（全國通用版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 第36講 熱力學(xué)定律與能量守恒學(xué)案

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1、 第36講　熱力學(xué)定律與能量守恒 考綱要求 考情分析 命題趨勢(shì) 1.熱力學(xué)第一定律Ⅰ 2．能量守恒定律Ⅰ 3．熱力學(xué)第二定律Ⅰ 2017·全國卷Ⅱ，33(1) 2017·全國卷Ⅲ，33(1) 2016·全國卷Ⅰ，33(1) 在新課標(biāo)地區(qū)，高考對(duì)熱學(xué)部分的考查在選做題中出現(xiàn)，題型涉及選擇、填空和計(jì)算題，考查知識(shí)點(diǎn)全面覆蓋，同時(shí)突出重點(diǎn)，如熱力學(xué)定律 1．熱力學(xué)第一定律 ①內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的__內(nèi)能增量__等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和． ②表達(dá)式：ΔU__Q＋W__． ③符號(hào)法則 符號(hào) W Q ΔU ＋ 外界對(duì)物體做功

2、 物體__吸收__ 熱量 內(nèi)能__增加__ － 物體對(duì)外界做功 物體__放出__ 熱量 內(nèi)能__減小__ 2．熱力學(xué)第二定律的三種表述 (1)克勞修斯表述：熱量不能__自發(fā)地__從低溫物體傳到高溫物體． (2)開爾文表述：不可能從__單一__熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而__不產(chǎn)生__其他影響．或表述為“第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成”． (3)用熵的概念進(jìn)行表述：在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)__減小__(熱力學(xué)第二定律又叫做熵增加原理)． 3．能量守恒定律 (1)內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式__轉(zhuǎn)化__為另一種形式，或者從一

3、個(gè)物體__轉(zhuǎn)移__到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的__總和__保持不變． (2)能源的利用 ①存在能量耗散和__品質(zhì)降低__． ②重視利用能源時(shí)對(duì)__環(huán)境__的影響． ③推進(jìn)開發(fā)新能源，如__太陽能__、生物能、風(fēng)能、潮汐能等． 1．判斷正誤 (1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的．(　×　) (2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內(nèi)能一定減少20 J．(　×　) (3)物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變．(　√　) (4)在給自行車打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功．(　√　) (5)自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來越小，能量正在消失

4、．(　×　) (6)利用河水的能量使船逆水航行的設(shè)想，符合能量守恒定律．(　√　) (7)熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化．(　×　) 一　熱力學(xué)第一定律 1．改變內(nèi)能的兩種方式的比較 　　　方式名稱 比較項(xiàng)目 　　 做功 熱傳遞 區(qū) 別 內(nèi)能變化 情況 外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少 物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少 從運(yùn)動(dòng)形 式上看 做功是宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)向物體的微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化 熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移

5、 從能量的 角度看 做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程 不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 能的性質(zhì)變化情況 能的性質(zhì)發(fā)生了變化 能的性質(zhì)不變 相互聯(lián)系 做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的 2.熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)功、內(nèi)能、熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位焦耳． 3．三種特殊情況 (1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加； (2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的

6、熱量等于物體內(nèi)能的增加； (3)若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量． 理想氣體內(nèi)能變化的判定 對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，由于無分子勢(shì)能，其內(nèi)能只包含分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，這時(shí)內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故判定一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能是否變化，應(yīng)看溫度是否發(fā)生了變化，與體積無關(guān)． [例1](2017·全國卷Ⅲ)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到初態(tài)a.下列說法正確的是__ABD__.(選填正確答案標(biāo)號(hào)．選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5

7、分．每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) A．在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B．在過程ca中外界對(duì)氣體做功 C．在過程ab中氣體對(duì)外界做功 D．在過程bc中氣體從外界吸收熱量 E．在過程ca中氣體從外界吸收熱量 解析　(1)由p－V圖可知 ，在過程ab中體積不變，氣體不對(duì)外做功，W＝0，壓強(qiáng)增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增加，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；過程bc為等溫變化過程，理想氣體內(nèi)能不變，而體積增大，氣體對(duì)外做功，W＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知Q＞0，氣體從外界吸收熱量，選項(xiàng)D正確；過程ca為等壓變化過程，體積減小，外界對(duì)氣體做功，W＞0，由蓋—呂薩克定律知?dú)怏w溫度降低，內(nèi)能減小，

8、由ΔU＝W＋Q知Q＜0，氣體放出熱量 ，選項(xiàng)B正確，E錯(cuò)誤． 　二　熱力學(xué)第二定律 1．熱力學(xué)過程方向性實(shí)例 (1)高溫物體低溫物體 (2)功熱量 (3)氣體體積V1氣體體積V2(較大) (4)不同氣體A和B混合氣體AB 2．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的關(guān)系 熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達(dá)形式及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系．而第二定律指明了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展是不可逆的，除非靠外界影響．所以二者相互聯(lián)系，又相互補(bǔ)充． 3．兩類永動(dòng)機(jī)的比較 第一類永動(dòng)機(jī) 第二類永動(dòng)機(jī) 不消耗能量卻可以源源不

9、斷地對(duì)外做功的機(jī)器 從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功而不引起其他變化的機(jī)器 違背能量守恒，不可能實(shí)現(xiàn) 不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn) [例2](2017·江蘇模塊驗(yàn)收測(cè)試)如圖所示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)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外． (1)(多選)下列說法正確的是?。?！　BC　###． A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔? C．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律 D．電冰箱的工

10、作原理違反熱力學(xué)第一定律 (2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？ 解析　(1)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)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；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的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能，故選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤． (2)由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱量，同時(shí)消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多． 答案　(2)見解析 熱力學(xué)第二定律的涵義

11、(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助． (2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(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． 1．(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法中正確的是(　AB　) A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 B．空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 C．科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī) D．對(duì)能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)” 解析　在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體，選項(xiàng)A正確；空調(diào)機(jī)工作過

12、程中，電流做功產(chǎn)生熱，所以向室外放熱多，從室內(nèi)吸熱少，選項(xiàng)B正確；選項(xiàng)C中的說法違反熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)能源的過度消耗會(huì)造成可以利用的能量減少，而總的能量是守恒的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 2．用隔板將一容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定量的氣體，B為真空(如圖甲所示)，現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體將自動(dòng)充滿整個(gè)容器(如圖乙所示)，這個(gè)過程稱為氣體的自由膨脹．則關(guān)于氣體的自由膨脹下列說法中正確的是 (　D　) A．在自由膨脹過程中，所有氣體分子的運(yùn)動(dòng)方向相同 B．在自由膨脹過程中，只要把握好隔板插入的時(shí)機(jī)，全部氣體就能到達(dá)B部分 C．氣體充滿整個(gè)容器后，只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，還能全部自動(dòng)回到A

13、部分 D．氣體充滿整個(gè)容器后，B部分中的某些氣體分子有可能再回到A部分 解析　氣體分子在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在自由膨脹過程中也不例外，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在自由膨脹過程中，氣體分子將充滿所能達(dá)到的空間，即整個(gè)容器，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律指出具有大量分子參與的宏觀過程都具有方向性，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氣體充滿整個(gè)容器后，氣體分子朝各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等，所以B部分中的某些氣體分子有可能再回到A部分，選項(xiàng)D正確． 3．(2017·福建泉州模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p-V圖象如圖所示．已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 ℃.求： (1)該氣體

14、在狀態(tài)B時(shí)的溫度； (2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量． 解析　(1)對(duì)于理想氣體：A→B過程，由查理定律有＝， 得TB＝100 K，所以tB＝TB－273 ℃＝－173 ℃． (2)B→C過程，由蓋－呂薩克定律有＝， 得TC＝300 K，所以tC＝TC－273 ℃＝27 ℃， 由于狀態(tài)A與狀態(tài)C溫度相同，氣體內(nèi)能相等，而A→B過程中等容變化，氣體對(duì)外不做功，B→C過程中氣體體積膨脹對(duì)外做功，即從狀態(tài)A到狀態(tài)C氣體對(duì)外做功，故氣體應(yīng)從外界吸收熱量． Q＝pΔV＝1×105×(3×10－3－1×10－3)J＝200 J． 答案　(1)－173℃　(2)吸收熱量2

15、00 J 4．(多選))關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是(　AD　) A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 B．氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減少 C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 解析　由熱力學(xué)第二定律知吸收的熱不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為功，但通過其他方法可以全部轉(zhuǎn)化為功，故選項(xiàng)A正確；氣體體積增大，對(duì)外做功，若同時(shí)伴隨吸熱，其內(nèi)能不一定減少，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氣體從外界吸熱，若同時(shí)伴隨對(duì)外界做功，其內(nèi)能不一定增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；外界對(duì)氣體做功，若同時(shí)氣體放熱，其內(nèi)能可能減少，選項(xiàng)D正確． [例1](6分)(多選)如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔

16、開成a、b兩部分．已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空．抽開隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)．在此過程中(　　) A．氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少 B．氣體不做功，內(nèi)能不變 C．氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變 D．氣體壓強(qiáng)變大，溫度不變 E．單位時(shí)間內(nèi)撞擊容器壁的分子數(shù)減少 [答題送檢]來自閱卷名師報(bào)告 錯(cuò)誤 致錯(cuò)原因 扣分 A 不明白“絕熱容器”的含義，挖掘不出稀薄氣體向真空擴(kuò)散是否做功，不能根據(jù)熱力學(xué)第一定律解題，錯(cuò)選A． －6 [規(guī)范答題] [解析]　絕熱容器內(nèi)的稀薄氣體與外界沒有熱傳遞，Q＝0，稀薄氣體向真空擴(kuò)散時(shí)氣體沒有做功，W＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一

17、定律稀薄氣體的內(nèi)能不變，則溫度不變，稀薄氣體擴(kuò)散體積增大，根據(jù)玻意耳定律可知，氣體的壓強(qiáng)必然變小，故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤，B、C正確；溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，壓強(qiáng)減小，說明單位時(shí)間內(nèi)撞擊容器壁的分子數(shù)減少，故E正確． [答案]　BCE 1．(2017·全國卷Ⅱ)(多選)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空．現(xiàn)將隔板抽開，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸．待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積．假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣．下列說法正確的是(　ABD　) A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B．氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大 C．在自發(fā)擴(kuò)

18、散過程中，氣體對(duì)外界做功 D．氣體在被壓縮的過程，外界對(duì)氣體做功 E．氣體在被壓縮的過程，氣體分子的平均動(dòng)能不變 解析　抽開隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過程中，氣體對(duì)外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；氣體在壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做正功，選項(xiàng)D正確；由于氣體與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，選項(xiàng)B正確，E項(xiàng)錯(cuò)誤． 2．(多選)如圖所示，是某氣體狀態(tài)變化的p－V圖象，則下列說法正確的是(　BCD　) A．氣體做的是等溫變化 B．從A到B氣體的壓強(qiáng)一直減小 C．從A到B氣體

19、的體積一直增大 D．氣體的三個(gè)狀態(tài)參量一直都在變 解析　由等溫線的特點(diǎn)可知圖中所示AB圖線不是等溫線，AB過程不是等溫變化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；從AB圖線可知?dú)怏w從A狀態(tài)變?yōu)锽狀態(tài)的過程中，壓強(qiáng)p在逐漸減小，體積V在不斷增大，則選項(xiàng)B、C正確．又因?yàn)樵撨^程不是等溫過程，所以氣體的三個(gè)狀態(tài)參量一直都在變化，選項(xiàng)D正確． 3．(2017·福建福州模擬)如圖所示，厚度和質(zhì)量不計(jì)、橫截面積為S＝10 cm2的絕熱汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸內(nèi)有一絕熱的“T”形活塞固定在桌面上，活塞與汽缸封閉一定質(zhì)量的理想氣體，開始時(shí)，氣體的溫度為T0＝300 K，壓強(qiáng)為p＝0.5×105 Pa，活塞與汽缸頂?shù)木嚯x為h＝1

20、0 cm，活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)且不漏氣，大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105 Pa.求： (1)此時(shí)桌面對(duì)汽缸的作用力FN； (2)現(xiàn)通過電熱絲給氣體緩慢加熱到T，此過程中氣體吸收熱量為Q＝7 J，內(nèi)能增加了ΔU＝5 J，整個(gè)過程活塞都在汽缸內(nèi)，求T的值． 解析　(1)對(duì)汽缸受力分析，由平衡條件有FN＋pS＝p0S， 得FN＝(p0－p)S＝50 N． (2)設(shè)溫度升高至T時(shí)，活塞與汽缸頂?shù)木嚯x為H，則氣體對(duì)外界做功W＝p0ΔV＝p0S(H－h(huán))， 由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q－W，解得H＝12 cm． 氣體溫度從T0升高到T的過程，由理想氣體狀態(tài)方程， 得＝，解得T＝T0＝7

21、20 K． 答案　(1)50 N　(2)720 K 4．(2017·江蘇南京模擬)如圖所示，豎直放置的氣缸內(nèi)壁光滑，橫截面積為S＝10－3m2，活塞的質(zhì)量為m＝2 kg，厚度不計(jì)．在A、B兩處設(shè)有限制裝置，使活塞只能在A、B之間運(yùn)動(dòng)，B下方氣缸的容積為1.0×10－3m3，A、B之間的容積為2.0×10－4m3，外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105 Pa.開始時(shí)活塞停在B處，缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.9p0，溫度為27 ℃，現(xiàn)緩慢加熱缸內(nèi)氣體，直至327 ℃.求： (1)活塞剛離開B處時(shí)氣體的溫度t2； (2)缸內(nèi)氣體最后的壓強(qiáng)． 解析　(1)活塞剛離開B處時(shí)，設(shè)氣體的壓強(qiáng)為p2，由二力平

22、衡可得 p2＝p0＋，解得p2＝1.2×105 Pa， 由查理定律得＝，解得t2＝127 ℃． (2)設(shè)活塞最終移動(dòng)到A處，缸內(nèi)氣體最后的壓強(qiáng)為p3，由理想氣體狀態(tài)方程得＝，解得p3＝1.5×105 Pa， 因?yàn)閜3>p2，故活塞最終移動(dòng)到A處的假設(shè)成立． 答案　(1)127 ℃　(2)1.5×105 Pa 1．(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　BDE　) A．氣體吸熱后溫度一定升高 B．對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能 C．理想氣體等壓膨脹過程一定放熱 D．熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 E．如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)

23、彼此之間也必定達(dá)到熱平衡 解析　根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體吸熱的同時(shí)若對(duì)外做功，則內(nèi)能不一定增大，溫度不一定升高，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能，選項(xiàng)B正確；理想氣體等壓膨脹過程，對(duì)外做功，由理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，故氣體一定吸熱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項(xiàng)D正確；根據(jù)熱平衡定律，如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡，選項(xiàng)E正確． 2．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p-T圖象如圖所示，其中對(duì)角線ac的延

24、長(zhǎng)線過原點(diǎn)O.下列判斷正確的是?。?！　ABE　###.　 A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能 C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功 D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功 E．在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功 解析　由＝k可知，P-T圖象中過原點(diǎn)的一條傾斜的直線是等容線，選項(xiàng)A正確；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)d的過程溫度不變，內(nèi)能不變，從狀態(tài)d到狀態(tài)a的過程溫度升高，內(nèi)能增加，選項(xiàng)B正確；由于過程cd中氣體的內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體向外放出的熱量等于外界對(duì)氣體做

25、的功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在過程da中氣體內(nèi)能增加，氣體從外界吸收的熱量大于氣體對(duì)外界做的功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；過程bc中，外界對(duì)氣體做的功Wbc＝pb(Vb－Vc)＝pbVb－pcVc，過程da中氣體對(duì)外界做的功Wda＝pd(Va－Vd)＝paVa－pdVd，由于pbVb＝paVa，pcVc＝pdVd，因此過程bc中外界對(duì)氣體做的功與過程da中氣體對(duì)外界做的功相等，選項(xiàng)E正確． 3．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)．其p－T圖象如圖所示．下列判斷正確的是(　ADE　) A．過程ab中氣體一定吸熱 B．過程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C．過程ca中外界

26、對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D．a(chǎn)、b和c三個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小 E．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同 解析　對(duì)封閉氣體，由題圖可知a→b過程，氣體體積V不變，沒有做功，而溫度T升高，則為吸熱過程，選項(xiàng)A正確．b→c過程為等溫變化，壓強(qiáng)減小，體積增大，對(duì)外做功，則為吸熱過程，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；c→a過程為等壓變化，溫度T降低，內(nèi)能減少，體積V減小，外界對(duì)氣體做功，依據(jù)W＋Q＝ΔE，外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放的熱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，Ta

27、Tb＝Tc，pb>pc，顯然選項(xiàng)E正確． 4．某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車胎體積增大．若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么(　D　) A．外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小 B．外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大 C．胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小 D．胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增大 解析　車胎體積增大，故胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，胎內(nèi)氣體溫度升高，故胎內(nèi)氣體內(nèi)能增大，選項(xiàng)D正確． 5．如圖所示，一底面積為S、內(nèi)壁光滑的圓柱形容器豎直放置在水平地面上，開口向上，內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)量均為m的相同活塞A和B；在A與B之間、B與容器底面之間分別封有一定量的同樣的理想氣體，平衡

28、時(shí)體積均為V.已知容器內(nèi)氣體溫度始終不變，重力加速度大小為g，外界大氣壓強(qiáng)為p0.現(xiàn)假設(shè)活塞B發(fā)生緩慢漏氣，致使B最終與容器底面接觸．求活塞A移動(dòng)的距離． 解析　A與B之間、B與容器底面之間的氣體壓強(qiáng)分別為p1、p2，在漏氣前，對(duì)A分析有p1＝p0＋，對(duì)B有p2＝p1＋， B最終與容器底面接觸后，A、B間的壓強(qiáng)為p，氣體體積為V′，則有p＝p0＋， 因?yàn)闇囟仁冀K不變，對(duì)于混合氣體有(p1＋p2)V＝pV′， 設(shè)活塞B厚度為d，漏氣前A距離底面的高度為h＝＋d， 漏氣后A距離底面的高度為h′＝＋d， 聯(lián)立可得Δh＝h′－h(huán)， 聯(lián)立以上各式化簡(jiǎn)得Δh＝． 答案　 6．(1)如

29、圖甲所示，在斯特林循環(huán)的p－V圖象中，一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，整個(gè)過程由兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過程組成．B→C的過程中，單位體積中的氣體分子數(shù)目__不變__(選填“增大”“減小”或“不變”)．狀態(tài)A和狀態(tài)D的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布圖象如圖乙所示，則狀態(tài)A對(duì)應(yīng)的是__①__(選填“①”或“②”)． (2)如圖甲所示，在A→B和D→A的過程中，氣體放出的熱量分別為4 J和20 J．在B→C和C→D的過程中，氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J．求氣體完成一次循環(huán)對(duì)外界所做的功． 解析　(1)從B→C的過程中，氣體的體積不變，因此單位體積中氣體分子數(shù)

30、目不變，從狀態(tài)D到狀態(tài)A，氣體的體積不變，壓強(qiáng)減小，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，因此A狀態(tài)對(duì)應(yīng)的是①． (2)氣體完成一次循環(huán)，其內(nèi)能不變，即ΔU＝0，吸收的熱量Q＝(20＋12－4－20) J＝8 J，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8 J，則氣體對(duì)外做功為8 J． 答案　(2)8 J 課時(shí)達(dá)標(biāo)　第36講 [解密考綱]理解熱力學(xué)第一定律，知道改變內(nèi)能的兩種方式；知道與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律；掌握能量守恒定律及應(yīng)用． 1．地球上有很多的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018噸，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023焦耳的熱量，有人曾

31、設(shè)想利用海水放出的熱量使它完全變成機(jī)械能來解決能源危機(jī)，但這種機(jī)器是不能制成的，其原因是(　C　) A．內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿足熱力學(xué)第一定律 C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器不滿足熱力學(xué)第二定律 D．上述三種原因都不正確 解析　內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，如熱機(jī)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程滿足熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律告訴我們：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤． 2．重慶出租車常以天然氣作為燃料．加氣站儲(chǔ)氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體體積

32、及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)(　B　) A．壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小 B．吸收熱量，內(nèi)能增大 C．壓強(qiáng)減小，分子平均動(dòng)能增大 D．對(duì)外做功，分子平均動(dòng)能減小 解析　儲(chǔ)氣罐中氣體體積不變，氣體不做功，當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體壓強(qiáng)增大，氣體內(nèi)能增大，分子平均動(dòng)能增大；由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定吸熱，故選項(xiàng)B正確． 3．一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5×104 J，氣體對(duì)外界做功1.0×104 J，則該理想氣體的(　D　) A．溫度降低，密度增大 B．溫度降低，密度減小 C．溫度升高，密度增大 D．溫度升高，密度減小 解析　從外界吸熱，Q＝2.5×104 J，

33、對(duì)外界做功，W＝－1.0×104 J，由ΔU＝Q＋W可得，ΔU＝1.5×104 J，內(nèi)能增大，這說明溫度升高；又由于氣體對(duì)外界做功，體積增大，由ρ＝可知，密度減小．選項(xiàng)D正確． 4．(多選)如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的噴水裝置．內(nèi)部裝有2 L水，上部密封1 atm的空氣0.5 L，保持閥門關(guān)閉，再充入1 atm的空氣0.1 L，設(shè)在所有過程中空氣可看作理想氣體，且溫度不變，下列說法正確的有(　AC　) A．充氣后，密封氣體壓強(qiáng)增加 B．充氣后，密封氣體的分子平均動(dòng)能增加 C．打開閥門后，密封氣體對(duì)外界做正功 D．打開閥門后，不再充氣也能把水噴光 解析　溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，充氣后由

34、于氣體的質(zhì)量增大，溫度、體積基本不變，氣體的壓強(qiáng)增大，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；打開閥門后，水減少，氣體膨脹，密封氣體對(duì)水做正功，選項(xiàng)C正確；如果水全排出，氣體壓強(qiáng)為p3，p3(2 L＋0.5 L)＝p1(0.5 L＋0.1 L)得p3＝0.24p1

35、氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 E．氣體在等壓膨脹過程中溫度一定升高 解析　氣體體積為氣體分子所能達(dá)到的空間的體積，而氣體分子體積很小，體積之和遠(yuǎn)小于氣體體積，選項(xiàng)A正確；氣體溫度反映了分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度減弱，溫度必然降低，選項(xiàng)B正確；氣體壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞容器器壁的結(jié)果，在完全失重的情況下，氣體對(duì)器壁仍產(chǎn)生壓強(qiáng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氣體從外界吸收熱量，但如果同時(shí)對(duì)外做功，那么氣體的內(nèi)能不一定增加，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；根據(jù)氣體定律可知，氣體在等壓膨脹過程中，體積與熱力學(xué)溫度成正比，體積變大，溫度升高，選項(xiàng)E正確． 6．如圖所示為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒

36、間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過程中(　A　) A．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大 B．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小 C．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大 D．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小 解析　M向下滑動(dòng)的過程中，氣體體積減小，故外界對(duì)氣體做功，W>0，下滑過程不與外界發(fā)生熱交換，Q＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知內(nèi)能增大，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤． 7．如圖所示，內(nèi)壁光滑的圓柱形金屬容器內(nèi)有一個(gè)質(zhì)量為m、面積為S的活塞．容器固定放置在傾角為θ的斜面上．一定量的理想氣體被密封在容器內(nèi)，溫度為T0，活塞底面與容

37、器底面平行，距離為h.已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g． (1)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為?。?！ p0＋　###． (2)由于環(huán)境溫度變化，活塞緩慢下移時(shí)氣體溫度為?。?！ 　###，此過程中容器內(nèi)氣體?。?！_放熱__(選填“吸熱”或“放熱”)，氣體分子的平均速率?。。減小__.(選填“增大”“減小”或“不變”) 解析　(1)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)與大氣壓和活塞的重力有關(guān)．活塞對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p′＝，則容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p＝p0＋p′＝p0＋.　 (2)環(huán)境溫度變化，活塞緩慢下移，可認(rèn)為是等壓變化，則＝，且V0＝2V1，解得T1＝． 在此等壓變化過程中，理想氣體溫度降低，內(nèi)能減少，氣體體積減小

38、，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一律ΔU＝Q＋W知?dú)怏w放出熱量，氣體分子的平均速率減?。? 8．我國“蛟龍”號(hào)深海探測(cè)船載人下潛超過7 000 m，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄．在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號(hào)探測(cè)到990 m深處的海水溫度為280 K．某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖所示，導(dǎo)熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0＝300 K，壓強(qiáng)p0＝1 atm，封閉氣體的體積V0＝3 m3，如果將該氣缸下潛至990 m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體． (1)在990 m深處封閉氣體的體積為?。?！_2.8×10－2_m3__.(1 at

39、m相當(dāng)于10 m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)) (2)下潛過程中封閉氣體?。。放熱__(選填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量?。?！_大于__(選填“大于”或“小于”)外界對(duì)氣體所做的功． 解析　(1)當(dāng)氣缸下潛至990 m時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p＝100 atm． 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得：＝． 代入數(shù)據(jù)得V＝2.8×10－2 m3． 9．(1)在裝有食品的包裝袋中充人氮?dú)?，可以起到保質(zhì)作用．某廠家為檢測(cè)包裝袋的密封性，在包裝袋中充滿一定量的氮?dú)?，然后密封進(jìn)行加壓測(cè)試．測(cè)試時(shí)，對(duì)包裝袋緩慢地施加壓力．將袋內(nèi)的氮?dú)庖暈槔硐霘怏w，則加壓測(cè)試過程中，包裝袋內(nèi)壁單位面

40、積上所受氣體分子撞擊的作用力?。。增大__，包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膬?nèi)能?。。不變__.(均選填“增大”“減小”或“不變”) (2)給某包裝袋充入氮?dú)夂竺芊?，在室溫下，袋中氣體壓強(qiáng)為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、體積為1 L．將其緩慢壓縮到壓強(qiáng)為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，氣體的體積變?yōu)?.45 L．請(qǐng)通過計(jì)算判斷該包裝袋是否漏氣． 解析　(1)壓強(qiáng)增加，包裝袋內(nèi)壁單位面積的撞擊分子數(shù)變多，所受氣體分子撞擊作用力增大；溫度不變，包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膬?nèi)能不變． (2)若不漏氣，設(shè)加壓后的體積為V1，由等溫過程得 p0V0＝p1V1， 代入數(shù)據(jù)得V1＝0.5 L． 因?yàn)?.45 L<0.5 L，故包裝袋漏氣． 答案　(

41、2)漏氣 10．如圖所示，A、B兩個(gè)氣缸中裝有體積均為10 L、壓強(qiáng)均為1 atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)、溫度均為27 ℃的空氣，中間用細(xì)管連接，細(xì)管容積不計(jì)．細(xì)管中有一絕熱活塞，現(xiàn)將B氣缸中的氣體升溫到127 ℃，若要使細(xì)管中的活塞仍停在原位置．(不計(jì)摩擦，A氣缸中的氣體溫度保持不變，A氣缸截面積為500 cm2) (1)求A中左邊活塞應(yīng)向右移動(dòng)的距離； (2)A中氣體是吸熱還是放熱，為什么？ 解析　(1)對(duì)B：由＝得 p′B＝pB＝pB＝pB， 對(duì)A：由pAVA＝p′AV′A　得V′A＝VA， 且：pA＝pB，p′A＝p′B　解得V′A＝VA， 所以Δl＝＝5 cm． (2)放熱，在向右推活塞過程中，A中氣體溫度不變，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ΔU＝W＋Q可知?dú)怏w應(yīng)放熱． 答案　(1)5 cm　(2)見解析 16