第三章熱力學定律本章小結構建知識網絡歸納專題小結我們知道，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能．在一般情況下，如果物體跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程，那么外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q就等于物體內能的增量ΔU，即ΔU＝Q＋W.此即為熱力學第一定律，式中各物理量符號的含義規定如下：專題1熱力學第一定律及其符號法則物理量符號＋－W外界對系統做功系統對外界做功Q系統吸熱系統放熱ΔU內能增加內能減少應用熱力學第一定律解題時，應注意挖掘題目隱含的條件：(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的變化量．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收(或放出)的熱量等于物體內能的變化量．(3)若過程的始、末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．例1一定質量的氣體，在從一個狀態變化到另一個狀態的過程中，吸收熱量280J，并對外做功120J，試問：(1)這些氣體的內能發生了怎樣的變化？(2)如果這些氣體又返回到原來的狀態，并放出了240J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做功多少？解：(1)由熱力學第一定律得：ΔU＝W＋Q＝280J－120J＝160J，內能增加了160J.(2)ΔU′＝－ΔU＝－160J，Q′＝－240J，由熱力學第一定律得：W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對氣體做了80J的功．熱力學第一定律與氣體實驗定律的結合量是氣體的體積和溫度，當溫度變化時，氣體的內能變化；當體積變化時，氣體將伴隨著做功．解題時要掌握氣體變化過程的特點：1．等溫過程：內能不變ΔU＝0.2．等容過程：W＝0.3．絕熱過程：Q＝0.專題2熱力學定律與氣體實驗定律的結合例2如圖所示，體積為V、內壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的理想氣體．p0和T0分別為大氣的壓強和溫度．已知氣體內能U與溫度T的關系為U＝aT，a為正數常量；容器內氣體的所有變化過程都是緩慢的．求：(1)汽缸內氣體與大氣達到平衡時的體積V1；(2)在活塞下降過程中，汽缸內氣體放出的熱量Q.1．用于分析宏觀過程的方向性“自動地”和“不引起其他變化”是理解熱力學第二定律的關鍵．第二定律的每一種表述，都揭示了自然界中涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．2．分析永動機不可能制成的原因第一類永動機違背了能量守恒定律，不可能制成．第二類永動機也是不可能制成的，它雖然不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律中宏觀熱現象的方向性．專題3熱力學第二定律3．熱力學第二定律在生活中的綜合應用(1)生活中有時也會出現熱量從低溫物體傳到高溫物體的機器，如最典型的制冷類型機器，像電冰箱、空調等，但這些都是有條件的，即有外界參與的．讓熱量無條件地、自發地從低溫物體傳到高溫物體是不可能的．(2)用熱力學第二定律的兩種表述來解釋有關物理現象，是判斷物理過程能否發生的依據．例3

(多選)根據熱力學第二定律，下列判斷正確的是 (

)A．電流的能量不可能全部變為內能B．在火力發電機中，燃氣的內能不可能全部變為電能C．熱機中，燃氣內能不可能全部變為機械能而不引起其他變化D．在熱傳遞中，熱量可能自發地從低溫物體傳遞給高溫物體解析：根據熱力學第二定律可知，凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的能量可全部變為內能(由焦耳定律可知)，而內能不可能全部變為電能而不產生其他影響．機械能可全部變為內能，而內能不可能全部變成機械能而不產生其他影響．在熱傳遞中，熱量可以自發地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項B、C正確．答案：BC典練素養提升1．[物理觀念](多選)如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分．已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空．抽開隔板K后，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態．在此過程中 (

)A．氣體對外界做功，內能減少B．氣體不做功，內能不變C．氣體壓強變小，溫度不變D．氣體壓強變大，溫度不變【答案】BC【解析】由于b內為真空，抽開隔板K后，a內氣體進入b，氣體不做功，內能不變，A錯誤，B正確．由于氣體體積增大，溫度不變，氣體壓強變小，C正確，D錯誤．2．[物理觀念]密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶內空氣(不計分子勢能) (

)A．內能減小，吸收熱量

B．內能減小，外界對其做功C．內能增大，放出熱量

D．內能增大，對外界做功【答案】B【解析】因不計分子勢能，所以瓶內空氣內能由溫度決定，內能隨溫度降低而減小．空氣內能減小、外界對空氣做功，根據熱力學第一定律可知空氣向外界放熱．故A、C、D錯誤，B正確．3．[科學思維](多選)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空．現將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個汽缸．待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積．假設整個系統不漏氣．下列說法正確的是

(

)A．氣體自發擴散前后內能相同B．氣體在被壓縮的過程中內能增大C．在自發擴散過程中，氣體對外界做功D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功【答案】ABD【解析】由于隔板右側與絕熱活塞之間是真空，氣體在真空中自發擴散，不對外界做功，又由于絕熱汽缸，與外界無熱量交換，根據熱力學第一定律，所以氣體自發擴散前后內能相同，選項A正確，C錯誤；氣體被壓縮時，體積減小，外界對氣體做功W>0，而Q＝0，根據熱力學第一定律，ΔU＝Q＋W，則ΔU>0，即氣體在被壓縮的過程中內能增大，選項B、D正確．4．[物理觀念](多選)如圖所示，一定質量的理想氣體經歷了A→B→C的狀態變化過程，則下列說法正確的是 (

)A．A→B過程中，壓強不變B．A→B過程中，外界對氣體做負功C．B→C過程中，氣體分子間距增大D．B→C過程中，氣體分子無規則熱運動變劇烈【答案】BD5．[物理觀念](多選)如圖所示，一演示用的“永動機”轉輪由5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝配用形狀記憶合金制成的葉片．輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉輪轉動．離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉輪因此能較長時間轉動．下列說法正確的是

(

)A．轉輪依靠自身慣性轉動，不需要消耗外界能量B．轉輪轉動所需能量來自形狀記憶合金從熱水中吸收的熱量C．轉動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量【答案】BD【解析】根據能量守恒定律知，形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，一部分能量在伸展劃水時轉變為水和轉輪的動能，另一部分釋放到空氣中．轉輪轉動的過程中克服摩擦力做功，轉輪的速度越來越小，所以要維持轉輪轉動需要外力做功，故A錯誤，B正確．轉動的葉片不斷攪動熱水的過程是水對轉輪做功的過程，同時水會向四周放出熱量，根據熱力學第一定律可知水的內能減小，故水溫降低，故C錯誤．根據熱力學第二定律，物體不可能從單一熱源吸收能量全部用來對外做功而不引起其他變化，故葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，也一定大于水和轉輪獲得的動能，故D正確．6．[物理觀念](多選)一定質量的理想氣體，從狀態A變化到狀態B，再變化到狀態C，其狀態變化過程的p－V圖像如圖所示，已知氣體處于狀態A時的溫度為300K，則下列判斷正確的是 (

)A．氣體處于狀態B時的溫度為900KB．氣體處于狀態C時的溫度為300KC．從狀態A變化到狀態C過程氣體內能一直增大D．從狀態A變化到狀態B過程氣體放熱【答案】AB7．[科學思維](多選)(2023年廣東學業考試)將一個踩扁的乒乓球放到熱水中，乒乓球會恢復原形，則在乒乓球恢復原形的過程中，球內氣體 (

)A．吸收的熱量等于其增加的內能B．壓強變大，分子平均動能變大C．吸收的熱量大于其增加的內能D．對外做的功大于其吸收的熱量【答案】BC【解析】將一個踩扁的乒乓球放入熱水中，一段時間后，乒乓球恢復為球形，是因為乒乓球中的氣體吸收熱量，溫度升高，氣體內能增大；壓強變大，體積膨脹，所以對外做功．吸收的熱量一部分轉化為氣體的內能，一部分用來對外做功，因此吸收的熱量大于其增加的內能，B、C正確．8．[科學思維](多選)(2022年天津卷)采用渦輪增壓技術可提高汽車發動機效率．將渦輪增壓簡化為兩個過程：一定質量的理想氣體首先經過絕熱過程被壓縮，然后經過等壓過程回到初始溫度，則 (

)A．絕熱過程中，氣體分子平均動能增加B．絕熱過程中，外界對氣體做負功C．等壓過程中，外界對氣體做正功D．等壓過程中，氣體內能不變【答案】AC9．[科學思維](2023年梅州聯考)在黨的二十大會議中要求堅定實施創新驅動發展戰略，向創新要動力．壓縮空氣儲能(CAES)是一種利用壓縮空氣來儲存能量的新型儲能技術，絕熱壓縮空氣儲能方式是壓縮空氣并將產生的熱能儲存在各種介質當中，比如混凝土、石頭、礦洞礦石中等．需要發電的時候讓壓縮空氣推動發電機工作，這種方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升．對于上述過程的理解，下列說法正確的是 (

)A．絕熱壓縮空氣，分子平均動能不變B．絕熱壓縮空氣，溫度升高，氣體內能一定增大C．該方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升到100%D．壓縮空氣推動發電機工作，是氣體對外做功，內能增大【答案】B【解析】絕熱壓縮空氣前后，外界對氣體做功，根據熱力學第一定律，內能增大，溫度升高，分子平均動能增大，A錯誤，B正確；壓縮空氣儲能的過程涉及熱運動的能量轉換過程，任何轉換過程效率都不可能達到100%，C錯誤；壓縮空氣膨脹推動發電機工作，是氣體體積增大對外做功，根據熱力學第一定律可知，內能減少，D錯誤．10．[科學思維]在如圖所示的坐標系中，一定質量的某種理想氣體發生以下兩種狀態變化：第一種變化是從狀態A到狀態B，外界對該氣體做功為6J；第二種變化是從狀態A到狀態C，該氣體從外界吸收的熱量為9J，圖線AC的反向延長線通過坐標原點O，B、C兩狀態的溫度相同，理想氣體的分子勢能為零，求：(1)從狀態A到狀態C的過程，外界對該氣體做的功W1和氣體內能的增量ΔU1；(2)從狀態A到狀態B的過程，該氣體內能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2.解：