可以有条件地从低温物体流向高温物体，条件是外界必须做功
思路解析：克劳修斯表述并没有排除热量由低温物体流向高温物体A错.说法B比较笼统，但并无错误.说法C对条件的解释有错误，热量的流向与物体内能无直接关系，C错.说法D正确.
答案：BD
2.下列说法中正确的是( )
A.功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功
B.热机必须是具有两个热库，才能实现热功转化
C.热机的效率不可能大于1，但可能等于1
D.热机的效率必定小于1
思路解析：本题要求全面领会开尔文表述的含义，同时注意语言逻辑性.开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要发生其他变化，比如气体等温膨胀，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A错.开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，B错.由η=可知，只要Q2≠0，则η≠1，如果Q2=0，则低温热库不存在，违反开尔文表述，C错.
答案：D
3.关于热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律
B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律
C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果
D.由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义
思路解析：热力学第二定律，是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的.它揭示了宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义.
答案：B
4.(2006全国统考广东卷，4) 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
思路解析：第二类永动机并不违反能量守恒定律，它只不符合热力学第二定律，所以A项错误.从热力学第一定律可知物体内能的改变ΔU与物体吸、放热ΔQ和做功ΔW有关，即ΔU=ΔQ+ΔW.物体只从外界吸收了热量，做功情况不明确，同样道理，对物体做功而吸、放热情况不明确，都不能断定物体的内能如何变化，所以B、C项错误.做功是通过机械能转化为热能，而热传递是热能从一个物体转移到另一个物体，两种改变内能的方式和本质是有区别的，所以D项正确?.
答案：D
5.如图10-4-1所示，一定质量理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420 J，同时膨胀对外做功300 J.当气体从状态B经过Ⅱ回到状态A时，外界压缩气体做功200 J.求此过程中气体是吸热还是放热，热量是多少.
图10-4-1
思路解析：气体由状态A经过程Ⅰ、过程Ⅱ又回到状态A，初、末状态内能不变，由热力学第一定律：ΔU=W+Q，可得：0=+420-300+200+QZ
QZ=-320 J
所以第二过程中气体放热320 J.
答案：放热 320 J
6.试对热力学第一定律和热力学第二定律作一简单的评析.
思路解析：热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系．后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行.
我综合 我发展
7.下列说法正确的是( )
A.热量有可能由低温物体传给高温物体
B.气体的扩散过程具有方向性
C.只要尽量完善工艺水平，热机效率可以达100%
D.热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程都具有方向性
思路解析：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但借助外界作用是可以实现的；无论如何提高工艺水平，效率都不可能达到100%；热力学第二定律说明了与热现象有关的宏观过程都具有方向性.
答案：ABD
8.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，物体内能必定增加
C.第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律
D.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
思路解析：根据热力学第二定律可知热量可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化.由热力学第一定律可知，外界对物体做功，物体的内能不一定增加，第二类永动机是违背了热力学第二定律.
答案：D
9.(2006北京理综，15) 如图10-4-2所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，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( )
图10-4-2
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
思路解析：当阀门K被打开，P中的气体进入Q中，由于Q中为真空，且系统与外界无热交换，所以气体内能不变，A、B选项错误.气体体积增大，温度不变，压强减小，选项C错误.
由热力学第二定律可知，Q中气体不可能自发地全部退回到P中，所以D选项正确.
答案：D
我创新 我超越
10.下列说法中正确的是( )
A.甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B.热机的效率从原理上讲可达100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D.以上说法均不正确
思路解析：热量总是从高温的物体传给低温的物体，和内能无关，A错.由热力学第二定律：“不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化”可知，任何热机的机械效率都不可能达到100%，因此B错.关于“能源危机”必须明白几点：(1)能源是提供能量的资源，如煤、石油等；(2)人们在消耗能源时，放出热量，有的转化为内能，有的转化为机械能等等，但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来利用(能量耗散)，而可供利用的能源是有限的，不可能再生(或短时间内不可再生)，因此能量守恒并非说明无能源危机，故C错.
答案：D
11.下列说法中正确的是( )
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.热传导是有方向的
D.能量耗散说明能量是不守恒的
思路解析：“热量能自发地从高温物体传给低温物体”是符合热力学第二定律中关于“热传导是有方向的”规律的，所以选项A和C是正确的.热量虽然不能自发地从低温物体传到高温物体，但在一定外加条件下，也能做到“热量从低温物体传到高温物体”，例如电冰箱等电器的工作过程，所以选项B是不正确的.所谓“能量耗散”是指在能量的转化过程中没有办法把流散的能量重新收集起来，重新加以利用，“能量耗散”过程中能的总量还是守恒的，只是能量的转化是有方向性的，而不是能量不守恒，因此选项D也是错误的.
答案：AC
12.一木块静止在光滑的水平面上，被水平方向飞来的子弹击中，子弹进入木块的深度为2 cm，木块相对于桌面移动了1 cm.设木块对子弹的阻力恒定，则产生的热能和子弹损失的动能之比为( )
A.1∶1 B.2∶3 C.1∶2 D.1∶3
思路解析：子弹损失的动能等于子弹克服阻力所做的功，子弹的位移为打入深度d和木块移动的距离L之和，有：ΔEk=F(d+L)
产生的热能为：Q=Fd
故有：，所以选B.
答案：B
13.用火箭把质量m=1.0×103 kg的卫星发射到接近地面的圆形轨道上绕地球运行.已知地球半径R=6.4×106 m，火箭内所装燃料的热值q=6.4×107 J/kg，地面附近的重力加速度g=9.8 m/s2.若燃料完全燃烧产生的热量有1%转化为卫星运行时的动能，火箭内所装燃料的质量至少为多少？
思路解析：近地卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力定律和牛顿第二定律得G≈mg，则卫星运行时的动能Ek=mv2=mgR.
设火箭内所装燃料的质量至少为m′，全部燃烧产生的热量Q=qm′，依题意有qm′×1%=mgR，故
m′=×100
=
=4.9×104 kg.
答案：4.9×104 kg
第四节 热力学第二定律
自我小测
1．热力学定律表明自然界中与热现象有关的宏观过程( )
A．有的只遵守热力学第一定律
B．有的只遵守热力学第二定律
C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D．所有的都遵守热力学第一、第二定律
2．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，下列说法中正确的是( )
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
3．(2014·大连高二检测)下列说法正确的是( )
A．机械能和内能的转化具有方向性
B．电能不可能全部转化为内能
C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
D．在火力发电机中燃气的内能不可能全部转化成电能
4．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%
5．(2012·课标全国理综)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．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
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。关于这一现象的正确说法是( )
A．这一实验过程不违反热力学第二定律
B．在实验过程中，热水一定降温，冷水一定升温
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
7．(2013·山东理综)下列关于热现象的描述正确的一项是( )
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
8．关于热机和永动机，下列说法中正确的是( )
A．效率为100%的热机是不可能制成的
B．笫二类永动机可以制成
C．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的
D．能把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
9．有人估算使地球上的海水降低0.1 ℃，就能放出5.8×1024 J的热量，这相当于1 800个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。假定整个海洋都具有同一温度，你能设计一种只靠吸收海水的热量推动轮船航行，而不需要燃料的机器吗？
参考答案
1.解析：热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，D项正确，A、B、C项错误。
答案：D
2.解析：热力学第一定律适用于所有的热学过程，C项正确，D项错误；由热力学第二定律可知A项错误，B项正确。
答案：BC
3.解析：凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，A、D正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为电能，B错误；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反热力学第二定律，是制造不出来的，C正确。
答案：ACD
4.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
5.解析：改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，选项A正确；对物体做功的同时向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，选项B错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，选项C正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，选项D错误；根据热力学第二定律可知，选项E正确。
答案：ACE
6.解析：自然界中的任何现象或过程都不违背热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A项正确；整个过程中能量守恒且热现象有方向性，B项正确；在绝热过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D项错误。
答案：AB
7.解析：根据热力学第二定律的开尔文表述：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。可知热机的效率不可能达到100%，选项A错误。做功是内能与其他形式的能发生转化，而热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移，所以选项B错误。温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，故选项C正确。单个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫作统计规律，大量分子的集体行为受到统计规律的支配，故选项D错误。
答案：C
8.解析：热机在工作过程中，必然向外排出热量，故热机效率小于100%，故A对；由热力学第二定律可得C对，B错；内能要全部转化为机械能，必须借助外界的帮助，因而一定会引起其他变化，故D错。
答案：AC
9.解析： 这种靠吸收海水热量推动轮船航行的热机基本结构如图所示。设大气温度为t2，海水温度为t1，在不同的温差下，热机的工作情况不同。
当t2≥t1时，热机无法从海水中吸取热量对外做功，否则将需要一个用于放热的更低温的热源。
当t2答案：见解析。
