高中物理粤教版选修3-3作业题 第三章　热力学基础+章末复习课 Word版含解析

章末复习课
[知识体系]
主题1　热力学第一定律
1．做功和热传递的区别与联系．
做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不同．做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的转移．
特别提醒　(1)存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是物体热传递过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关．
(2)机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量．两者没有直接关系，但可以相互转化．
2．热力学第一定律．
热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)和物体从外界吸热(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的保证．
(1)外界对物体做功，W>0；物体对外做功，W<0；
(2)物体从外界吸热，Q>O；物体放出热量，Q<0；
(3)ΔU>O，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少．
特别提醒　分析题干，确定内能改变的手段(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论
【典例1】　(2016·全国Ⅱ卷)(多选)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pT图象如图所示，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：由理想状态方程知ca为等容线，体积相等则A正确；a、c两状态a的温度大于b的温度，则a的内能大于b的内能，故B正确；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，cd过程温度不变(内能不变)则Q＝－W，故C错误；da过程温度升高内能增大，则吸收的热量大于对外做的功，故D错误；bc过程温度降低量和da过程温度的升高量相同则内能的变化量相同，由热力学第一定律知E正确．
答案：ABE
针对训练
1．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么下列说法正确的是(　　)
A．外界对胎内气体做功，气体内能减小
B．外界对胎内气体做功，气体内能增大
C．胎内气体对外界做功，内能减小
D．胎内气体对外界做功，内能增大
解析：对车胎内的理想气体分析知，因为是理想气体，分子势能认为是0，内能只看分子动能；中午温度升高，分子平均动能增大，故内能增大，体积增大，胎内气体对外做功，故选D.
答案：D
主题2　热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述．
(1)热传导具有方向性：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．
(2)机械能与内能转化的方向性：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响．
2．热力学第二定律的微观解释．
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，即在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少．
应用时应注意把握“方向性”和“熵增加原理”来正确分析和判定．
第一类“永动机”：是指设想中的既不消耗能量又能源源不断地对外做功的机器．它违背了能量转化和守恒定律，因此，不可能实现．
第二类“永动机”：是指设想中的效率达到100%的热机．第二类永动机虽没有违背能量转化和守恒定律，但违背了热力学第二定律，因此也是不可能实现的．
3．分析问题的方法．
(1)掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明．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．本章对热力学第二定律的表述很多，但这些不同形式的表述都是等价的．
(2)自然过程：自然过程是指没有外来干扰自然进行的过程．
(3)热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，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．
(4)气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．
(5)机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，自发地在地面上重新运动起来．
(6)气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器内变为真空．
【典例2】　(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体
C．机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械功
D．机械功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为机械功
解析：由热传递产生的条件可知热量能够自发地从高温物体传到低温物体，当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸收热量传到高温物体，但不是自发的，所以A错误，B正确；运动物体克服摩擦力做功，最终停止，这个过程机械功全转化为热量．在温度不变的膨胀过程中，系统吸热全用于对外做功，所以C错误，D正确．
答案：BD
针对训练
2．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违背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．由热力学第二定律的实质知C对．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，D错．
答案：AC
统揽考情
本章考查多以选择题的形式出现，主要考查热力学第一定律，改变内能的途径：做功和热传递，并结合理想气体状态方程进行考查．对热力学第二定律主要以一个选项的形式出现，主要是热力学第二定律的两种表述及其微观意义．
真题例析
(2016·全国Ⅰ卷)(多选)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：气体内能的改变ΔU＝Q＋W，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，故不能确定气体温度变化，A选项错误；理想气体等压膨胀，W<0，由理想气体状态方程pV＝nRT，p不变，V增大，气体温度升高，内能增大，由ΔU＝Q＋W，气体过程中一定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；根据平衡性质，E选项正确．
答案：BDE
针对训练
(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p ?T图象如图所示，下列判断正确的是(　　)
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
解析：在ab段体积不变则W＝0，但温度升高物体内能增大即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸热，故A正确．过程bc中温度不变则内能不变即ΔU＝0，但体积增大，气体对外做功W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q>0，故吸热，则B错．过程ca中温度减小即ΔU<0，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，两者不会相等，放出的热量多，故C错．a、b和c三个状态中，状态a的温度最小，故分子的平均动能最小，则D正确．b和c两个状态中温度相同分子平均动能相等，但体积增大分子密集程度变小造成撞击次数减小，故E正确．
答案：ADE
1．如图，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(　　)
A．Tb>Tc，Qab>Qac　　 B．Tb>Tc，QabC．Tb＝Tc，Qab>Qac D．Tb＝Tc，Qab解析：由理想气体状态方程在bc两点：＝，则Tb＝Tc，过程ab和过程ac内能的增量相同且ΔU>0.过程ab体积增大则对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸收的热量Qab＝ΔU＋|W|，过程ac体积不变W＝0，则ΔU＝Qac，则C正确．
答案：C
2．某未密闭房间内的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时(　　)
A．室内空气的压强比室外的小
B．室内空气分子的平均动能比室外的大
C．室内空气的密度比室外的大
D．室内空气对室外空气做了负功
解析：由于房间是未密封的，它与外界是相通的，故室内的空气压强与室外的空气压强相等，A错误；由于室内的空气温度高于室外的空气温度，而温度是分子平均动能的标志，故室内空气分子的平均动能比室外的大，B正确；室内空气的密度小于室外空气的密度，C错误；室内的空气会向室外膨胀，所以室内的空气对室外空气做正功，D错误．
答案：B
3．(2016·全国Ⅲ卷)(多选)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：温度相同，分子平均动能相同，质量虽然相同但两种气体分子个数不一定相同，则内能不一定相同，故A、B错误；理想气体的内能只与温度有关，等压膨胀温度必升高，故D、E正确；由热力学第一定律知，外界对气体做功但可能放热故内能可能不变，则C正确．
答案：CDE
4．如图，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体(　　)
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
解析：对活塞：p＝p0＋，知压强不变；由等压变化规律：温度升高体积增大，体积增大则对外做功；导热良好则温度不变，内能便不变；对理想气体不考虑分子间的相互作用力．故选B.
答案：B
5．(2017·全国卷Ⅱ)(多选)如图，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：气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，选项A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，选项BD正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项E错误；故选ABD.
答案：ABD
6．(2017·全国卷Ⅲ)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是(　　)
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中外界对气体做功
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
E．在过程ca中气体从外界吸收热量
解析：在过程ab中，体积不变，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，压强增大，温度升高，内能增加，故A正确、B、C错误；在过程ca中，气体的体积缩小，外界对气体做功，故B正确；在过程bc中，温度不变，内能不变，体积增加，气体对外界做功．由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故D正确．在过程ca中，压强不变，体积变小，温度降低，故内能变小，而外界对气体做功，气体要向外界放出热量，故E错误．
答案：ABD