A　 基础达标

1.(08四川卷)下列说法正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　 )

A．物体吸收热量，其温度一定升高

B．热量只能从高温物体向低温物体传递

C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现

D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式

考点1. 热力学第一定律的应用

剖析：

(1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析。

(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功。W为负；体积缩小，外界做功，W为正。若与外界绝热，则不发生热传递。此进Q=0.

[例题1]一定质量的气体从外界吸收了4.2×10⁵ J的热量，同时气体对外做了 6×10⁵ J的功，问：

(1)物体的内能增加还是减少？变化量是多少？

(2)分子势能是增加还是减少？

(3)分子动能是增加还是减少？

解析：(1)气体从外界吸热：Q=4.2×10⁵J，气体对外做功：W=－6×10⁵J，由热力学第一定律：

　　 ⊿U=W+Q=－1.8×10⁵J，⊿U为负，说明气体的内能减少了1.8×10⁵J。

(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加。

(3)因为气体的内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的动能一定减少，且分子动能的减少量一定大于气体内能的减少量。

[变式训练1]固定的气缸内由活塞B封闭着一定量的气体，在通常的情况下，这些气体分子之间的相互作用力可以忽略。在外力F作用下，将活塞B缓慢地向右拉动，如图12-2-1所示。在拉动活塞的过程中，假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变，关于气缸内的气体的下列论述，其中正确的是(　　 )

A.气体对外做功，气体内能减小　　　

B.气体对外做功，气体内能不变

D.气体从外界吸热，气体内能不变

解析：由于活塞导热性能良好，且缓慢被拉动，则气体的温度始终与环境温度相同，即气体的温度不变，所以气体的内能不变。由于气体的体积碰撞，故气体对外做功，据热力第一定律可知气体从外界吸收热量。故选项B、D正确。

易错点悟：本题由于不计分子间的作用力，即不考虑分子势能，气体的内能即为气体分子的总动能。　

答案：BD　

考点2. 热力学第二定律的应用

剖析：

热力学第二定律有多种表述，但无论用什么方式表述，都是揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。

[例题2]电冰箱是一种类型的制冷机，是用机械的方式制造人工低温的装置．图12-2-2为电冰箱的原理图，一般电冰箱使用氟里昂12，即二氯二氟甲烷(CCl₂F₂)作为制冷剂．试回答下列问题：

①叙述电冰箱的工作原理．

②一小孩看到电冰箱能制冷，便打开电冰箱使室内凉快些，试问此方法是否可行？

③压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么下列说法中正确的是(　 )

A．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量

B．在电冰箱的外管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量

C．在电冰箱的内管道中，制冷剂剧烈压缩吸收热量

D．在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量

解析：①热量不会自发地从低温热源移向高温热源，要实现这种逆向传热，需要外界做功．气态的制冷剂二氯二氟因压缩机中经压缩成高温气体，送入冷凝器，将热量传给空气或水，同时制冷剂液化成液态氟里昂，再通过膨胀阀或毛细管进行节流减压膨胀后，进入箱内蒸发器，液态氟里昂在低压下可以在较低的温度下蒸发为气体，在蒸发过程中制冷剂吸热，使周围温度降低，产生低温环境，蒸发后气态的制冷剂再送入压缩机，这样周而复始，由外界(压缩机)做功，系统(制冷剂)从低温热源(蒸发器)吸热，把热量传到高温热源(冷凝器)，从而在冰箱内产生低于室温的温度．

②因为电冰箱的吸热装置(蒸发器)和散热器(冷凝器)同处室内，因此无法使室内温度降低，由于压缩机不断消耗电能做功转化为内能，室内温度还会升高．

③根据前面的分析可知，本题正确答案为：A、D

[变式训练2]热力学第二定律常见的表述有两种。

第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；

图12-2-3(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对致冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据第二种表述完成示意图12-2-3(b)，根据你的理解，热力学第二定律的实质是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

答案：

(2)热力学第二定律的实质是　 一切与热现象有关的宏观

过程都有方向性。如图12-2-4：

考点3. 能量守恒定律的应用

剖析： 通过做功把其它形式的能量(特别是机械能)转化为内能的问题是一类重要的综合题。解决这类综合题的关键在于弄清内能的来源。如：在机械能与内能相互转化的过程中，转化为内能的往往不是研究对象的全部机械能，而是系统损失的机械能。

[例题3]如图12-2-5所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下方是水，上方为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面哪个说法正确？

A．大气压力对水做功，水的内能增加

B．水克服大气压力做功，水的内能减少

D．大气压力对水不做功，水的内能增加

解析：确定连通器中的水(系统)为研究对象。

由于涉及系统内能是否变化，所以应从热传递和做功两个方面进行。

同时，连通器中的水应受到连通器壁和器底的弹力，大气通过活塞施加

的大气压力，以及由于整个系统在地面而受到的重力。逐一判断各力的做功情况可知：

连通器对水的作用力，因无宏观位移或位移与力的方向垂直而对水不做功。

再看大气压力的功．打开阀门K后，根据连通器原理，最后A、B两管中的水面相平。设A管的横截面积为S₁，水面下降的高度为h₁，B管的横截面积为S₂，水面上升的高度为h₂。如图12-2-6所示。由于水的总体积保持不变，故有S₁h₁=S₂h₂。

A管中的水受向下的大气压力下降，大气压力做正功为W₁=P₀S₁h₁。B管中的水受到向下的压力，但水面上升，大气压力做负功为W₂=-P₀S₂h₂。则大气压力对水所做的总功W=W₁+W₂=0。即大气压力对水不做功。

至于重力对水所做的功，如图可以看到：水从A管流到B管，最后水面相平，最终的效果是A管中高度为h₁的水柱移到B管中成为高度为h₂的水柱，其重心的高度下降，因此，在这个过程中水所受重力对水做正功。

据热力学第一定律：△E=W+Q可知：水所受各力的合功为正功，传递的热量为零，所以，水的内能应增加。故应选D。

[变式训练3]根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有：

A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体；

B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体；

C．机械能可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械能；

D．机械能可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械能。

解析：根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，致冷机(如冰箱和空调)就是这样的装置。但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体。选项A错误，B正确。

一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止；在这个过程中机械能全部转化为热量。外界条件发生变化时，热量也可以全部转化为机械能；如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功，选项C错误，D正确。综上所述，该题的正确答案是B、D。

(四)、能量守恒定律：

能量守恒定律指出：能量即不会______________，也不会_____________，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量__________。

能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一。

1.热传导的方向性。热传导的过程是有___________的，这个过程可以向一个方向自发地进行(热量会自发地从高温物体传给低温物体)，但是向相反的方向却不能_________进行。

2.第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有__________：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。

3.热力学第二定律。表述：

①__________________________________________________(按热传导的方向性表述)。

②________________________________________________(按机械能和内能转化过程的方向性表述)。

③___________________________________。

热力学第二定律使人们认识到：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有_____。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。

4.能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做_________。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有___________。

(二)、热力学第一定律：

做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。

①内容：_____________________________________________________________。

②表达式：________________

③符号法则：外界对物体做功，W取_______，物体对外界做功，W取_______；物体吸收热量Q取_______，物体放出热量Q取________；物体内能增加△E取_________，物体内能减少△E取________。

(一)、物体的内能：

1.做热运动的分子具有的动能叫__________。______是物体分子热运动的平均动能的标志。温度越高，分子做热运动的平均动能_______。

理解要点：

①温度是大量分子的__________的标志，对个别分子来讲是_______的；

②温度相同的不同种类的物质，它们分子的平均动能相同，但由于不同种类物质的分子质量不等，所以，它们分子的______________不同；

③分子的平均动能与物体运动的速度_________。

2.分子势能

①分子间由于存在相互作用而具有的，大小由分子间相对位置决定的能叫做______

②分子势能改变与分子力做功的关系：分子力做功，分子势能_______；克服分子力做功，分子势能_____；且分子力做多少功，分子势能就改变多少。分子势能与分子间距的关系(如右图示)：

当r＞时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做______，分子势能______；

当r＜时，分子力表现为斥力，随着r的减小，分子斥力做______，分子势能_______；

r=时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时的分子势能为零。

对实际气体来说，体积增大，分子势能________;体积缩小，分子势能_______。

3.物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的_________。

物体的内能跟物体的________和__________都有关系：温度升高时物体内能________；体积变化时，物体内能变化。

4.分子势能与体积的关系

分子热能与分子力相关：分子力做正功，分子势能_______；分子力做负功，分子势能_________。而分子力与分子间距有关，分子间距的变化则又影响着大量分子所组成的宏观物体的体积。这就在分子热能与物体体积间建立起某中联系。考虑到分子力在r>r₀时表现为斥力，此时体积膨胀时，表现为斥力的分子力做正功。因此分子势能随物体体积呈非单调变化的特征。

5.改变内能的两种方式

改变物体的内能通常有两种方式：______和________。做功涉及到的是内能与其它能间的_____；而热传递则只涉及到内能在不同物体间的________。

6. 物体的内能和机械能之间主要区别有如下几点：

①对应着不同的研究对象和物理运动形式。

机械能对应于宏观物体的机械运动，而物体的内能对应于大量分子的热运动，是大量分子的集体表现，是统计平均的结果。

②对应着不同的相互作用力。

机械能对应于万有引力和弹簧弹力；而物体的内能对应于静电力。

③数值的确定依据和方法不同。

12．(2010·德州模拟)中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器人上月球，实地采样送回地球，为载人登月及月球基地选址做准备．设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行，飞船上备有以下实验仪器：A.计时表一只；B.弹簧测力计一把；C.已知质量为m的物体一个；D.天平一只(附砝码一盒)．在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月球做匀速圆周运动，宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行N圈所用的时间为t.飞船的登月舱在月球上着陆后，遥控机器人利用所携带的仪器又进行了第二次测量，利用上述两次测量的物理量可以推导出月球的半径和质量．(已知引力常量为G，忽略月球的自转的影响)

(1)说明机器人是如何进行第二次测量的？

(2)试推导用上述测量的物理量表示的月球半径和质量的表达式．

解析：(1)机器人在月球上用弹簧测力计竖直悬挂物体，静止时读出弹簧测力计的读数F，即为物体在月球上所受重力的大小．

(2)设月球质量为M，半径为R，在月球上(忽略月球的自转的影响)可知G＝mg_月①

又mg_月＝F　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ②

飞船绕月球运行时，因为是靠近月球表面，故近似认为其轨道半径为月球的半径R，由万有引力提供飞船做圆周运动的向心力，可知

G＝mR　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ③

又T＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ④

由①②③④式可知月球的半径R＝＝.

月球的质量M＝.

答案：(1)见解析　(2)R＝　M＝

()

11．(2010·潮州测试)在半径R＝5 000 km的某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图6甲所示．竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成，将质量m＝0.2 kg的小球，从轨道AB上高H处的某点静止滑下，用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F，改变H的大小，可测出相应的F大小，F随H的变化关系如图乙所示．求：

图6

(1)圆轨道的半径及星球表面的重力加速度．

(2)该星球的第一宇宙速度．

解析：(1)小球过C点时满足F+mg＝m

又根据mg(H－2r)＝mv_C²

联立解得F＝H－5mg

由题图可知：H₁＝0.5 m时F₁＝0；可解得r＝0.2 m

H₂＝1.0 m时F₂＝5 N；可解得g＝5 m/s²

(2)据m＝mg

可得v＝＝5×10³ m/s.

答案：(1)0.2 m　5 m/s²　(2)5×10³ m/s

10．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经　

点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同　　　　 图5

步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点(如图5所示)．则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是　　　　　　　　　　　 (　)

A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度

C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度

D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度

解析：卫星在半径为r的轨道上运行时，速度v＝ ，可见轨道半径r越大，运行速度越小，由v＝ωr可得ω＝ ，r越大，ω越小，A错B正确；卫星的向心加速度由万有引力产生，在不同的轨道上运动时，由a＝知，在同一点它们的加速度是相同的，故C错D正确．

答案：BD