章末复习课
【知识体系】
[答案填写] ①无 ②ΔU=W ③pΔV ④温度差 ⑤做功 ⑥ΔU=Q ⑦W+Q ⑧不可能 ⑨自发的 ⑩单一
?100% ?增大 ?低品质
主题1 热力学第一定律
1.做功与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.
2.热力学第一定律.
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关键.
(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>0;物体放出热量,Q<0;
(3)ΔU>0,物体的内能增加;ΔU<0,物体的内能减少.
分析题干,确定内能改变的方式(W,Q)→判断W,Q的符号→代入公式ΔU=W+Q→得出结论:
【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p-T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c的温度,则a的内能大于c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.(2015·重庆卷)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,体积增大为气体对外做功,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)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.在整个自然界中,无论有无生命,所有宏观的自发过程都具有单向性,都是不可逆过程.如河水向下游流,重物向下落,房屋由新到旧直至倒塌,人要从婴儿到老年直至死亡等.
【例2】 (多选)根据热力学定律,下列说法正确的是( )
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的热源热机
D.对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少,形成“能源危机”
解析:在外界帮助的情况下,热量可以从低温物体向高温物体传递,A 对;空调在制冷时,把室内的热量向室外释放,需要消耗电能,同时产生热量,所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量,B 对;根据热力学第二定律,可知内燃机不可能成为单一热源的热机,C 错;因为自然界的能量是守恒的,能源的消耗并不会使自然界的总能量减少,D 错.
答案:AB
针对训练
2.(多选)下列关于热现象的描述正确的是( )
A.据热力学定律,热机的效率不可能达到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:根据热力学第二定律可知,热机的效率不可能达到100%,故A正确;做功是通过能量转化的方式改变系统内能的,热传递是通过能量转移的方式改变系统内能的,故B错误;根据热力学第二定律,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,故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,故D错误.
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=C,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.(2016·海南卷)(多选)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N,其p-V图象如图所示.在过程1中,气体始终与外界无热量交换;在过程2中,气体先经历等容变化再经历等压变化.对于这两个过程,下列说法正确的是_______.
A.气体经历过程1,其温度降低
B.气体经历过程1,其内能减小
C.气体在过程2中一直对外放热
D.气体在过程2中一直对外做功
E.气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
解析:气体经历过程1,压强减小体积变大,膨胀对外做功,内能减小,故温度降低,选项A、B正确;气体在过程2中,根据理想气体状态方程=C,刚开始时气体体积不变,压强减小,则温度降低,对外放热;然后压强不变,体积变大,膨胀对外做功,温度升高吸热,故C、D错误;无论是经过过程1还是经过过程2,初、末状态相同,故内能改变量相同,选项E正确.
答案:ABE
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.(多选)如图所示,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;导热良好则温度与环境温度相同,增大,内能增大;对理想气体不考虑分子间的相互作用力.故选AB.
答案:AB
5.压缩过程中,两个阀门均关闭.若此过程中,气室中的气体与外界无热量交换,内能增加了3.4×104 J,则该气体的分子平均动能________(填“增加”“减少”或“不变”),活塞对该气体所做的功________(填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104 J.
解析:无热交换即Q=0,内能增加了3. 4×104 J,由热力学第一定律知外界对气体做功:ΔU=W.对理想气体不考虑分子势能,内能增加则分子平均动能增加.
答案:增加 等于