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解析：(1)从题图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点，所以A→B是一个等压变化，即pA＝pB
VAVB根据盖—吕萨克定律可得＝ TATBVA0.4
所以TA＝VTB＝×300 K＝200 K。
0.6B(2)由题图甲可知，由B→C是等容变化， 根据查理定律得所以pC＝如图所示。
pBpC＝ TBTC
TC400
pB＝×1.5×105 Pa＝2.0×105 Pa。则可画出状态A→B→C的p-T图像
TB300
答案：(1)等压变化 200 K (2)见解析
第72课时 热力学定律(重点突破课)
[基础点·自主落实]
[必备知识]
1．热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。 (3)符号法则
符号 ＋ －
2．热力学第二定律 (1)克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述
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，或表述为“第二
W 外界对物体做功 物体对外界做功 Q 物体吸收热量 物体放出热量 ΔU 内能增加 内能减小 第 27 页 共 44 页
类永动机是不可能制成的”。
[小题热身]
1．(2016·全国丙卷)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：选CDE 气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，A错误。内能与物体的运动速度无关，B错误。气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确。一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，D正确。根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，E正确。
2．(2016·江苏高考)如图所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J。在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J。求气体完成一次循环对外界所做的功。
解析：完成一次循环气体内能不变，ΔU＝0，吸收的热量Q＝(20＋12－4－20) J＝8 J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8 J，气体对外界所做的功为8 J。
答案：8 J
[提能点·师生互动]
提能点(一) 热力学第一定律 1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳。
2．三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加； (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加； (3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则 W＋Q＝0或W＝－Q，外界
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对物体做的功等于物体放出的热量。
[典例] 一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
[解析] (1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J。
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J。
[答案] (1)增加 160 J (2)外界对气体做功 80 J
(1)各物理量的符号不能弄错，故一定要准确掌握热力学第一定律的符号法则。 (2)考虑要全面，做功和热传递都能改变物体的内能，忽视任一方式都会造成错解。
[集训冲关]
1．在一个标准大气压下，1 g水在沸腾时吸收了2 260 J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 J的功。已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol1，水的摩尔质量M＝18
－
g/mol。下列说法正确的是( )
A．分子间的平均距离增大 B．水分子的热运动变得更剧烈了 C．水分子总势能的变化量为2 090 J D．在整个过程中能量是不守恒的 E．1 g水所含的分子数约为3.3×1022个
解析：选ACE 液体变成气体后，分子间的平均距离增大了，选项A正确；温度是分子热运动剧烈程度的标志，由于两种状态下的温度是相同的，故两种状态下水分子热运动的剧烈程度是相同的，选项B错误；水发生等温变化，分子平均动能不变，因水分子总数不变，分子的总动能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得水的内能的变化量ΔU＝2 260 J－170 J＝2 090 J，即水的内能增大2 090 J，则水分子的总势能增大了2 090 J，选m1项C正确；在整个过程中能量是守恒的，选项D错误；1 g水所含的分子数为n＝MNA＝
18×6.0×1023≈3.3×1022(个)，选项E正确。
2.如图所示，为测量大气压强的实验装置，将一定质量的气体密
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封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800 mL；现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，稳定后两臂中水银面的高度差为25 cm，不计玻璃管中气体的体积，环境温度不变。求
(1)大气压强p0(用“cmHg”做压强单位)
(2)此过程中外界对烧瓶内的气体________(填“做正功”、“做负功”、“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)。
解析：(1)设大气压强为p0 初状态：p1＝p0，V1＝800 mL 注入水后：p2＝p0＋p，V2＝600 mL 由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2 解得：p0＝75 cmHg。
(2)气体体积减小，外界对气体做正功，温度不变，气体的内能不变，由热力学第一定律知，应对外放热。
答案：(1)75 cmHg (2)做正功 放热
1.热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。
2．两类永动机的比较
第一类永动机 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 第二类永动机 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不违背能量守恒，违背热力学第二定律 提能点(二) 热力学第二定律 设计要求 不可能制 成的原因 违背能量守恒 [典例] (2017·南昌模拟)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( ) A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量不守恒
C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律
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D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
[解析] 第一类永动机违背能量守恒定律，A正确。能量耗散过程中能量也是守恒的，B错误。电冰箱不违背热力学第二定律，C错误。能量耗散反映了能量转化的方向性，D正确。在产生了其他影响的情况下，物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功，E正确。
[答案] ADE
(1)从本质上讲，第二类永动机违背了与热现象有关的宏观物理过程的方向性原理，与热现象有关的宏观物理过程不可逆。
(2)热力学第二定律的不同表述形式反映的实质相同，只是从不同侧面反映了某一种现象的方向性。
[集训冲关]
1．(2017·东北三省四市模拟)下列说法中正确的是( ) A．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
B．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小
C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向 D．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E．随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机
解析：选BCD 相互间达到热平衡的两物体的温度相同，内能不一定相等，故A错误；火罐内气体压强小于大气压强，所以火罐能“吸”在皮肤上，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故C正确；根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确；根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为100%的热机，故E错误。
2．(2016·全国乙卷)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：选BDE 根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说