第三章 第二节：热力学第二定律 学案（Word版含答案）

预习案
【自主学习】
阅读教材50页-52页，大约需要10分钟，读后请思考：
1.热力学第一定律的推理过程用到什么方法？
2.ΔU、Q、W的正、负各表示什么物理意义？
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究一】热力学第一定律是怎样得出的？
【合作探究二】教材51页例题
总结：如何确定ΔU、Q、W的正、负
课堂练习与讨论：教材53页第1、2、3、4题
【进阶闯关检测】
A类基础关
1.如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，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．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
2．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体从外界吸热4×103 J，则气体内能的变化为(　　)
A．增加了5×103 J B．减少了5×103 J C．增加了3×103 J D．减少了3×103 J
3．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．外界对系统做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B.系统对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．系统对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对系统做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
B类能力关
4．(多选)如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体逐渐流出。在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程，下列说法正确的是(　　)
A．汽缸内气体的内能保持不变
B．汽缸内气体的内能不断减小
C．气体对外界做功大于气体从外界吸收的热量
D．气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量
5.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V?T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)
A．pb>pc，Qab>Qac
B．pb>pc，QabC．pbQac
D．pbC类综合关（选做）
6. (多选)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B，等容过程B→C，等温过程C→A，又回到了状态A，则(　　)
A．A→B过程气体降温
B．B→C过程气体吸热
C．C→A过程气体放热
D．全部过程气体做功为零
7.如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0。现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大到V2，则在此过程中，气体分子平均动能 (选填“增大”“不变”或“减小”)，气体内能变化了 。
8．一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后回到初始状态，它是吸热还是放热？为什么？
【进阶闯关检测】答案
A类基础关
1.如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，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．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
答案　A
解析　对一定质量的理想气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正，表示内能增加了600 J。内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，A正确。
2．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体从外界吸热4×103 J，则气体内能的变化为(　　)
A．增加了5×103 J B．减少了5×103 J
C．增加了3×103 J D．减少了3×103 J
答案　C
解析　气体等压膨胀过程对外做功W′＝pΔV＝1.0×105×(30－20)×10－3 J＝1.0×103 J，这一过程气体从外界吸热Q＝4×103 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝－W′＋Q＝－1.0×103 J＋4.0×103 J＝3.0×103 J，即气体内能增加了3×103 J，故C正确。
3．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．外界对系统做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B.系统对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．系统对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对系统做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
答案　C
解析　外界对系统做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负。故C正确，A、B、D错误。
B类能力关
4．(多选)如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体逐渐流出。在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程，下列说法正确的是(　　)
A．汽缸内气体的内能保持不变
B．汽缸内气体的内能不断减小
C．气体对外界做功大于气体从外界吸收的热量
D．气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量
答案　AD
解析　被封闭气体温度不变，故汽缸内的气体的内能保持不变，A正确，B错误；温度不变，内能不变，体积增大，对外做功，根据ΔU＝W＋Q，可知气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量，D正确，C错误。
5.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V?T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)
A．pb>pc，Qab>Qac
B．pb>pc，QabC．pbQac
D．pb答案　C
解析　b、c状态温度相等，且Vb>Vc，根据＝C，可得pbQac，C正确，D错误。
C类综合关（选做）
6. (多选)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B，等容过程B→C，等温过程C→A，又回到了状态A，则(　　)
A．A→B过程气体降温
B．B→C过程气体吸热
C．C→A过程气体放热
D．全部过程气体做功为零
答案　ABC
解析　A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，A正确；B→C过程气体等容升压，由＝C可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，故该过程必定从外界吸热，即B正确；C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积，B→C过程气体不做功，C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴包围的面积，显然全过程外界对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，D错误。
7.如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0。现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大到V2，则在此过程中，气体分子平均动能 (选填“增大”“不变”或“减小”)，气体内能变化了 。
答案　增大　Q－p0(V2－V1)
解析　气体做等压变化，体积变大，温度升高，分子的动能增大，气体要克服大气压力做功，内能的变化为ΔU＝Q－p0(V2－V1)。
8．一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后回到初始状态，它是吸热还是放热？
答案　吸热
解析　该题涉及的气体过程比较多，可以将各过程用p?V图像表示，如图：
A→B为等压膨胀过程，压强不变，体积增大，气体对外做功，W1＝p1ΔV；B→C为等容降温过程，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功；C→D为等压压缩过程，压强不变，体积减小，外界对气体做功，W2＝p2ΔV；D→A为等容升温过程，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功；因为A→B过程与C→D过程比较，p1>p2，所以W1>W2，即气体对外做的功比较多，总功为负值，结合气体回到初状态时的温度相同，则气体的内能不变，根据热力学第一定律可知整个过程气体要吸收热量。