①Q＋W
②不可制成的
③方向
④克劳修斯
⑤开尔文
⑥小于
⑦不可制成的
⑧增
⑨高
⑩低
?温室
?超导
?太阳
?风
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现形式．它给出了做功和热传递在改变物体内能上是等价的．
1．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做的功(W)和物体从外界吸收的热量(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号的含义是解决本类问题的关键．
(1)外界对物体做功，W＞0；物体对外界做功，W＜0；
(2)物体从外界吸热，Q＞0；物体向外界放热，Q＜0；
(3)ΔU＞0，物体的内能增加；ΔU＜0，物体的内能减少．
解题思路：分析题干，确定改变内能的方式(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论
2．注意的问题
(1)只有绝热过程时Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．
(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化．
(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑．
(4)对于气体，做功W的正负一般要看体积变化，气体体积缩小，W＞0；气体体积增加，W＜0.
如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，已知容器横截面积为S.活塞重为G，大气压强为p0.若活塞固定，密封气体温度升高 1 ℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q2.
问Q1和Q2哪个大些？气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同？
【解析】 设密闭气体温度升高1 °C，内能的增量为ΔU，则有
ΔU＝Q1 ①
ΔU＝Q2＋W ②
因气体体积膨胀，W＜0，故Q1由此可见，质量相等的同种气体，在定容和定压两种不同情况下，尽管温度变化相同，但吸收的热量不同，所以同种气体在定容下的比热容与在定压下的比热容是不同的．
【答案】 Q1＜Q2 见解析
应用热力学定律和能量守恒时的步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化．
(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．
(3)列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增．
热力学第二定律及其应用
1．热力学第二定律的两种表述
(1)按照热传递的方向性表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．这是热力学第二定律的克劳修斯表述．
(2)按照机械能与内能转化的方向性表述为：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．这是热力学第二定律的开尔文表述．
2．热力学第二定律的微观意义
(1)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．
(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
3．分析问题的方法
(1)热力学第二定律的本质是对宏观自然过程进行方向的说明．
(2)凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．
(3)对热力学第二定律的各种表述都是等效的．
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
【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
能源对环境的影响
1．二氧化碳的排放与温室效应
大量燃烧石油、煤炭、天然气等产生的二氧化碳气体，增大了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫“温室效应”．
温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化．
2．酸雨的成因、危害及防止
(1)成因：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨．
(2)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．
(3)防止：①健全法规，强化管理，控制排放．②发展清洁煤技术，减少燃烧过程中二氧化硫的排放．③通过改造发动机，安装汽车尾气净化装置，用无铅汽油代替含铅汽油等手段，控制汽车尾气排放．
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，只准太阳光的热辐射进来，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，地球上的气温正在升高
D．现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能
E．由于人口剧增，呼出的二氧化碳增多
【解析】 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分与水、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．故E错误，其他四个选项都很正确，但就温室效应这一观点而言，A、B、C较准确．
【答案】 ABC
1．关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
【解析】 根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法A错误；改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，说法B正确；理想气体等压膨胀对外做功，根据＝恒量知，膨胀过程一定吸热，说法C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，说法D正确；两个系统达到热平衡时，温度相等，如果这两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，说法E正确．故选B、D、E.
【答案】 BDE
2．一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是( )
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
【解析】 由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.设过程bc中压强为p0＝pb＝pc，过程da中压强为p0′＝pd＝pa.由外界对气体做功W＝p·ΔV知，过程bc中外界对气体做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，过程da中气体对外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，选项E正确(此选项也可用排除法直接判断更快捷)．
【答案】 ABE
3．关于气体的内能，下列说法正确的是( )
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．气体被压缩时，内能可能不变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
【解析】 气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，说法A错误；内能与物体的运动速度无关，说法B错误；气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，说法C正确；一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，说法D正确；根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，说法E正确．
【答案】 CDE
4．如图所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J．在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
【解析】 完成一次循环气体内能不变，ΔU＝0，吸收的热量Q＝(20＋12－4－20) J＝8 J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8 J，气体对外界所做的功为8 J.
【答案】 8 J
5.如图所示，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则它们的大小关系为________．
【解析】 由理想气体状态方程可知＝＝，即＝，得Tc＝Tb，则气体在b、c状态内能相等，因a到b和a到c的ΔU相同；而a到c过程中气体体积不变，W＝0，a到b过程中气体膨胀对外做功，W＜0，根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W可知a到b的吸热Qab大于a到c的吸热Qac，即Qab＞Qac.
【答案】 Tc＝Tb Qab>Qac
课件42张PPT。第五章 能源与可持续发展章末复习课23456789热力学第一定律与能量守恒101112131415161718热力学第二定律及其应用1920212223能源对环境的影响 242526272829303132333435363738394041Thank you for watching !章末综合测评(四)
(时间：60分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括10小题，每小题6分，共60分，在每小题给出的5个选项有3项符合题目要求．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分)
1．下述做法不能改善空气质量的是( )
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．限制使用电动车
E．大量使用核能发电、风力发电和水力发电
【解析】 以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；私人汽车代替公交车会使汽油消耗量增加，带来的空气污染物增多；限制使用电动车对改善空气质量无影响；核能发电、风力发电和水力发电能减少污染物．故选A、C、D.
【答案】 ACD
2．我国拥有较丰富的地热资源，其开发利用前景广阔．下列关于地热能说法正确的是( )
A．可以用于洗浴、发电以及供暖等方面
B．与煤炭、石油、天然气一样都是化石能源
C．主要源于地球内部放射性元素衰变产生的能量
D．与地下水结合可形成热水型地热，释放形式之一是温泉
E．地热能不是一次能源，也不是新能源
【解析】 地热能的用途有采暖、发电、种植、养殖、医疗等多个方面；地热能是来自地球内部的能量，不属于化石能源，是地球内部放射性元素衰变释放的热能，是一次能源也是新能源；地热能与地下水结合就变成地下热水或蒸汽，这些地下热水沿着断层或裂隙上升到地表，就形成温泉等，故B、E错误．
【答案】 ACD
3．酸雨对植物的正常生长影响很大，为了减少酸雨的影响，应采取的措施是( )
A．少用煤做燃料
B．燃料脱硫
C．在已经酸化的土壤中加石灰
D．多种植美人蕉、银杏等植物
E．鼓励大量购买私家车
【解析】 酸雨主要是由煤、石油等燃料，尤其是煤燃烧所释放的SO2和氮氧化物在降水过程中溶入雨水形成的，因而为减小酸雨的影响，少烧煤和燃料脱硫是有效的方法；另外美人蕉和银杏对SO2有较强的吸收能力；汽车尾气不能减少酸雨的形成，故C、E错误，选A、B、D.
【答案】 ABD
4．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是( )
A．机械能守恒
B．机械能在减少
C．总能量守恒
D．只有动能和重力势能的相互转化
E．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
【解析】 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，减少的机械能通过克服阻力做功转化为内能，但总能量不变，故B、C、E选项正确．
【答案】 BCE
5．采用绝热(即不与外界交换热量)的方式使一定量的气体由初态A变化至末态B，对于不同的绝热方式，下面说法正确的是( )
A．对气体所做的功不同
B．对气体所做的功相同
C．气体对外所做的功相同
D．对气体不需做功，因为没有能量的传递
E．气体内能的变化是相同的
【解析】 对于一定量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B，都是绝热过程．在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能UA，在状态B有另一确定的内能UB，由绝热过程中ΔU＝UB－UA＝W知，W为恒量，所以B、C、E选项正确．
【答案】 BCE
6．如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是( )
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
【解析】 因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功．根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，E错误．
【答案】 ABD
7.如图所示，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体( )
A．内能增加
B．对外做功
C．压强增大
D．分子间的引力和斥力都增大
E．分子间除碰撞力外无斥力和引力
【解析】 因汽缸导热良好，故环境温度升高时封闭气体温度亦升高，而一定质量的理想气体的内能只与温度有关，故封闭气体的内能增大，A正确；因汽缸内壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸内气体的压强p＝p0＋不变，C错误；由盖吕萨克定律＝恒量，可知气体体积膨胀，对外做功，B正确；理想气体分子间除碰撞瞬间外无相互作用力，故D错误，E正确．
【答案】 ABE
8．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”
E．虽然能源不断消耗，但总能量保持不变，只不过能用的能量不断减少
【解析】 热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误、E正确．
【答案】 ABE
9．如图所示，带有活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体．将一个半导体NTC热敏电阻R置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，汽缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．热敏电阻发热不计．若发现电流表的读数增大时，以下判断正确的是( )
A．气体一定对外做功
B．气体体积一定增大
C．气体内能一定增大
D．气体压强一定增大
E．气体体积一定减小
【解析】 电流表读数增大，说明热敏电阻温度升高，由于汽缸绝热，故气体温度升高，则内能一定增大，C正确；气体压强也一定增大，D正确；由ΔU＝W＋Q知，W为正，所以外界对气体做功，气体体积减小，E正确．
【答案】 CDE
10.如图所示，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( )
A．气体体积膨胀，内能不变
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．气体分子势能可认为不变，气体分子的平均动能也不变
E．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
【解析】 据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，可知E项正确；容器内气体自由膨胀，气体与外界之间不做功也没有热交换，故气体的内能不变，A正确，B不正确；气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变，C项不正确；内能不变，即温度不变，故分子的平均动能不变，D正确．
【答案】 ADE
二、非选择题(本题共3小题，共40分．按题目要求作答)
11．(12分)随着我国经济的发展，汽车数量迅猛增长，汽车排放的尾气造成的空气污染越来越严重．据有关资料统计，汽车尾气排放造成的空气污染目前已占整个污染源的一半以上．在这种情况下，目前正在研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景．如图所示是某研究所研制的太阳能汽车，它是利用太阳能电池板将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车．设太阳光照射到电池板上的辐射功率为 7 kW.在晴朗的天气里，电池板对着太阳时产生的电压为160 V，并对车上的电动机提供12 A的电流，请你求出：
(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180 N，则在1 min内这辆车行驶了多少米？
【解析】 (1)电动机消耗的电功率
P＝UI＝160×12 W＝1 920 W.
(2)由P＝得
W电＝Pt＝1 920×60 J＝115 200 J
由题意W机＝W电η＝115 200 J×75%＝86 400 J
又由W＝Fs得
汽车行驶的距离s＝＝ m＝480 m.
【答案】 (1)1 920 W (2)480 m
12．(12分)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D.已知在状态A时，气体温度tA＝327 ℃.
(1)求气体在状态B时的温度；
(2)已知由状态B→D的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因．
【解析】 (1)气体由状态A变化到状态B
由查理定律＝可得
TB＝TA＝×(327＋273) K
＝300 K
所以tB＝27 ℃.
(2)由B→D的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q－W>0可得Q>W.
【答案】 (1)27 ℃ (2)Q>W 原因见解析
13．(16分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量气体的p?V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335 J热量传入系统，系统对外界做功126 J．求：
(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42 J，则有多少热量传入系统？
(2)若系统由状态b沿曲线返回状态a的过程中，外界对系统做功84 J，则系统是吸热还是放热？传递的热量是多少？
【解析】 (1)由热力学第一定律可得，a→c→b过程系统增加的内能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209 J，由a→d→b过程有ΔU＝W′＋Q′
得Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251 J，为正，即有251 J的热量传入系统．
(2)由题意知系统由b→a过程内能的增量
ΔU′＝－ΔU＝－209 J
根据热力学第一定律有Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84)J＝－293 J
负号说明系统放出热量，传递的热量为293 J.
【答案】 (1)251 J (2)放热 293 J
