2022年高三物理復(fù)習(xí) 第11章 熱力學(xué)定律與能量守恒定律學(xué)案

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1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 第11章 熱力學(xué)定律與能量守恒定律學(xué)案 一、概念規(guī)律題組 1.一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起,(若不計氣泡內(nèi)空氣分子勢能的變化)則(  ) A.氣泡對外做功,內(nèi)能不變,同時放熱 B.氣泡對外做功,內(nèi)能不變,同時吸熱 C.氣泡內(nèi)能減少,同時放熱 D.氣泡內(nèi)能不變,不吸熱也不放熱 2.一定質(zhì)量的氣體在某一過程中,外界對氣體做了8×104 J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J,則下列各式中正確的是(  ) A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J

2、 C.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×104 J D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J 3.下列說法中正確的是(  ) A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B.一切不違反能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的 C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行 D.一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行 4.對于一定質(zhì)量的氣體(  ) A.吸熱時其內(nèi)能可以不變 B.吸熱時其內(nèi)能一定不變 C.不吸熱也不放熱時其內(nèi)能可以減小 D.不吸熱也不放熱時其內(nèi)能一定不變 二、思想方法題組 5.下列過程中,可能發(fā)生的是(

3、  ) A.某種物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0 kJ的熱量,全部轉(zhuǎn)化為機械能,而沒有產(chǎn)生其他任何影響 B.打開一高壓密閉容器,其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)溢進(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.將兩瓶不同液體混合,然后它們又自發(fā)地各自分開 圖1 6.如圖1所示,用絕熱活塞把絕熱容器隔成容積相同的兩部分,先把活塞鎖住,將質(zhì)量和溫度都相同的理想氣體氫氣和氧氣分別充入容器的兩部分,然后提起銷子,使活塞可以無摩擦地滑動,當(dāng)活塞平衡時(  ) A.氫氣的溫度不變 B.氫氣的壓強減小 C.氫氣的體積增大 D.氧氣的溫度升高 一、

4、熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用 1.熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(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)用時熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳. 2.對公式ΔU=Q+W符號的規(guī)定 符號 W Q ΔU + 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 - 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 3.幾種特殊情況 (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(nèi)能的增加. (2)若過程中不做功,即W=0,則Q=ΔU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加. (3)若過程的始末狀態(tài)物體的

5、內(nèi)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. 特別提示 1.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng). 2.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時,要依照符號法則代入數(shù)據(jù).對結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照規(guī)則來解釋其意義. 【例1】 一定質(zhì)量的氣體,在從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程中,吸收熱量280 J,并對外做功120 J.試問: (1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化? (2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài),并放出了240 J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? [規(guī)范思維]  

6、     [針對訓(xùn)練] (xx·福建·28(2))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,氣體對外界做功1.0×104 J,則該理想氣體的________.(填選項前的字母) 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 二、對熱力學(xué)第二定律的理解及應(yīng)用 1.在熱力學(xué)第二定律的表述中,“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義. (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”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系

7、統(tǒng)內(nèi)完成,對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響.如吸熱、放熱、做功等. 2.熱力學(xué)第二定律的實質(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程的方向性,進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性. 3.熱力學(xué)過程方向性實例: 特別提示 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,但在有外界影響的條件下,熱量可以從低溫物體傳到高溫物體,如電冰箱;在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機械能,如氣體的等溫膨脹過程. 【例2】 圖2為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時,強迫制冷劑在冰箱內(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)過冷凝器時制冷

8、劑液化,放出熱量到箱體外. 圖2 (1)下列說法正確的是(  ) 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,是因為其消耗了電能 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? [規(guī)范思維]       三、熱力學(xué)定律與氣體實驗定律的綜合 當(dāng)氣體的狀態(tài)發(fā)生變化時,如溫度變化、體積變化時,理想氣體的內(nèi)能要發(fā)生變化,同時伴隨著做功,所以氣體實驗定律常與熱力學(xué)第一

9、定律相結(jié)合解題,要掌握幾個過程的特點:(1)等溫過程:內(nèi)能不變,ΔU=0;(2)等容過程:W=0;(3)絕熱過程:Q=0. 【例3】 (xx·山東高考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C,其中A→B過程為等壓變化,B→C過程為等容變化.已知VA=0.3 m3,TA=TC=300 K,TB=400 K. (1)求氣體在狀態(tài)B時的體積. (2)說明B→C過程壓強變化的微觀原因. (3)設(shè)A→B過程氣體吸收熱量為Q1,B→C過程氣體放出熱量為Q2,比較Q1、Q2的大小并說明原因. [思路點撥] (1)A→B過程等壓,利用蓋—呂薩克定律分析; (2)從微觀上影響壓強的兩個因素入手

10、,進(jìn)行分析; (3)利用熱力學(xué)定律分析. [規(guī)范思維]     【基礎(chǔ)演練】 1.(xx·廣東·14)圖3為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖,M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體,M可沿N的內(nèi)壁上下滑動,設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動的過程中(  ) 圖3 A.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增大 B.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能減小 C.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能增大 D.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能減小 2.熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置,以內(nèi)燃機為例,汽缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量Q1,推動活

11、塞做功W,然后排出廢氣.同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中,則下列說法正確的是(  ) A.由能量守恒定律知Q1=W+Q2 B.該熱機的效率為η= C.理想熱機效率可達(dá)到100% D.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化 圖4 3.已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比,如圖4所示的實線為汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2的變化曲線,則在整個過程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能(  ) A.先增大后減小 B.先減小后增大 C.單調(diào)變化 D.保持不變 4.(xx·福建卷)如圖5所示, 圖5 一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中,容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞.

12、今對活塞施以一豎直向下的壓力F,使活塞緩慢向下移動一段距離后,氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力,則被密封的氣體(  ) A.溫度升高,壓強增大,內(nèi)能減少 B.溫度降低,壓強增大,內(nèi)能減少 C.溫度升高,壓強增大,內(nèi)能增加 D.溫度降低,壓強減小,內(nèi)能增加 5. 圖6 (xx·江蘇·12A(1))如圖6所示,一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成,輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片.輕推轉(zhuǎn)輪后,進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”,推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動.離開熱水后,葉片形狀迅速恢復(fù),轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動.下列說法正確的是(  ) A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動,不需要消耗

13、外界能量 B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身 C.轉(zhuǎn)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 6.(xx·寧夏、遼寧卷)帶有活塞的汽缸 圖7 內(nèi)封閉一定量的理想氣體.氣體開始處于狀態(tài)a,然后經(jīng)過過程ab到達(dá)狀態(tài)b或經(jīng)過過程ac到達(dá)狀態(tài)c,b、c狀態(tài)溫度相同,如圖7所示.設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強分別為pb和pc ,在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac,則(  ) A.pb>pc,Qab>Qac B.pb>pc,QabQac D.pb

14、c 題號 1 2 3 4 5 6 答案 7.(xx·江蘇高考)(1)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體,下列說法正確的是__________.(填寫選項前的字母) A.氣體分子間的作用力增大 B.氣體分子的平均速率增大 C.氣體分子的平均動能減小 D.氣體組成的系統(tǒng)的熵增加 (2)若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體,氣泡從湖底上升到湖面的過程中,對外界做了0.6 J的功,則此過程中的氣泡________(填“吸收”或“放出”)的熱量是__________ J.氣泡到達(dá)湖面后,溫度上升的過程中,又對外界做了0.

15、1 J的功,同時吸收了0.3 J的熱量,則此過程中,氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了________ J. 8.(xx·山東卷)如圖8所示,一太陽能空氣集熱器,底面及側(cè)面為隔熱材料,頂面為透明玻璃板,集熱器容積為V0,開始時內(nèi)部封閉氣體的壓強為p0,經(jīng)過太陽曝曬,氣體溫度由T0=300 K升至T1=350 K. 圖8 (1)求此時氣體的壓強. (2)保持T1=350 K不變,緩慢抽出部分氣體,使氣體壓強再變回到p0.求集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值.判斷在抽氣過程中剩余氣體是吸熱還是放熱,并簡述原因. 【能力提升】

16、圖9 9.(山東高考)某壓力鍋的結(jié)構(gòu)如圖9所示.蓋好密封鍋蓋,將壓力閥套在出氣孔上,給壓力鍋加熱,當(dāng)鍋內(nèi)氣體壓強達(dá)到一定值時,氣體就把壓力閥頂起.假定在壓力閥被頂起時,停止加熱. (1)若此時鍋內(nèi)氣體的體積為V,摩爾體積為V0,阿伏加德羅常數(shù)為NA,寫出鍋內(nèi)氣體分子數(shù)的估算表達(dá)式. (2)假定在一次放氣過程中,鍋內(nèi)氣體對壓力閥及外界做功1 J,并向外界釋放了2 J的熱量,鍋內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少? (3)已知大氣壓強p隨海拔高度H的變化滿足p=p0(1-αH),其中常數(shù)α>0.結(jié)合氣體定律定性分析在不同的海拔高度使用壓力鍋,當(dāng)壓力閥被頂起時鍋內(nèi)氣體的溫度有何不同.

17、 10.如圖10所示,兩個可導(dǎo)熱的汽缸豎直放置,它們的底部由一細(xì)管連通(忽略細(xì)管的容積).兩汽缸各有一活塞,質(zhì)量分別為m1和m2,活塞與汽缸壁無摩擦.活塞的下方為理想氣體,上方為真空.當(dāng)氣體處于平衡狀態(tài)時,兩活塞位于同一高度h.(已知m1=3m,m2=2m) 圖10 (1)在兩活塞上同時各放一質(zhì)量為m的物塊,求氣體再次達(dá)到平衡后兩活塞的高度差(假設(shè)環(huán)境的溫度始終保持為T0). (2)在達(dá)到上一問的終態(tài)后,環(huán)境溫度由T0緩慢上升到T,試問在這個過程中,氣體對活塞做了多少功?氣體是吸收還是放出熱量?(假定在氣體狀態(tài)變化過程中,兩物塊均不會碰到汽缸

18、頂部) 學(xué)案53 熱力學(xué)定律與能量守恒定律 【課前雙基回扣】 1.B [在氣泡緩慢上升的過程中,氣泡外部的壓強逐漸減小,氣泡膨脹,對外做功,故氣泡中空氣分子的內(nèi)能減小,溫度降低.但由于外部恒溫,且氣泡緩慢上升,故可以認(rèn)為上升過程中氣泡內(nèi)空氣的溫度始終等于外界溫度,內(nèi)能不變,故需從外界吸收熱量,且吸收的熱量等于泡內(nèi)空氣對外界所做的功.] 2.B [因為外界對氣體做功,W取正值,即W=8×104 J;內(nèi)能減少,ΔU取負(fù)值,即ΔU=-1.2×105 J;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知

19、Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J,即B選項正確.] 3.AC [熱力學(xué)第二定律指出了熱現(xiàn)象的方向性,而同時也指出了發(fā)生這些單一方向的過程的條件——自發(fā),這也就說明了這些過程中的一些,其逆過程在某些條件下也是可以發(fā)生的,但也有的是不可能發(fā)生的.] 4.AC [內(nèi)能的改變既可以通過做功來實現(xiàn),又可以通過熱傳遞來完成,還可以做功和熱傳遞同時進(jìn)行來實現(xiàn),由此分析知A、C是可能的,B、D是不絕對的,故答案為A、C.] 5.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)地傳遞給高溫物體,而不引起其他的變化,但通過一些物理手段是可以實現(xiàn)的,故C正確;內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機

20、械能不可能自發(fā)地進(jìn)行,要使內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能必定要引起其他變化,故A錯誤;氣體膨脹具有方向性,故B錯誤;擴(kuò)散現(xiàn)象也有方向性,D也錯誤.] 6.BCD [氫氣和氧氣的質(zhì)量雖然相同,但由于氫氣的摩爾質(zhì)量小,故氫氣物質(zhì)的量多,又體積和溫度相同,所以氫氣產(chǎn)生的壓強大,活塞將向氧氣一方移動. 當(dāng)拔掉銷子后,由于氫氣物質(zhì)的量多,壓強大,會推動活塞向氧氣一方移動,這時氫氣對外做功,又無熱傳遞,由ΔU=W+Q可知,氫氣內(nèi)能減少,溫度降低,對氧氣而言,外界對它做功,體積減小,由ΔU=W+Q,無熱傳遞的情況下,氧氣內(nèi)能增加,溫度升高.] 思維提升 1.改變物體內(nèi)能的兩種方式:做功和熱傳遞,二者是等效的.

21、 2.熱力學(xué)第一定律:ΔU=Q+W. 3.熱力學(xué)第二定律的表述 (1)按照熱傳遞的方向性表述 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體. (2)按照機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述 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. (3)熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識到:自然界中進(jìn)行的涉及到熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性,揭示了大量分子參與的宏觀過程具有方向性. 4.永動機 由能量守恒定律知,第一類永動機不可能制成. 由熱力學(xué)第二定律知,第二類永動機不可能制成. 【核心考點突破】 例1 (1)增加了160 J (2)外界對氣體做功 80 J 解析 (1)由熱力學(xué)第

22、一定律可得 ΔU=W+Q=-120 J+280 J=160 J 內(nèi)能增加了160 J (2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān),所以氣體從②狀態(tài)回到①狀態(tài)的過程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從①狀態(tài)到②狀態(tài)過程中內(nèi)能的變化,則從②狀態(tài)到①狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)減少160 J,即 ΔU′=-160 J,又Q′=-240 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU′=W′+Q′ 所以W′=ΔU′-Q′=-160 J-(-240 J)=80 J 即外界對氣體做功80 J [規(guī)范思維] 求解此題應(yīng)把握以下兩點: (1)用熱力學(xué)第一定律求解內(nèi)能變化,注意熱量Q、功W的正負(fù). (2)氣體從末態(tài)到初態(tài)與從初態(tài)到末態(tài)的ΔU的大小相同

23、,結(jié)合熱力學(xué)第一定律計算,并做出判斷. 例2 (1)BC (2)見解析 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C正確,D錯誤;根據(jù)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,必須借助于其他系統(tǒng)做功,A錯誤,B正確,故選B、C. (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. [規(guī)范思維] 涉及熱力學(xué)第二定律的問題分析技巧: (1)理解熱力學(xué)第二定律的實質(zhì),清楚熱力學(xué)第二定律的兩種表述形式. (2)掌握熱力學(xué)第二定律的

24、一些等效說法.如:“第二類永動機不可能制成”,“不可能制成效率為百分之百的熱機”等. 例3 (1)0.4 m3 (2)、(3)見解析 解析 (1)設(shè)氣體在B狀態(tài)時的體積為VB, 由蓋—呂薩克定律得 = 代入數(shù)據(jù)得VB=0.4 m3 (2)微觀原因:氣體的體積不變,分子的密集程度不變,溫度變化(降低),氣體分子的平均動能變化(減小),導(dǎo)致氣體的壓強變化(減小). (3)Q1大于Q2.因為TA=TC,故A→B增加的內(nèi)能與B→C減少的內(nèi)能相同,而A→B過程氣體對外做正功,B→C過程中氣體不做功,由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2. [規(guī)范思維] 理想氣體狀態(tài)變化時,要抓住在滿足三個實驗

25、定律或狀態(tài)方程的前提下,內(nèi)能只與溫度有關(guān),氣體體積的變化決定了外界對氣體做功的情況. [針對訓(xùn)練] D 思想方法總結(jié) 1.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的步驟:(1)確定研究對象,就是要明確內(nèi)能變化的是哪一個物體或哪一個熱力學(xué)系統(tǒng);(2)定性分析研究對象的內(nèi)能變化是由外界哪些物體或系統(tǒng)通過哪些過程引起的;(3)根據(jù)符號法則,確定ΔU、Q、W的正負(fù)號,代入公式ΔU=Q+W進(jìn)行計算或判斷.(4)若與外界絕熱,則Q=0. 2.要正確理解“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”它包含以下三層意思:①從單一熱庫吸收熱量,一般來說只有部分轉(zhuǎn)化為機械能,所以第二類永動機是不可能制

26、成的;②機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是自然的,可以全部轉(zhuǎn)化;③如果產(chǎn)生其他影響,可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變成功. 3.應(yīng)用能量守恒定律解決問題時,首先應(yīng)明確有哪幾種能量參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,哪些增、哪些減,然后利用守恒觀點列出方程求解. 4.若氣體等壓變化,壓強為p,體積變化為ΔV,則氣體做功W=p·ΔV. 【課時效果檢測】 1.A 2.AB 3.B 4.C 5.D 6.C 7.(1)D (2)吸收 0.6 0.2 解析 (1)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可判斷=C,T不變,上升過程氣泡內(nèi)氣體的壓強p減小,氣泡體積V增大,分子間距離增大,分子力減小,A錯;溫度不變,平均動能不變,C錯;平均速率不變,

27、B錯;V增大,無序性增加,D對. (2)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+ΔQ,溫度不變ΔU=0,W=-0.6 J,則ΔQ=+0.6 J,所以吸熱.W′=-0.1 J,ΔQ′=0.3 J,ΔU=0.2 J,內(nèi)能增加. 8.(1)p0 (2) 吸熱 原因見解析 解析 (1)由題意知,氣體體積不變,由查理定律得= 所以此時氣體的壓強p1=p0=p0=p0 (2)抽氣過程可等效為等溫膨脹過程,設(shè)膨脹后氣體的總體積為V2,由玻意耳定律可得p1V0=p0V2 可得V2==V0 所以集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值為 = 因為抽氣過程中剩余氣體溫度不變,故內(nèi)能不變,而剩余氣體的體積膨脹對外

28、做功.由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,氣體一定從外界吸收熱量. 9.(1)n=NA (2)鍋內(nèi)原有氣體的內(nèi)能減少,減少了3 J (3)閥門被頂起時鍋內(nèi)氣體溫度隨著海拔高度的增加而降低. 解析 (1)設(shè)鍋內(nèi)氣體分子數(shù)為n,n=NA (2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律 ΔU=W+Q=-3 J 鍋內(nèi)氣體內(nèi)能減少,減少了3 J (3)由p=p0(1-αH)(其中α>0)知,隨著海拔高度的增加,大氣壓強減??;由p1=p+知,隨著海拔高度的增加,閥門被頂起時鍋內(nèi)氣體壓強減小;根據(jù)查理定律=可知閥門被頂起時鍋內(nèi)氣體溫度隨著海拔高度的增加而降低. 10.(1)h (2)5mgh(-1) 氣體吸收熱量

29、 解析 (1)設(shè)左、右活塞的橫截面積分別為A′和A.由于氣體處于平衡狀態(tài),故兩活塞對氣體的壓強相等,即 = 由此得A′=A 在兩個活塞上各加一質(zhì)量為m的物塊后,因·A<·A,所以右活塞降至汽缸底部,所有氣體都在左汽缸中. 在初態(tài),氣體的壓強為,體積為(A′+A)h=;在末態(tài),氣體的壓強為=,體積為A′x=(x為左活塞的高度).由玻意耳定律得 ·=· 由上式解得x=h 即兩活塞的高度差為h. (2)當(dāng)溫度由T0上升至T時,氣體的壓強始終為. 設(shè)x′是溫度達(dá)到T時左活塞的高度,由蓋—呂薩克定律得x′=x= 氣體對活塞做的功為 W=Fl =4mgh(-1) =5mgh(-1) 在此過程中氣體吸收熱量. 易錯點評 1.對于氣體自由膨脹或向真空膨脹,這時氣體不對外做功.W=0,這一點同學(xué)們?nèi)菀缀雎裕? 2.給車胎打氣問題,越來越困難,不是因為氣體分子間斥力變大,而是因為氣體的壓強變大. 3.熱量是內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度,只能說傳遞了多少熱量,而不能說傳遞了多少內(nèi)能,也不能說物體含有多少熱量. 4.只有理想氣體內(nèi)能由溫度決定,與體積無關(guān),其他氣體或物體的內(nèi)能與溫度和體積都有關(guān). 5.對于熱力學(xué)第二定律的第二種表述.要理解“而不產(chǎn)生其他影響”一句,意思就是在引起其他影響的情況下,可以將吸收的熱量完全變?yōu)楣Γ?

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