第3章　熱力學(xué)定律

第3章熱力學(xué)定律第1、2節(jié)熱力學(xué)第一定律能量的轉(zhuǎn)化與守恒核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容。(2)理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本原理。(3)知道第一類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的?？茖W(xué)思維能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋和計(jì)算能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題?？茖W(xué)探究探究能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程和總量的變化情況?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)理解能量和能量守恒觀念對(duì)世界統(tǒng)一性的意義。(2)體會(huì)科學(xué)探索中的挫折和失敗對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義，知道科學(xué)發(fā)現(xiàn)需要科學(xué)家共同努力。一、功、熱量與內(nèi)能1．改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞。2．功、熱量和內(nèi)能改變的關(guān)系(1)如果物體與外界無(wú)熱傳遞，外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能減少。(2)如果物體既不對(duì)外做功，外界也不對(duì)物體做功，則物體從外界吸收熱量時(shí)，它的內(nèi)能增加；物體向外放出熱量時(shí)，它的內(nèi)能減少。3．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：物體內(nèi)能的改變量ΔU等于外界對(duì)物體所做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和。(2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。二、第一類永動(dòng)機(jī)1．定義：不用消耗任何能量而能永遠(yuǎn)對(duì)外做功的機(jī)器，稱為第一類永動(dòng)機(jī)。2．第一類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的原因：違背了熱力學(xué)第一定律。三、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律及其應(yīng)用1．對(duì)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家有邁爾、焦耳和亥姆霍茲。2．能量守恒定律：能量既不會(huì)消失，也不會(huì)創(chuàng)生，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能量的總值保持不變。3．意義：揭示了自然科學(xué)各個(gè)分支之間的普遍聯(lián)系，是自然界內(nèi)在統(tǒng)一性的第一個(gè)有力證據(jù)。4．應(yīng)用(1)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中總伴有內(nèi)能的產(chǎn)生。(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象，可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起。(3)熱力學(xué)第一定律就是能量守恒定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的具體體現(xiàn)。1.在寒冷的冬季，人們常常生火取暖，當(dāng)雙手靠近火源時(shí)，我們就會(huì)感受到手變暖和了。請(qǐng)對(duì)以下說(shuō)法作出判斷：(1)烤火是通過(guò)熱傳遞的方式增加手的內(nèi)能。(√)(2)手變暖和了，是內(nèi)能較大的火源將內(nèi)能傳給了內(nèi)能較小的人的緣故。(×)(3)傳熱只能發(fā)生在兩個(gè)溫度不同的物體之間，同一物體，內(nèi)部不發(fā)生傳熱現(xiàn)象。(×)2.給旱區(qū)送水的消防車停在水平地面上。在緩慢放水的過(guò)程中，若車胎不漏氣且胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間的勢(shì)能，試分析氣體的吸放熱情況。提示：由于車胎內(nèi)氣體溫度不變，故氣體分子的平均動(dòng)能不變，內(nèi)能不變。放水過(guò)程中氣體體積增大，對(duì)外做功，由熱力學(xué)第一定律可知，車胎內(nèi)氣體吸熱。3．“全自動(dòng)”機(jī)械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，表針卻能不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。由此，有人設(shè)想了如圖所示的新能源汽車。請(qǐng)對(duì)以下說(shuō)法作出判斷：(1)“全自動(dòng)”機(jī)械手表是一種永動(dòng)機(jī)。(×)(2)如圖所示的新能源汽車是能夠?qū)崿F(xiàn)的。(×)(3)“全自動(dòng)”機(jī)械手表是通過(guò)手臂的運(yùn)動(dòng)獲得能量，供手表指針轉(zhuǎn)動(dòng)，不是永動(dòng)機(jī)。(√)新知學(xué)習(xí)(一)|對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)趫D像基礎(chǔ)上思考以下問(wèn)題：(1)在變化過(guò)程中是氣體對(duì)外做功，還是外界對(duì)氣體做功？提示：由圖可知，氣體的變化為等壓膨脹，一定是氣體對(duì)外做功。(2)在變化過(guò)程中氣體吸熱，還是向外放熱？氣體內(nèi)能增加了，還是減少了？提示：由日常經(jīng)驗(yàn)可知，理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中需要從外界吸收熱量。由蓋—呂薩克定律可知，理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中溫度升高，內(nèi)能一定增加。[重點(diǎn)釋解]1．公式ΔU＝Q＋W中符號(hào)的規(guī)定符號(hào)QWΔU＋物體吸熱外界對(duì)物體做功內(nèi)能增加－物體放熱物體對(duì)外界做功內(nèi)能減少2．三種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功。(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功)。3．判斷是否做功的方法一般情況下看物體的體積是否變化：(1)若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W<0。(2)若物體體積減小，表明外界對(duì)物體做功，W>0。[典例體驗(yàn)][典例]一定質(zhì)量的實(shí)際氣體從外界吸收了4.2×105J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6×105J的功，問(wèn)：(1)氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)分子勢(shì)能是增加還是減少？(3)分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？[解析](1)氣體從外界吸熱，故Q＝4.2×105J，氣體對(duì)外做功，故W＝－6×105J，由熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q＝(－6×105J)＋(4.2×105J)＝－1.8×105J。ΔU為負(fù)，說(shuō)明氣體的內(nèi)能減少了，所以氣體內(nèi)能減少了1.8×105J。(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體分子勢(shì)能增加。(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體分子勢(shì)能增加，說(shuō)明氣體分子的平均動(dòng)能一定減少。[答案](1)減少1.8×105J(2)增加(3)減少/方法技巧/應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的方法(1)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。(2)分別找出題目中研究對(duì)象吸收或放出的熱量；外界對(duì)研究對(duì)象所做的功或研究對(duì)象對(duì)外界所做的功；研究對(duì)象內(nèi)能的增加量或減少量。(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解。(4)特別注意物理量的正負(fù)號(hào)及其意義。[針對(duì)訓(xùn)練]1.(2023·天津高考)如圖是爬山所帶的氧氣瓶，爬高過(guò)程中，氧氣瓶里的氣體體積和質(zhì)量均不變，溫度降低，則氣體()A．對(duì)外做功 B．內(nèi)能減少C．吸收熱量 D．壓強(qiáng)不變解析：選B爬高過(guò)程中，氣體的體積保持不變，則氣體對(duì)外不做功，A錯(cuò)誤；爬高過(guò)程中，氣體溫度降低，則氣體的內(nèi)能減少，B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU＝W＋Q，又W＝0，ΔU<0，則Q<0，即氣體放出熱量，C錯(cuò)誤；爬高過(guò)程中，氣體的體積不變，溫度降低，根據(jù)查理定律p＝CT，可知?dú)怏w的壓強(qiáng)減小，D錯(cuò)誤。2．(2021·山東等級(jí)考)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開(kāi)口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開(kāi)后，小瓶緩慢上浮。上浮過(guò)程中，小瓶?jī)?nèi)氣體()A．內(nèi)能減少B．對(duì)外界做正功C．增加的內(nèi)能大于吸收的熱量D．增加的內(nèi)能等于吸收的熱量解析：選B小瓶?jī)?nèi)的空氣可視為理想氣體，在小瓶緩慢上浮的過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)空氣的溫度隨水溫升高，內(nèi)能增加，故A錯(cuò)誤；同時(shí)，瓶?jī)?nèi)空氣的壓強(qiáng)減小，由理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知體積增大，氣體對(duì)外界做正功，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，由于ΔU＞0，W＜0，則Q＞0，可見(jiàn)氣體吸收的熱量大于增加的內(nèi)能，故C、D錯(cuò)誤。新知學(xué)習(xí)(二)|對(duì)能量守恒定律的理解[重點(diǎn)釋解]1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等。(2)各種形式的能通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2．與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功；而能量守恒定律是沒(méi)有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。3．能量守恒定律中的“轉(zhuǎn)化”和“轉(zhuǎn)移”(1)某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。4．第一類永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒(méi)有外界熱源供給熱，則有U2－U1＝W，就是說(shuō)，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2<U1，則W<0，系統(tǒng)對(duì)外做功是要以內(nèi)能減少為代價(jià)的。若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無(wú)外界能量供給的情況下是不可能的。[典例體驗(yàn)][典例](多選)空調(diào)市場(chǎng)上有很多變頻空調(diào)，據(jù)專家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能，因?yàn)槎l空調(diào)開(kāi)機(jī)時(shí)就等同于汽車啟動(dòng)時(shí)，很耗能，是正常運(yùn)行的5～7倍。空調(diào)在工作時(shí)達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī)，等溫度高了再繼續(xù)啟動(dòng)。這樣的頻繁啟動(dòng)，耗電多，而變頻空調(diào)啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)由低到高的過(guò)程，運(yùn)行過(guò)程是自動(dòng)變速來(lái)保持室內(nèi)溫度，從開(kāi)機(jī)到關(guān)機(jī)中間不停機(jī)，而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運(yùn)行，所以比較省電。閱讀上述介紹后，以下說(shuō)法合理的是()A．變頻空調(diào)節(jié)能，運(yùn)行中不遵守能量守恒定律B．變頻空調(diào)運(yùn)行中做功少，轉(zhuǎn)化能量多C．變頻空調(diào)在同樣工作條件下運(yùn)行效率高，省電D．變頻空調(diào)與定頻空調(diào)做同樣功時(shí)，消耗同樣電能[解析]自然界的一切過(guò)程都遵守能量守恒定律，A錯(cuò)誤；功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做同樣的功，消耗同樣電能，B錯(cuò)誤，D正確；由變頻空調(diào)的工作特點(diǎn)可知省電的原因是效率高，C正確。[答案]CD[針對(duì)訓(xùn)練]1．“第一類永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的，這是因?yàn)樗?)A．不符合熱力學(xué)第一定律B．做功產(chǎn)生的熱量太少C．由于有摩擦、熱損失等因素的存在D．找不到合適的材料和合理的設(shè)計(jì)方案解析：選A“第一類永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的，因?yàn)樗`背了能量守恒定律，即熱力學(xué)第一定律，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。2．下列有關(guān)能量的描述正確的是()A．“既要馬兒跑得快，又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律B．工作中的電風(fēng)扇，消耗的電能大于輸出的機(jī)械能，該過(guò)程能量不守恒C．滑塊在粗糙的水平面上減速滑行，最終停了下來(lái)，動(dòng)能消失，能量不守恒D．同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，質(zhì)量越大，勢(shì)能減少越快，機(jī)械能減少也越快解析：選A馬兒跑的時(shí)候需要消耗能量，而草能夠?yàn)轳R兒提供能量，因此“既要馬兒跑得快，又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，故A正確；工作中的電風(fēng)扇，消耗的電能大于輸出的機(jī)械能，損失的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，該過(guò)程能量仍守恒，故B錯(cuò)誤；滑塊在粗糙的水平面上減速滑行，最終停了下來(lái)，減小的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能量守恒，故C錯(cuò)誤；同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，運(yùn)動(dòng)的快慢與質(zhì)量無(wú)關(guān)，減少的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，機(jī)械能不變，故D錯(cuò)誤。一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)科學(xué)思維——熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用1．(選自粵教版新教材課后練習(xí))如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等壓過(guò)程到狀態(tài)B。此過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)p＝1.0×105Pa，吸收的熱量Q＝7.0×102J，求此過(guò)程中氣體內(nèi)能的增量。解析：氣體發(fā)生等壓變化，由eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)得：VB＝eq\f(TB,TA)VA＝8.0×10－3m3，因VB>VA，氣體對(duì)外界做功，W＝－p(VB－VA)＝－1.0×105×(8.0×10－3－6.0×10－3)J＝－2.0×102J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可得：ΔU＝－2.0×102J＋7.0×102J＝5.0×102J。答案：氣體內(nèi)能增加了5.0×102J科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移分析2．(選自滬科版新教材課后練習(xí))如圖是一個(gè)現(xiàn)代的燃煤蒸汽發(fā)電廠的運(yùn)行流程示意圖，請(qǐng)從能量的角度分析各生產(chǎn)部門(燃燒室、鍋爐、渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器)之間能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的情況。提示：燃燒室將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為鍋爐內(nèi)水的內(nèi)能，再通過(guò)熱蒸汽轉(zhuǎn)化為渦輪機(jī)的機(jī)械能，經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)渦輪機(jī)的熱蒸汽經(jīng)冷凝器使水的溫度升高，轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，較冷的蒸汽回到鍋爐再次循環(huán)。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．(多選)某?！翱苿?chuàng)社”在學(xué)校足球場(chǎng)進(jìn)行水火箭發(fā)射、航模飛行等展示活動(dòng)。此次活動(dòng)激起了該校師生在工作和學(xué)習(xí)之余的科技創(chuàng)新熱情。水火箭是一種用水的壓力來(lái)推進(jìn)的模型火箭，同學(xué)們利用廢棄的飲料瓶制作成動(dòng)力艙、箭體、箭頭、尾翼、降落傘，灌入三分之一的水后，利用打氣筒充入空氣，等到達(dá)一定的壓力后噴水獲得反沖力而發(fā)射。噴水過(guò)程可以認(rèn)為瓶?jī)?nèi)氣體與外界絕熱，則在噴水階段()A．瓶?jī)?nèi)氣體體積增大，外界對(duì)氣體做正功B．瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能減小，溫度降低C．噴水階段機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能D．瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)減小，即瓶?jī)?nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力減小解析：選BD在噴水過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，W<0，故A錯(cuò)誤；在噴水過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體與外界絕熱，Q＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能減小，溫度降低，故B正確；噴水階段氣體內(nèi)能減小，而物體運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能增加，所以內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C錯(cuò)誤；瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)減小，即瓶?jī)?nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力減小，故D正確。2．目前，共享單車作為綠色出行的交通工具，已成為時(shí)尚。甲、乙兩種共享單車都采用了電子鎖，車鎖內(nèi)集成了GPS模塊與聯(lián)網(wǎng)模塊等，這些模塊工作時(shí)需要電能。這兩種共享單車采用了不同的方式獲取電能：甲車靠小型發(fā)電機(jī)踩動(dòng)單車時(shí)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，如圖甲所示；乙車靠車筐底部的太陽(yáng)能電池板有光照時(shí)產(chǎn)生電能，如圖乙所示。這兩種共享單車獲取電能時(shí)，都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法中正確的是()A．都是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能B．都是把光能轉(zhuǎn)化為電能C．甲車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，乙車把光能轉(zhuǎn)化為電能D．甲車把光能轉(zhuǎn)化為電能，乙車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能解析：選C甲車靠小型發(fā)電機(jī)踩動(dòng)單車時(shí)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，故是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；乙車靠車筐底部的太陽(yáng)能電池板有光照時(shí)產(chǎn)生電能，故是將光能轉(zhuǎn)化為電能。故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。3．(2022·河北高考)如圖，絕熱密閉容器中裝有一定質(zhì)量的某種理想氣體和一個(gè)充有同種氣體的氣球。容器內(nèi)溫度處處相同。氣球內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)。氣球慢慢漏氣后，容器中氣球外部氣體的壓強(qiáng)將________(填“增大”“減小”或“不變”)；溫度將________(填“升高”“降低”或“不變”)。解析：假設(shè)氣球內(nèi)部氣體和氣球外部氣體的溫度不變，當(dāng)氣球內(nèi)部的氣體緩慢釋放到氣球外部，氣球內(nèi)部氣體壓強(qiáng)大于外部氣體壓強(qiáng)，根據(jù)玻意耳定律pV＝C可知?dú)馇騼?nèi)的氣體釋放到外部時(shí)體積增大，相當(dāng)于容器的體積增大；而容器的體積無(wú)法改變，所以將假設(shè)擴(kuò)大體積的容器絕熱壓縮到原來(lái)容器的體積即可，氣體絕熱壓縮，與外界無(wú)熱交換，即Q＝0，外界對(duì)氣體做功，即W>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W可知?dú)怏w內(nèi)能增加，溫度T升高；氣體溫度T升高，根據(jù)理想氣體實(shí)驗(yàn)定律eq\f(pV,T)＝C可知?dú)怏w壓強(qiáng)p增大。答案：增大升高eq\a\vs4\al([“四翼”檢測(cè)評(píng)價(jià)])eq\a\vs4\al(A)組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1．汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后恰能沿斜坡勻速運(yùn)動(dòng)，在這一過(guò)程中()A．汽車的機(jī)械能守恒B．汽車的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化C．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量逐漸減少D．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量不變解析：選D汽車在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后能勻速運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明汽車和斜坡之間一定有摩擦力作用，所以汽車的機(jī)械能不守恒，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但能的總量保持不變，故D正確。2．(2023·全國(guó)甲卷改編)(多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過(guò)程，氣體一定與外界有熱量交換的過(guò)程是()A．氣體的體積不變，溫度升高B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高D．氣體的體積增大，溫度不變解析：選ABD氣體的溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積不變，則氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的溫度降低，則氣體的內(nèi)能降低，體積減小，則外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知?dú)怏w對(duì)外放熱，B正確；氣體的溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積減小，則外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即可能沒(méi)有熱量交換，C錯(cuò)誤；氣體的溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，體積增大，則氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即氣體吸收熱量，D正確。3.(2022·山東等級(jí)考)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開(kāi)口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°過(guò)程中，缸內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加解析：選C初始時(shí)汽缸開(kāi)口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，汽缸內(nèi)外氣體對(duì)活塞的壓力差與活塞的重力平衡，則有(p1－p0)S＝mg，汽缸在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，汽缸內(nèi)外氣體對(duì)活塞的壓力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸內(nèi)氣體緩慢地將活塞往外推，最后汽缸水平，缸內(nèi)氣壓等于大氣壓。汽缸、活塞都是絕熱的，故缸內(nèi)氣體與外界沒(méi)有發(fā)生熱傳遞，汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)作用將活塞往外推，氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得：氣體內(nèi)能減小，故缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小，并不是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的速率都減小，A、B錯(cuò)誤；氣體內(nèi)能減小，缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小，故速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，C正確，D錯(cuò)誤。4.學(xué)校用如圖所示的壓縮式噴霧器對(duì)教室、走廊等場(chǎng)所進(jìn)行消殺工作。給儲(chǔ)液罐打足氣，打開(kāi)開(kāi)關(guān)就可以讓藥液噴灑出來(lái)。若罐內(nèi)氣體可視為理想氣體且溫度保持不變，隨著藥液的不斷噴出，則罐內(nèi)氣體()A．內(nèi)能不斷減小 B．壓強(qiáng)不斷減小C．外界對(duì)氣體做功 D．氣體對(duì)外放熱解析：選B由于罐內(nèi)氣體溫度保持不變，所以氣體的內(nèi)能保持不變，A錯(cuò)誤；隨著藥液噴出，罐內(nèi)氣體的體積增大，由玻意耳定律可知，氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，B正確；氣體的體積增大，讓藥液噴出，所以氣體對(duì)外界做功，C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，ΔU＝0，W<0，則Q>0，即氣體要從外界吸熱，D錯(cuò)誤。5．某同學(xué)用導(dǎo)熱性能良好的汽缸和活塞將一定質(zhì)量的空氣(視為理想氣體)封閉在汽缸內(nèi)(活塞與缸壁間的摩擦不計(jì))，待活塞靜止后，將小石子緩慢地加在活塞上，如圖所示。在此過(guò)程中，若大氣壓強(qiáng)與室內(nèi)的溫度均保持不變，下列說(shuō)法正確的是()A．由于汽缸導(dǎo)熱，故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變B．缸內(nèi)氣體溫度不變，缸內(nèi)氣體對(duì)活塞的壓力保持不變C．外界對(duì)缸內(nèi)氣體做的功大小等于缸內(nèi)氣體向外界釋放的熱量D．外界對(duì)缸內(nèi)氣體做功，缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加解析：選C將小石子緩慢地加在活塞上，由平衡條件可知?dú)怏w對(duì)活塞的壓力變大，則氣體壓強(qiáng)變大；汽缸導(dǎo)熱性能良好，缸內(nèi)氣體溫度不變，故A、B錯(cuò)誤；溫度不變時(shí)，理想氣體內(nèi)能不變，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律知，外界對(duì)氣體做的功與氣體放出的熱量相等，故C正確，D錯(cuò)誤。6.如圖所示，內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在汽缸內(nèi)，外界大氣壓強(qiáng)為p0?，F(xiàn)對(duì)汽缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2。則在此過(guò)程中()A．氣體分子平均動(dòng)能增大B．氣體分子平均動(dòng)能不變C．氣體分子平均動(dòng)能減小D．氣體內(nèi)能變化了Q＋p0(V2－V1)解析：選A氣體等壓膨脹，由eq\f(pV,T)＝C，體積V增大，故溫度T升高；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，氣體分子平均動(dòng)能增大，故選項(xiàng)A正確，B、C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：ΔU＝Q＋W，而W＝－p0SΔL＝－p0ΔV＝－p0(V2－V1)，所以氣體內(nèi)能變化了ΔU＝Q－p0(V2－V1)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7．(2022·遼寧高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T變化圖像如圖所示，此過(guò)程中該系統(tǒng)()A．對(duì)外界做正功B．壓強(qiáng)保持不變C．向外界放熱D．內(nèi)能減少解析：選A根據(jù)題意，氣體體積增加，因此對(duì)外做正功，故A正確；題目中圖像延長(zhǎng)線沒(méi)有過(guò)原點(diǎn)，因此不是等壓線，故B錯(cuò)誤；溫度升高且對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，該過(guò)程需要吸熱，故C錯(cuò)誤；溫度升高，內(nèi)能增加，故D錯(cuò)誤。8.如圖所示，有人設(shè)計(jì)了這樣一臺(tái)“永動(dòng)機(jī)”：距地面一定高度架設(shè)一個(gè)水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個(gè)水輪機(jī)，水輪機(jī)的軸上安裝一個(gè)抽水機(jī)和一個(gè)砂輪。他指望抽水機(jī)把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機(jī)器不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了。請(qǐng)你分析一下，高處水槽中水的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成哪幾種形式的能，說(shuō)明這個(gè)機(jī)器是否能夠永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。解析：取頂部水槽中流出的水為研究對(duì)象，在其從頂部水槽中流出至底部水槽的過(guò)程中，它的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為自身的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為水輪機(jī)、抽水機(jī)、砂輪的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為砂輪和工件的內(nèi)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為抽水機(jī)抽上的水的重力勢(shì)能。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知，抽水機(jī)抽上的水的重力勢(shì)能必然小于流下的水的重力勢(shì)能，如果上抽的水管的橫截面積大于或等于下流的水管的橫截面積，則根本不可能將底部水槽中的水抽至頂部水槽，即使上抽水管的橫截面積小于下流水管的橫截面積也不一定能將水抽上去，如果上抽水管比下流水管細(xì)很多且能夠?qū)⒌撞克壑械乃橹另敳克?，則相等時(shí)間里抽上去的水也要比流下的水的質(zhì)量小得多，最后頂部水槽中的水很快就會(huì)流光。答案：見(jiàn)解析eq\a\vs4\al(B)組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新9.(多選)車輪的輪胎在正常情況下是充滿氣體的，但在維修車輪時(shí)有時(shí)要將輪胎內(nèi)的氣體放掉。若迅速拔掉輪胎的氣門芯，如圖所示，輪胎里面的氣體會(huì)在一瞬間釋放出來(lái)，此時(shí)用手立即去觸摸充氣嘴處，會(huì)感覺(jué)到充氣嘴的溫度降低，這種現(xiàn)象在夏天比較明顯。將輪胎內(nèi)的氣體視為理想氣體。噴氣時(shí)間極短，視輪胎為絕熱材料，下列說(shuō)法正確的是()A．輪胎內(nèi)氣體在噴出過(guò)程中其內(nèi)能迅速減小B．輪胎內(nèi)部氣體壓強(qiáng)迅速減小C．輪胎內(nèi)的氣體迅速向外噴出是由于分子做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)引起的D．氣體噴完后瞬間充氣嘴有較涼的感覺(jué)，是由輪胎內(nèi)氣體迅速膨脹對(duì)外做功而溫度下降導(dǎo)致的解析：選ABD輪胎為絕熱材料，Q＝0，向外噴射氣體，氣體體積增大，對(duì)外做功，W<0，則ΔU<0，所以輪胎內(nèi)氣體在噴出過(guò)程中其內(nèi)能迅速減小，故A正確；理想氣體的內(nèi)能由分子動(dòng)能決定，輪胎放氣時(shí)，胎內(nèi)氣體迅速膨脹對(duì)外做功，內(nèi)能減小時(shí)，分子的平均動(dòng)能減小，由于溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以溫度會(huì)下降，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，體積變大，溫度下降，壓強(qiáng)會(huì)迅速減小，故B、D正確；輪胎內(nèi)的氣體迅速向外噴出是由于輪胎內(nèi)外壓強(qiáng)差引起的，不是分子擴(kuò)散的原因，故C錯(cuò)誤。10．(多選)如圖，兩端開(kāi)口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無(wú)摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙，活塞從A下降h高度到B位置時(shí)，活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過(guò)程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個(gè)過(guò)程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g。下列說(shuō)法正確的是()A．整個(gè)過(guò)程，外力F做功大于0，小于mghB．整個(gè)過(guò)程，理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變C．整個(gè)過(guò)程，理想氣體的內(nèi)能增大D．整個(gè)過(guò)程，理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)解析：選BD整個(gè)過(guò)程中右邊活塞的位置始終不變，外力F不做功，A錯(cuò)誤；整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)的溫度不變，所以一定質(zhì)量的理想氣體的分子平均動(dòng)能不變，內(nèi)能不變，B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)左邊活塞到達(dá)B位置時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)最大，最大壓強(qiáng)p＝eq\f(mg,S1)＋p0，所以外界對(duì)氣體做的功小于p0S1h＋mgh，由于內(nèi)能不變，故理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)，D正確。11．(2022·湖北高考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過(guò)程如p-V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對(duì)應(yīng)該線段的中點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)→b是等溫過(guò)程B．a(chǎn)→b過(guò)程中氣體吸熱C．a(chǎn)→c過(guò)程中狀態(tài)b的溫度最低D．a(chǎn)→c過(guò)程中外界對(duì)氣體做正功解析：選B根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知a→b氣體溫度升高，內(nèi)能增加，且體積增大，氣體對(duì)外界做功，則W<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知a→b過(guò)程中氣體吸熱，A錯(cuò)誤，B正確；p-V圖像的坐標(biāo)值的乘積反映氣體溫度，a狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標(biāo)值的乘積相等，而中間狀態(tài)的坐標(biāo)值乘積更大，a→c過(guò)程的溫度先升高后降低，且狀態(tài)b的溫度最高，C錯(cuò)誤；a→c過(guò)程氣體體積增大，外界對(duì)氣體做負(fù)功，D錯(cuò)誤。12.如圖所示，一定質(zhì)量理想氣體被活塞封閉在汽缸中，活塞的面積為S，與汽缸底部相距L，汽缸和活塞絕熱性能良好，氣體的壓強(qiáng)、溫度與外界大氣相同，分別為p0和t0?，F(xiàn)接通電熱絲加熱氣體，一段時(shí)間后斷開(kāi)，活塞緩慢向右移動(dòng)距離L后停止，活塞與汽缸間的滑動(dòng)摩擦力為f，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，整個(gè)過(guò)程中氣體吸收的熱量為Q，求該過(guò)程中(1)內(nèi)能的增加量ΔU；(2)最終溫度T。解析：(1)活塞移動(dòng)時(shí)受力平衡，有p1S＝p0S＋f，氣體對(duì)外界做功W＝p1SL，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝Q－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f))L。(2)活塞發(fā)生移動(dòng)前為等容變化，eq\f(p0,t0)＝eq\f(p1,t1)，活塞向右移動(dòng)L的過(guò)程為等壓變化，eq\f(V1,t1)＝eq\f(V2,T)，且V2＝2V1，解得T＝eq\f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f)),p0S)t0。答案：(1)Q－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f))L(2)eq\f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f)),p0S)t0

第3、4節(jié)熱力學(xué)第二定律熵——系統(tǒng)無(wú)序程度的量度核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)了解熱力學(xué)第二定律的內(nèi)涵。(2)知道自然界宏觀過(guò)程的方向性。(3)了解熵的概念和熵增加原理。(4)了解能量與能源的區(qū)別以及能源的有限性?？茖W(xué)思維(1)知道與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程的方向性。(2)能用熱力學(xué)第二定律解釋常見(jiàn)的不可逆過(guò)程。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能依據(jù)道德規(guī)范評(píng)價(jià)物理技術(shù)的應(yīng)用，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。一、可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程1．可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程(1)可逆過(guò)程：一個(gè)系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)另一狀態(tài)，如果存在另一過(guò)程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，即系統(tǒng)回到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)消除原來(lái)過(guò)程對(duì)外界的一切影響，則原來(lái)的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。(2)不可逆過(guò)程：如果用任何方法都不能使系統(tǒng)與外界完全復(fù)原，則原來(lái)的過(guò)程稱為不可逆過(guò)程。2．熱傳導(dǎo)的方向性(1)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體，或者由物體的高溫部分傳給低溫部分。(2)熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體，或者由物體的低溫部分傳給高溫部分。(3)熱傳遞是不可逆過(guò)程，具有方向性。3．功和熱相互轉(zhuǎn)化的方向性(1)功轉(zhuǎn)化為熱這一熱現(xiàn)象是不可逆的，具有方向性。(2)熱轉(zhuǎn)化為功這一熱現(xiàn)象也是不可逆的，具有方向性。4．結(jié)論：凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性。二、熱力學(xué)第二定律及第二類永動(dòng)機(jī)1．克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。(說(shuō)明熱傳導(dǎo)的方向性)2．開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全用來(lái)做功而不引起其他變化。(說(shuō)明機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)3．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成(1)第二類永動(dòng)機(jī)是指人們?cè)O(shè)想的從單一熱源吸取熱量并使之完全轉(zhuǎn)化為功而不引起其他變化的機(jī)器。(2)熱力學(xué)第二定律也可以表述為：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。三、熵和熵增加原理1．有序和無(wú)序：一個(gè)系統(tǒng)的個(gè)體按確定的某種規(guī)則，有順序地排列即有序；對(duì)個(gè)體的分布沒(méi)有確定的要求，“怎樣分布都可以”即無(wú)序。2．熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)：與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然發(fā)生的宏觀過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行。3．熵：用來(lái)量度系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量。4．熵增加原理：在孤立系統(tǒng)中的宏觀過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行。5．熵與能量退降：在熵增加的同時(shí)，一切不可逆過(guò)程總是使得能量從可利用狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不可利用狀態(tài)，即能量的品質(zhì)退化了。1.若室內(nèi)的溫度恒定，一杯熱水靜置一段時(shí)間后就會(huì)變成一杯常溫的水，但一杯常溫的水不會(huì)自行變成一杯熱水。下落的石頭因?yàn)榕c空氣摩擦而變熱，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，但石頭不能把內(nèi)能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使自己重新飛上天去。請(qǐng)對(duì)以下說(shuō)法作出判斷：(1)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳遞到低溫物體。(√)(2)熱量不可能由低溫物體傳遞到高溫物體。(×)(3)能量傳遞自發(fā)進(jìn)行是有方向性的。(√)2.“水往上流”是某地區(qū)的一個(gè)景點(diǎn)，潺潺水流順著水溝由低處蜿蜒往高處流去，令人嘖嘖稱奇。這是為什么？水真的可以自發(fā)地向高處流去嗎？違背了什么定律？提示：不可以，違背了熱力學(xué)第二定律?！八狭鳌逼鋵?shí)是因?yàn)檫@里兩旁的景物傾斜度大于路面，故而造成水往上流的錯(cuò)覺(jué)。3．成語(yǔ)“覆水難收”指的是一盆水潑出去后是不可能再倒回盆中的，請(qǐng)從不同宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目不同這個(gè)角度，解釋為什么水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中。提示：由于盆的形狀確定，水在盆中所處的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目少，較為有序。當(dāng)把水潑出后，它的形狀不受盆的限制，各種可能的形狀都有，此時(shí)所處的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目將變得非常多，較為無(wú)序。因?yàn)樽园l(fā)的宏觀過(guò)程總是從有序向無(wú)序發(fā)展，所以水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中。新知學(xué)習(xí)(一)|對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解及應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖是熱量在傳遞過(guò)程中的情景。討論：(1)在自然過(guò)程中熱量是如何傳遞的？提示：熱量由溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，或由溫度高的地方傳遞到溫度低的地方。(2)空調(diào)和冰箱是如何傳遞熱量的？提示：空調(diào)和冰箱可以通過(guò)電機(jī)做功，把熱量從溫度比較低的房間內(nèi)或冰箱內(nèi)傳遞到房間外或冰箱外。[重點(diǎn)釋解]1．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解(1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性。在傳熱過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。(3)“單一熱庫(kù)”：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對(duì)外做功。據(jù)報(bào)道，有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來(lái)發(fā)電。(4)“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程中所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除。2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。4．熱力學(xué)第二定律的其他描述(1)一切宏觀自然過(guò)程的進(jìn)行都具有方向性。(2)氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。[典例體驗(yàn)][典例](多選)下列現(xiàn)象不可能發(fā)生的是()A．在一與外界絕熱的房間內(nèi)，將一臺(tái)正在工作的電冰箱的門打開(kāi)，能使該房間降溫B．蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．一個(gè)在粗糙的水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體最終要停下來(lái)，物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．在熱傳導(dǎo)中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體[解析]在一與外界絕熱的房間內(nèi)，將一臺(tái)正在工作的電冰箱的門打開(kāi)，消耗了電能，產(chǎn)生了焦耳熱，所以房間溫度不僅不能降低還會(huì)升高，故A不可能發(fā)生；蒸汽機(jī)不可能把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，轉(zhuǎn)化過(guò)程中必然存在能量耗散，故B不可能發(fā)生；一個(gè)在粗糙的水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體最終要停下來(lái)，物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C可能發(fā)生；在熱傳導(dǎo)中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，D可能發(fā)生。[答案]AB/易錯(cuò)警示/對(duì)熱力學(xué)第二定律理解的兩個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為熱量只能由高溫物體傳到低溫物體，不能由低溫物體傳到高溫物體。熱量可以由高溫物體傳到低溫物體，也可以由低溫物體傳到高溫物體；但是，前者可以自發(fā)完成，而后者則必須有外界參與。(2)誤認(rèn)為機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；但是，前者可以不產(chǎn)生其他影響，而后者一定會(huì)產(chǎn)生其他影響。[針對(duì)訓(xùn)練]1．下列哪一個(gè)過(guò)程具有方向性()①熱傳導(dǎo)過(guò)程②機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程③氣體的擴(kuò)散過(guò)程④氣體向真空中的膨脹過(guò)程A．①② B．②③C．①②③ D．①②③④解析：選D這四個(gè)過(guò)程都是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，它們都是不可逆的，具有方向性，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。2.(多選)用兩種不同材料的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象的正確說(shuō)法是()A．這一實(shí)驗(yàn)不違背熱力學(xué)第二定律B．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水溫度降低，冷水溫度升高C．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成電能，電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能D．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水的內(nèi)能只有部分轉(zhuǎn)化成電能，電能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能解析：選AB自然界中的任何自然現(xiàn)象或過(guò)程都不違反熱力學(xué)第二定律，本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不違反熱力學(xué)第二定律，A正確；整個(gè)過(guò)程中能量守恒且傳熱有方向性，B正確；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水中的內(nèi)能除轉(zhuǎn)化為電能外，還升高了金屬絲的溫度，內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為電能；電能除轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能外，還升高了金屬絲的溫度，電能不能全部轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能，C、D錯(cuò)誤。新知學(xué)習(xí)(二)|熱機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示是制冷機(jī)和熱機(jī)的工作過(guò)程示意圖，請(qǐng)?jiān)趫D片基礎(chǔ)上思考以下問(wèn)題：(1)制冷機(jī)工作時(shí)熱量是自發(fā)地從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)嗎？提示：不是。熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)時(shí)需要有外界做功。(2)熱機(jī)工作時(shí)是否將從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量全部用來(lái)做功？提示：否。熱機(jī)工作時(shí)只將從高溫?zé)釒?kù)吸收熱量的一部分用來(lái)做功，剩余的釋放到低溫?zé)釒?kù)。[重點(diǎn)釋解]1．熱機(jī)的特點(diǎn)(1)熱機(jī)不僅僅只有一個(gè)熱庫(kù)。(2)熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%。2．第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因：違反了熱力學(xué)第二定律(不違反能量守恒定律)。3．第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的意義(1)機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。(2)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。(3)兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去)。第二類永動(dòng)機(jī)：將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化(或只有一個(gè)熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化)。[典例體驗(yàn)][典例]電能被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力、照明、化學(xué)、紡織、通信、廣播等各個(gè)領(lǐng)域，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展、人民經(jīng)濟(jì)飛躍的主要?jiǎng)恿?。如圖所示為火電站電能產(chǎn)生與使用過(guò)程中各階段的能量轉(zhuǎn)化效率，已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量約為2.93×107J。則()A．發(fā)電站的發(fā)電效率約為40%B．提高輸送電壓可以提高發(fā)電站的發(fā)電效率C．1kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒能輸送到用戶端的電能約為9.4×106JD．用戶端消耗1kW·h的電能，發(fā)電站需要燒0.5kg的標(biāo)準(zhǔn)煤[解析]發(fā)電站的發(fā)電效率約為90%×40%×99%＝35.64%，A錯(cuò)誤；提高輸送電壓并不能提高發(fā)電站的發(fā)電效率，B錯(cuò)誤；1kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒能輸送到用戶端的電能約為2.93×107J×35.64%×90%≈9.4×106J，C正確；由于1kW·h＝3.6×106J，eq\f(3.6×106J,9.4×106J/kg)≈0.38kg，用戶端消耗1kW·h的電能，發(fā)電站需要燒約0.38kg的標(biāo)準(zhǔn)煤，D錯(cuò)誤。[答案]C[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于熱機(jī)的效率，下列說(shuō)法正確的是()A．有可能達(dá)到80% B．有可能達(dá)到100%C．有可能超過(guò)80% D．一定能達(dá)到100%解析：選AC根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱機(jī)效率永遠(yuǎn)也達(dá)不到100%。2．在熱學(xué)中，下列說(shuō)法正確的是()A．第一類永動(dòng)機(jī)不可制成是由于它違背了能量守恒定律B．第二類永動(dòng)機(jī)不可制成是由于它違背了能量守恒定律C．熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．熱量只能從高溫物體傳向低溫物體，而不能從低溫物體傳向高溫物體解析：選A不消耗能量而不斷對(duì)外做功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，因?yàn)樗`背了能量守恒定律，故A正確；從單一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功的第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，故B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在“一定的條件下”也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C錯(cuò)誤；熱量能從高溫物體傳向低溫物體，在“一定的條件下”也能從低溫物體傳向高溫物體，故D錯(cuò)誤。新知學(xué)習(xí)(三)|熵與熵增加原理[重點(diǎn)釋解]1．宏觀態(tài)與微觀態(tài)系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)即為宏觀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)個(gè)體的不同分布狀態(tài)即為微觀態(tài)。2．有序與無(wú)序一個(gè)系統(tǒng)的個(gè)體按確定的規(guī)則，有順序地排列即為有序；個(gè)體分布沒(méi)有確定的要求，“怎么分布都可以”，即為無(wú)序。3．熵和熵增加原理(1)熵的定義：表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)的無(wú)序程度的物理量。(2)熵增加原理：在自發(fā)過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的。4．熵和熵增加原理的理解(1)熵是反映系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，正如溫度反映物體內(nèi)分子平均動(dòng)能大小一樣。系統(tǒng)越混亂，無(wú)序程度越大，就稱這個(gè)系統(tǒng)的熵越大。(2)系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是向著無(wú)序程度增加的方向發(fā)展，至少無(wú)序程度不會(huì)減少。也就是說(shuō)，系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是由熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行。從熵的意義上來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是向著熵增加的方向發(fā)展，不會(huì)使熵減小。(3)任何宏觀物質(zhì)系統(tǒng)都有一定量的熵，熵也可以在系統(tǒng)的變化過(guò)程中產(chǎn)生或傳遞。[典例體驗(yàn)][典例](多選)下面關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說(shuō)法正確的是()A．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律B．一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行C．有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行D．在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小[解析]從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，我們知道熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故A正確，B、C錯(cuò)誤；任何自然過(guò)程總是朝著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，也就是朝著熵增加的方向進(jìn)行，故D正確。[答案]AD/方法技巧/有序及無(wú)序過(guò)程的判斷(1)解此類題目要理解好有序和無(wú)序，確定某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就是有序的，不符合這個(gè)規(guī)則和要求的分布是無(wú)序的。(2)無(wú)序意味著各處平均沒(méi)有差別；而有序則相反，是按照某種規(guī)則排列的，有序與無(wú)序是相對(duì)的。[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于有序和無(wú)序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)，下列說(shuō)法正確的是()A．有序和無(wú)序是絕對(duì)的B．一個(gè)“宏觀態(tài)”可能對(duì)應(yīng)著許多的“微觀態(tài)”C．一個(gè)“宏觀態(tài)”只能對(duì)應(yīng)著唯一的“微觀態(tài)”D．無(wú)序意味著各處一樣、平均、沒(méi)有差別解析：選BD無(wú)序是各處都一樣、平均、沒(méi)有差別，故D項(xiàng)正確；有序和無(wú)序是相對(duì)的，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；一個(gè)“宏觀態(tài)”可能對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)“微觀態(tài)”，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。2．下列關(guān)于熵的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B．在自然過(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的C．熱力學(xué)第二定律也叫作熵減小原理D．熵值越大代表越無(wú)序解析：選C一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義。系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程就是大量分子向無(wú)序程度大的狀態(tài)變化的過(guò)程。自然過(guò)程的方向性可以表述為：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值不會(huì)減小，因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理。因此A、B、D正確，C錯(cuò)誤。一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)物理觀念——熱力學(xué)第二定律實(shí)例分析1．(選自人教版新教材課后練習(xí))以下哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生、哪些不能發(fā)生？能夠發(fā)生的現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律？(1)一杯熱茶自然放置，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱。(2)蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。(3)桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動(dòng)分離。(4)電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體。提示：(1)不能發(fā)生。因?yàn)闊醾鬟f具有方向性。(2)不能發(fā)生。因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化具有方向性。(3)能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第二定律。(4)能發(fā)生。該過(guò)程是通過(guò)壓縮機(jī)做功實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳到高溫物體，不違背熱力學(xué)第二定律?？茖W(xué)思維——熱機(jī)及其效率2．(選自滬科版新教材課后練習(xí))設(shè)一臺(tái)蒸汽機(jī)中，1kg煤完全燃燒后，產(chǎn)生2.9×107J的熱量，其分配情況如下：鍋爐損失5.9×106J，傳送蒸汽損失1.2×106J，蒸汽冷凝損失4.0×106J，廢氣帶走損失1.4×107J，機(jī)械磨損損失0.7×106J。試畫出其能流圖。這臺(tái)蒸汽機(jī)輸出的機(jī)械能是多少？熱機(jī)的效率是多少？解析：蒸汽機(jī)工作過(guò)程能流圖：蒸汽機(jī)輸出的機(jī)械能E＝2.9×107J－5.9×106J－1.2×106J－4.0×106J－1.4×107J－0.7×106J＝3.2×106J。熱機(jī)的效率η＝eq\f(E,Q總)＝eq\f(3.2×106,2.9×107)×100%≈11.0%。答案：能流圖見(jiàn)解析3.2×106J11.0%二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1.17世紀(jì)70年代，英國(guó)賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)機(jī)”，其結(jié)構(gòu)如圖所示，在斜面頂端放一塊強(qiáng)磁鐵M，斜面上、下端各有一個(gè)小孔P、Q，斜面下有一個(gè)連接兩小孔的彎曲軌道。維爾金斯認(rèn)為：如果在斜坡底放一個(gè)鐵球，那么在磁鐵的引力作用下，鐵球會(huì)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)球運(yùn)動(dòng)到P孔時(shí)，它會(huì)漏下，再沿著彎曲軌道返回到Q，由于這時(shí)球具有速度所以可以對(duì)外做功，然后鐵球又被磁鐵吸引回到上端，到P處又漏下……對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)，下列判斷正確的是()A．滿足能量守恒定律，所以可行B．不滿足熱力學(xué)第二定律，所以不可行C．不滿足機(jī)械能守恒定律，所以不可行D．不滿足能量守恒定律，所以不可行解析：選D該裝置可以持續(xù)不斷的對(duì)外做功，違背了能量守恒定律，故不可行，D正確。2.(多選)如圖為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱消耗電能，其制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，在室內(nèi)打開(kāi)冰箱門并不能起到制冷的效果C．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律解析：選BD由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助，電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體，需要壓縮機(jī)的幫助并消耗了電能，電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律，B、D正確，A錯(cuò)誤；熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化或內(nèi)能轉(zhuǎn)移的規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過(guò)程，所以電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律，C錯(cuò)誤。3．氣閘艙是空間站中供航天員進(jìn)入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理如圖所示，座艙A與氣閘艙B間裝有閥門K，A中充滿氣體，B內(nèi)為真空，航天員由太空返回到B時(shí)，將B封閉，打開(kāi)閥門K，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡，假設(shè)此過(guò)程中系統(tǒng)保持溫度不變，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，不考慮航天員的影響，則此過(guò)程中()A．氣體膨脹做功，內(nèi)能減小B．氣體從外界吸收熱量C．氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)A艙壁單位面積碰撞的次數(shù)減少D．一段時(shí)間后，A內(nèi)氣體的密度可以自發(fā)地恢復(fù)到原來(lái)的密度解析：選C由于系統(tǒng)溫度保持不變，所以氣體內(nèi)能不變，即ΔU＝0，氣閘艙B內(nèi)為真空，打開(kāi)閥門K，A內(nèi)的氣體自由擴(kuò)散，該過(guò)程氣體不做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝0，既不吸熱也不放熱，故A、B錯(cuò)誤；氣體體積增大，則氣體分子的數(shù)密度減小，溫度不變，則分子的平均動(dòng)能不變，則氣體分子在單位時(shí)間對(duì)A艙壁單位面積碰撞的次數(shù)減少，故C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，B中氣體不能自發(fā)地退回到A中，即A內(nèi)氣體的密度不可能自發(fā)地恢復(fù)到原來(lái)的密度，故D錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al([“四翼”檢測(cè)評(píng)價(jià)])A組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1．(多選)下列關(guān)于熵的說(shuō)法中正確的是()A．熵值越大，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無(wú)序程度越高B．熵值越小，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無(wú)序程度越高C．熵值越大，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序D．熵值越小，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序解析：選AD根據(jù)熵的意義可知，熵值越大，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無(wú)序程度越高；熵值越小，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序，選項(xiàng)A、D正確。2．(多選)對(duì)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．對(duì)某物體傳熱，該物體的內(nèi)能可能會(huì)減少B．熱量不能從低溫物體傳遞給高溫物體C．不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響D．隨著技術(shù)的發(fā)展，效率是100%的熱機(jī)是可以制造出來(lái)的解析：選AC對(duì)某物體傳熱，若物體對(duì)外做功，則該物體的內(nèi)能可能會(huì)減少，選項(xiàng)A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但是要引起其他的變化，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響，選項(xiàng)C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，即使隨著技術(shù)的發(fā)展，效率是100%的熱機(jī)也是不可以制造出來(lái)的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．下列過(guò)程中，可能發(fā)生的是()A．某工作物質(zhì)從高溫?zé)釒?kù)吸收20kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而沒(méi)有產(chǎn)生其他任何影響B(tài)．打開(kāi)一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)跑進(jìn)去，恢復(fù)原狀C．利用其他手段，使低溫物體溫度更低，高溫物體的溫度更高D．將兩瓶不同液體自發(fā)混合，然后又自發(fā)地各自分開(kāi)解析：選C根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不可能從低溫物體自發(fā)地傳給高溫物體，而不引起其他的變化，但通過(guò)一些物理過(guò)程是可以實(shí)現(xiàn)的，故C項(xiàng)正確；內(nèi)能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是不可能的，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體膨脹具有方向性，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；擴(kuò)散現(xiàn)象也有方向性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4．(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)定律的說(shuō)法正確的是()A．如果兩個(gè)系統(tǒng)均與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，這兩個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等B．外界對(duì)某系統(tǒng)做正功，該系統(tǒng)的內(nèi)能一定增加C．可以找到一種材料做成墻壁，冬天供暖時(shí)吸收熱量溫度升高，向房間釋放熱量供暖，然后再把熱量吸收回去，形成循環(huán)供暖，只需要短時(shí)間供熱后即可停止外界供熱D．低溫系統(tǒng)可以向高溫系統(tǒng)傳遞熱量解析：選AD如果兩個(gè)系統(tǒng)均與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，這兩個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等，故A正確；根據(jù)ΔU＝W＋Q可知，外界對(duì)系統(tǒng)做正功即W>0，系統(tǒng)有可能同時(shí)對(duì)外放熱即Q<0，那么系統(tǒng)內(nèi)能的變化不確定，故B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)C中所述的現(xiàn)象是不可能實(shí)現(xiàn)的，故C錯(cuò)誤；低溫系統(tǒng)向高溫系統(tǒng)傳遞熱量是可以實(shí)現(xiàn)的，前提是要引起其他變化，故D正確。5．關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)兩大定律，下列說(shuō)法正確的是()A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和傳熱一定會(huì)改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫(kù)吸收熱量，完全變成功也是可能的解析：選D第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但必然引起其他變化，選項(xiàng)D正確。6.如圖所示，汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，汽缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸面是光滑的，但不漏氣?，F(xiàn)將活塞與桿連接，使其緩慢地向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并對(duì)外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說(shuō)法正確的是()A．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，因此此過(guò)程違反了熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，但并未全部用來(lái)對(duì)外做功，所以此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，但此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律D．以上三種說(shuō)法都不對(duì)解析：選C此過(guò)程雖然是氣體從單一熱庫(kù)吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，但引起了其他變化(有外力控制著活塞緩慢地移動(dòng)，而非自動(dòng)進(jìn)行的)，所以此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律。7．(多選)關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法中正確的是()A．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過(guò)程，氣體的內(nèi)能減少B．氣體向真空的自由膨脹是不可逆的C．熱力學(xué)第一定律也可表述為第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成D．熱力學(xué)第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”解析：選ABC一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過(guò)程，則Q＝0，W<0，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知，氣體的內(nèi)能減少，故A正確；熱力學(xué)第二定律表明：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，是不可逆的，故氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確；熱力學(xué)第一定律也可表述為第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成，故C正確；熱力學(xué)第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化”，故D錯(cuò)誤。8．(2022·廣東高考)利用空調(diào)將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外環(huán)境，這個(gè)過(guò)程________(選填“是”或“不是”)自發(fā)過(guò)程。該過(guò)程空調(diào)消耗了電能，空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量__________(選填“大于”“等于”或“小于”)從室內(nèi)吸收的熱量。解析：利用空調(diào)將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外環(huán)境，需要空調(diào)的壓縮機(jī)工作，不是自發(fā)過(guò)程；由于該過(guò)程消耗了電能，產(chǎn)生了電熱的空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量應(yīng)等于電熱加上從室內(nèi)吸收的熱量，即空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量大于從室內(nèi)吸收的熱量。答案：不是大于eq\a\vs4\al(B)組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新9．(多選)下列宏觀過(guò)程能用熱力學(xué)第二定律解釋的是()A．大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間大米、小米不會(huì)自動(dòng)分開(kāi)B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會(huì)均勻擴(kuò)散到整杯水中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，墨水和清水不會(huì)自動(dòng)分開(kāi)C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會(huì)由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而動(dòng)起來(lái)D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會(huì)使汽車熱機(jī)的效率達(dá)到100%解析：選BCD熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象，故A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律可知B、C、D正確。10．能量的概念是人類在對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行長(zhǎng)期探索中建立起來(lái)的，下列說(shuō)法正確的是()A．熱量可能會(huì)從低溫物體傳到高溫物體B．隨著技術(shù)進(jìn)步，最終能使熱機(jī)的效率達(dá)到100%C．能源在使用過(guò)程中，能量總量逐漸減少，因此要節(jié)約能源D．物體只要與外界進(jìn)行熱交換，其內(nèi)能就一定發(fā)生變化解析：選A由熱力學(xué)第二定律可知，熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，但是會(huì)引起其他變化，故A正確；盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，故B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，在能源的使用過(guò)程中，能量的總量守恒，但可利用能源會(huì)逐步減少，因此節(jié)約能源是我們每個(gè)人的責(zé)任，故C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，物體與外界進(jìn)行熱交換，其內(nèi)能不一定發(fā)生變化，還要看外界對(duì)物體做功情況，故D錯(cuò)誤。11．(多選)倒一杯熱水，然后加入適量的糖后，糖會(huì)全部溶于水中，但一段時(shí)間后又觀察到杯底部有糖結(jié)晶，關(guān)于這個(gè)過(guò)程下列敘述正確的是()A．溶解過(guò)程是自發(fā)的，結(jié)晶過(guò)程也是自發(fā)的，因此熱力學(xué)第二定律是錯(cuò)誤的B．溶解過(guò)程是有序向無(wú)序轉(zhuǎn)變的過(guò)程C．結(jié)晶過(guò)程是有序向無(wú)序轉(zhuǎn)變的過(guò)程D．結(jié)晶過(guò)程不是自發(fā)的，因?yàn)橛型饨绲挠绊懡馕觯哼xBD溶解過(guò)程是自發(fā)的，是由有序向無(wú)序轉(zhuǎn)變的過(guò)程；結(jié)晶過(guò)程不是自發(fā)的，通常是由于水溫降低或水的蒸發(fā)引起，是由無(wú)序向有序的轉(zhuǎn)變過(guò)程，故選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。12．(2022·湖南高考)(多選)利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說(shuō)法正確的是()A．A端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D．該裝置氣體進(jìn)出過(guò)程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律E．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程既滿足能量守恒定律，也滿足熱力學(xué)第二定律解析：選ABE依題意，中心部位為熱運(yùn)動(dòng)速率較低的氣體，與擋板碰撞后反彈，從A端流出，而邊緣部位熱運(yùn)動(dòng)速率較高的氣體從B端流出；同種氣體分子平均熱運(yùn)動(dòng)速率較大，其對(duì)應(yīng)的溫度也就較高，所以A端為冷端，B端為熱端，故A正確；依題意，A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小，B端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率小于從B端流出的，故B正確；從A端流出的氣體分子平均動(dòng)能小于從B端流出的氣體分子平均動(dòng)能，內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關(guān)，不能得出從A端流出的氣體內(nèi)能一定大于從B端流出的氣體內(nèi)能，故C錯(cuò)誤；該裝置將冷熱氣體進(jìn)行分離，噴嘴處有高壓，即通過(guò)外界做功而實(shí)現(xiàn)的，并非自發(fā)進(jìn)行的，沒(méi)有違背熱力學(xué)第二定律；溫度較低的從A端流出，溫度較高的從B端流出，也符合能量守恒定律，故D錯(cuò)誤，E正確。13.1821年，德國(guó)物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)了一種怪現(xiàn)象：把兩根銅絲和一根鐵絲與靈敏電流計(jì)串聯(lián)成閉合電路，然后把銅鐵絲的一個(gè)連接點(diǎn)放在盛有冰水混合物的容器里保持低溫，另一個(gè)連接點(diǎn)放在火焰上加熱，升到很高的溫度時(shí)，發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，表明閉合電路中產(chǎn)生了電流，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律？簡(jiǎn)述這一過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化情況。解析：不違反，內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能，而不產(chǎn)生其他影響；產(chǎn)生的電能是由被火焰加熱的銅鐵絲的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，其內(nèi)能一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分傳遞給冰水混合物。答案：見(jiàn)解析一、知識(shí)體系建構(gòu)——理清物理觀念二、綜合考法融會(huì)——強(qiáng)化科學(xué)思維eq\a\vs4\al(固體和液體的性質(zhì))[典例](多選)關(guān)于固體、液體和氣體，下列說(shuō)法中正確的是()A．慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不會(huì)流下來(lái)，此現(xiàn)象與液體的表面張力有關(guān)B．具有各向同性的固體一定沒(méi)有固定的熔點(diǎn)C．某種液體和固體接觸，當(dāng)固體分子對(duì)液體分子的吸引力大于液體分子之間的吸引力時(shí)，該液體浸潤(rùn)固體D．液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定，外界條件的變動(dòng)不會(huì)引起液晶分子排列變化[解析]液體表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大，分子力表現(xiàn)為引力，導(dǎo)致出現(xiàn)表面張力，液體的表面張力使液面具有收縮到液面表面積最小的趨勢(shì)，慢慢向小酒杯中注水，即使水面高出杯口，水仍不會(huì)流下來(lái)，就與液體的表面張力有關(guān)，A正確；多晶體是各向同性的，但有固定的熔點(diǎn)，B錯(cuò)誤；當(dāng)固體和液體接觸時(shí)，附著層內(nèi)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，液體浸潤(rùn)固體，C正確；液晶具有液體的流動(dòng)性，其物理性質(zhì)并不穩(wěn)定，液晶分子的排列是不穩(wěn)定的，外界條件的微小變動(dòng)就可能引起液晶分子排列的變化，D錯(cuò)誤。[答案]AC[融會(huì)貫通]1．單晶體、多晶體和非晶體的比較單晶體多晶體非晶體外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點(diǎn)固定固定不固定物理性質(zhì)各向異性各向同性各向同性內(nèi)部微粒排列有規(guī)則有規(guī)則無(wú)規(guī)則典型物質(zhì)雪花、食鹽小顆粒、制造各種晶體管的單晶硅或單晶鍺、石英、云母等許多食鹽顆粒粘在一起而成的大塊食鹽、金、銀、銅等玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等形成與轉(zhuǎn)化物體是晶體還是非晶體，并不是絕對(duì)的，它們?cè)谝欢l件下可以相互轉(zhuǎn)化2.液體的特性(1)表面張力是液體表面層內(nèi)液體分子之間相互作用力的宏觀表現(xiàn)，表面張力使液體表面具有收縮的趨勢(shì)。(2)浸潤(rùn)、不浸潤(rùn)現(xiàn)象和液體、固體都有關(guān)系，這是由附著層內(nèi)的分子的分子力決定的。(3)毛細(xì)現(xiàn)象是表面張力與浸潤(rùn)或不浸潤(rùn)共同作用的結(jié)果。若液體浸潤(rùn)毛細(xì)管管壁，則附著層有擴(kuò)張的趨勢(shì)，毛細(xì)管中液面上升，反之則下降。(4)由液體的表面層或附著層的特性所引起的現(xiàn)象很普遍，在解釋這類現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)抓住以下特點(diǎn)：①液體表面因存在表面張力而具有收縮趨勢(shì)；②浸潤(rùn)液體的附著層具有擴(kuò)張趨勢(shì)，不浸潤(rùn)液體的附著層具有收縮趨勢(shì)。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練](多選)下列說(shuō)法正確的是()A．液體表面層內(nèi)的分子間表現(xiàn)為引力因而產(chǎn)生表面張力，使液體表面有收縮到最小的趨勢(shì)B．水銀是浸潤(rùn)液體，水是不浸潤(rùn)液體C．在內(nèi)徑小的容器里，如果液體能浸潤(rùn)器壁，液面呈凹形D．植物根部的養(yǎng)分，有些是由于毛細(xì)現(xiàn)象升到植物上部枝葉中的解析：選ACD由于液體表面層里分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，所以表面層里分子間表現(xiàn)為引力，這種引力使液面的相鄰部分之間產(chǎn)生表面張力，液體表面有收縮的趨勢(shì)，A選項(xiàng)正確；液體是否浸潤(rùn)固體，是由固體和液體的性質(zhì)共同決定的，某種液體對(duì)有些固體浸潤(rùn)，對(duì)另一些固體不浸潤(rùn)，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤；在內(nèi)徑小的容器里，如果液體能浸潤(rùn)器壁，附著層里的液體分子間排斥，這種排斥使液面有擴(kuò)展的趨勢(shì)，因而液面呈凹形，C選項(xiàng)正確；植物根部的養(yǎng)分，有些是由于毛細(xì)現(xiàn)象升到植物上部枝葉中的，D選項(xiàng)正確。熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用[典例](2023·廣東高考)在駐波聲場(chǎng)作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過(guò)程可簡(jiǎn)化為如圖所示的p-V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為p0、體積為V0、溫度為T0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、壓強(qiáng)為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W。已知p0、V0、T0和W，求：(1)pB的表達(dá)式；(2)TC的表達(dá)式；(3)B到C過(guò)程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？[解析](1)由題可知，根據(jù)玻意耳定律可得pAVA＝pBVB解得pB＝eq\f(1,5)p0。(2)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得eq\f(pBVB,TB)＝eq\f(pCVC,TC)解得TC＝1.9T0。(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝W＋Q因?yàn)锽到C過(guò)程絕熱，故Q＝0，故氣體內(nèi)能增加ΔU＝W。[答案](1)eq\f(1,5)p0(2)1.9T0(3)W[融會(huì)貫通]1．熱力學(xué)第一定律的意義熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和傳熱這兩種改變內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與傳熱之間的定量關(guān)系。此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)各物理量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的焦耳。2．正確理解公式的意義及符號(hào)的含義(1)外界對(duì)物體做功，W>0；物體對(duì)外界做功，W<0。(2)物體吸收熱量，Q>0；物體放出熱量，Q<0。(3)物體內(nèi)能增加，ΔU>0；物體內(nèi)能減少，ΔU<0。3．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路(1)首先應(yīng)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。(2)其次要明確物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量，外界對(duì)物體(或系統(tǒng))所做的功。(3)最后根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解。特別要注意的是物理量的單位及正負(fù)號(hào)。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練](2023·山東高考)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強(qiáng)為1×105Pa。經(jīng)等容過(guò)程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過(guò)程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K。下列說(shuō)法正確的是()A．初始狀態(tài)下，氣體的體積為6LB．等壓過(guò)程中，氣體對(duì)外做功400JC．等壓過(guò)程中，氣體體積增加了原體積的eq\f(1,4)D．兩個(gè)過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400J解析：選AD令理想氣體的初始狀態(tài)的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為p1＝p0，V1＝V0，T1＝300K，經(jīng)等容過(guò)程壓強(qiáng)為p2，體積V2＝V1＝V0，溫度T2＝400K，經(jīng)等壓過(guò)程壓強(qiáng)為p3＝p0，體積變?yōu)閂3，溫度T3＝400K，由理想氣體狀態(tài)方程可得eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)＝eq\f(p3V3,T3)，解得p2＝eq\f(4,3)p0，V3＝eq\f(4,3)V0，C錯(cuò)誤；等容過(guò)程中氣體做功為零，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q＝400J，兩個(gè)過(guò)程的初末溫度相同即內(nèi)能變化相同，因此內(nèi)能增加量都為400J，D正確；等壓過(guò)程內(nèi)能增加了400J，吸收熱量為600J，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w對(duì)外做功為200J，即做功的大小為W＝p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)V0－V0))＝200J，解得V0＝6L，A正確，B錯(cuò)誤。熱力學(xué)第二定律的理解和應(yīng)用[典例]隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題日顯突出，油價(jià)的不斷攀升，已對(duì)各國(guó)人民的日常生活造成了各種影響，如排長(zhǎng)隊(duì)等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大難題之一。下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法正確的是()A．只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B．滿足能量守恒定律的物理過(guò)程都能自發(fā)地進(jìn)行C．可以直接利用空氣中的內(nèi)能，減少“溫室效應(yīng)”D．物體吸收熱量，物體的內(nèi)能可能減小[解析]內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，燃料不可能全部燃燒、尾氣要帶走部分熱量、零件之間存在摩擦生熱、發(fā)動(dòng)機(jī)本身需要散熱等等，故發(fā)動(dòng)機(jī)不可能將所有內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A錯(cuò)誤；由于能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性，滿足能量守恒定律的物理過(guò)程不一定能自發(fā)地進(jìn)行，B錯(cuò)誤；空氣中的內(nèi)能并不能直接被利用，如果需要利用，則需要熱泵，例如空調(diào)，空氣能熱水器等，熱泵工作同時(shí)消耗電能，引起了其他變化，C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q>0時(shí)，若物體對(duì)外界做功W<0，則物體的內(nèi)能有可能減少，D正確。[答案]D[融會(huì)貫通]1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)按照傳熱的方向性表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。(2)按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響，這是熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。2．熱力學(xué)第二定律的微觀意義(1)一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。(2)用熵來(lái)表示熱力學(xué)第二定律：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練](多選)下列說(shuō)法中正確的是()A．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制冷機(jī)的制冷溫度可以降到－280℃B．熱量可以從低溫物體傳到高溫物體C．無(wú)論科技怎樣發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)都不可能實(shí)現(xiàn)D．無(wú)論科技怎樣發(fā)展，都無(wú)法判斷一物體溫度升高是通過(guò)做功還是傳熱實(shí)現(xiàn)的解析：選BCD制冷機(jī)的制冷溫度不可能降到－273.15℃以下，A錯(cuò)誤；在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，B正確；不可能從單一熱庫(kù)吸熱使之完全變成功而不產(chǎn)生其他影響，即第二類永動(dòng)機(jī)永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)，C正確；做功和傳熱在改變物體內(nèi)能上是等效的，無(wú)論科技怎樣發(fā)展，都無(wú)法判斷一物體的溫度升高是通過(guò)做功還是傳熱實(shí)現(xiàn)的，D正確。三、價(jià)值好題精練——培樹科學(xué)態(tài)度和責(zé)任1．如圖是探究電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。下列說(shuō)法正確的是()A．甲裝置是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系B．甲裝置通電一段時(shí)間后，左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多C．乙裝置是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系D．乙裝置通電一段時(shí)間后，右側(cè)U形管中液面的高度差比左側(cè)的小解析：選B甲裝置中右側(cè)兩個(gè)5Ω的電阻并聯(lián)后再與左側(cè)一個(gè)5Ω的電阻串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知，右端兩個(gè)電阻的總電流和左端電阻的電流相等，即I右＝I左，兩個(gè)5Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)知I右＝I1＋I(xiàn)2，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I1＝I2，所以右邊容器中通過(guò)電阻的電流是左側(cè)電阻通過(guò)電流的一半，即是研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，由Q＝I2Rt可知，左邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快，因此通電一段時(shí)間后，左側(cè)U形管中液面高度差更大，故A錯(cuò)誤，B正確；在乙裝置中，將容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)接到電源兩端，通過(guò)它們的電流I與通電時(shí)間t相同，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，即是探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系，故由Q＝I2Rt可知，右邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快，因此通電一段時(shí)間后，右側(cè)U形管中液面高度差更大，故C、D錯(cuò)誤。2．(2023·新課標(biāo)卷)(多選)如圖，一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分，活塞與汽缸壁間沒(méi)有摩擦。初始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等。現(xiàn)通過(guò)電阻絲對(duì)f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達(dá)到穩(wěn)定后()A．h中的氣體內(nèi)能增加B．f與g中的氣體溫度相等C．f與h中的氣體溫度相等D．f與h中的氣體壓強(qiáng)相等解析：選AD當(dāng)電阻絲對(duì)f中的氣體緩慢加熱時(shí)，f中的氣體內(nèi)能增大，溫度升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知f中的氣體壓強(qiáng)增大，會(huì)緩慢推動(dòng)左邊活