2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒學(xué)案（含解析）.doc

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第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒 主干梳理 對(duì)點(diǎn)激活 知識(shí)點(diǎn)　　熱力學(xué)第一定律　Ⅰ 1．改變物體內(nèi)能的兩種方式 (1)做功； (2)熱傳遞。 2．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)ΔU＝Q＋W中正、負(fù)號(hào)法則 (4)ΔU＝Q＋W的三種特殊情況 ①若過(guò)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外界對(duì)系統(tǒng)做功為0，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。此處的W包含機(jī)械功、電流功等一切功。對(duì)于不涉及其他力做功的氣體等容過(guò)程，W＝0，Q＝ΔU。 ③對(duì)于理想氣體，若過(guò)程是等溫的，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。 知識(shí)點(diǎn)　　熱力學(xué)第二定律?、? 1．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(kāi)爾文表述 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?；虮硎鰹椤暗诙愑绖?dòng)機(jī)是不可能制成的?！? (3)用熵的概念表示熱力學(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。 2．熱力學(xué)第二定律的微觀意義 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。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知識(shí)點(diǎn)　　能量守恒定律?、? 1．能量守恒定律的內(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，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。 2．條件性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。例如，機(jī)械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無(wú)條件的，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。 3．兩類永動(dòng)機(jī) (1)第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。 違背能量守恒定律，因此不可能實(shí)現(xiàn)。 (2)第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)對(duì)外做功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器。 違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)。 4．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)要開(kāi)發(fā)新能源(如太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等)。 一 思維辨析 1．做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的。(　　) 2．絕熱過(guò)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．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，在熱傳導(dǎo)中熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體。(　　) 4．熵增加原理說(shuō)明一切自然過(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。(　　) 5．盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)卻可以使溫度降到－283 ℃。(　　) 6．對(duì)能源的過(guò)度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)。(　　) 7．在給自行車(chē)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。(　　) 8．自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來(lái)越小，能量正在消失。(　　) 9．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。(　　) 10．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。(　　) 答案　1.　2.　3.√　4.√　5.　6.　7.√ 8．　9.√　10. 二 對(duì)點(diǎn)激活 1．(人教版選修3－3P56T1改編)用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做了900 J的功，同時(shí)汽缸向外散熱210 J，汽缸里空氣的內(nèi)能(　　) A．增加了1100 J B．減少了1100 J C．增加了690 J D．減少了690 J 答案　C 解析　由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，內(nèi)能增加690 J。 2．(人教版選修3－3P61T2改編)(多選)下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是(　　) A．一杯熱茶在打開(kāi)杯蓋后，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱 B．蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 C．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 D．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 答案　CD 解析　熱量只會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯(cuò)誤；機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B錯(cuò)誤；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)分離是因?yàn)槟嗌车拿芏却笥谒?，故可以分離，C正確；電冰箱通電后由于壓縮機(jī)做功從而將低溫物體的熱量傳到箱外的高溫物體，故D正確。 3．(2018石家莊一模)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程(a到b、b到c、c到a)回到原狀態(tài)，其V－T圖象如圖所示，pa、pb、pc分別表示狀態(tài)a、b、c時(shí)氣體的壓強(qiáng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．由a到b的過(guò)程中，氣體一定吸熱 B．pc>pb＝pa C．由b到c的過(guò)程中，氣體放出的熱量一定大于外界對(duì)氣體做的功 D．由b到c的過(guò)程中，每一個(gè)氣體分子的速率都減小 E．由c到a的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變 答案　ACE 解析　由a到b的過(guò)程中，氣體溫度升高，根據(jù)一定量的理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，氣體內(nèi)能增大，又因?yàn)闅怏w體積不變，外界對(duì)氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定吸熱，A正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，paTB可知，內(nèi)能變化ΔU<0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得Q<0 即該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B放熱。 [變式3－2]　絕熱的活塞與汽缸之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸開(kāi)口向上置于水平面上，活塞與汽缸壁之間無(wú)摩擦，缸內(nèi)氣體的內(nèi)能UP＝72 J，如圖甲所示。已知活塞面積S＝510－4 m2，其質(zhì)量為m＝1 kg，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。如果通過(guò)電熱絲給封閉氣體緩慢加熱，活塞由原來(lái)的P位置移動(dòng)到Q位置，此過(guò)程封閉氣體的V－T圖象如圖乙所示，且知?dú)怏w內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比。求： (1)封閉氣體最后的體積； (2)封閉氣體吸收的熱量。 答案　(1)610－4 m3　(2)60 J 解析　(1)以氣體為研究對(duì)象，根據(jù)蓋—呂薩克定律，有：＝ 解得：VQ＝610－4 m3。 (2)由氣體的內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比：＝， 解得：UQ＝108 J 活塞從P位置緩慢移到Q位置，活塞受力平衡，氣體為等壓變化，以活塞為研究對(duì)象：pS＝p0S＋mg 解得：p＝p0＋＝1.2105 Pa 外界對(duì)氣體做功：W＝－p(VQ－VP)＝－24 J 由熱力學(xué)第一定律：UQ－UP＝Q＋W 得氣體變化過(guò)程吸收的總熱量為Q＝60 J。 高考模擬 隨堂集訓(xùn) 1．(2018全國(guó)卷Ⅰ)(多選) 如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷過(guò)程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e。對(duì)此氣體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．過(guò)程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小 B．過(guò)程②中氣體對(duì)外界做正功 C．過(guò)程④中氣體從外界吸收了熱量 D．狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E．狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小 答案　BDE 解析　由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，體積不變，溫度升高即Tb>Ta，則pb>pa，即過(guò)程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸增大，A錯(cuò)誤；由于過(guò)程②中氣體體積增大，所以過(guò)程②中氣體對(duì)外做功，B正確；過(guò)程④中氣體體積不變，對(duì)外做功為零，溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，過(guò)程④中氣體放出熱量，C錯(cuò)誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等，D正確；由理想氣體狀態(tài)方程＝C可得p＝C，即TV圖中的點(diǎn)與原點(diǎn)O的連線的斜率正比于該點(diǎn)的壓強(qiáng)，故狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小，E正確。 2．(2018全國(guó)卷Ⅲ)(多選) 如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過(guò)程如pV圖中從a到b的直線所示。在此過(guò)程中(　　) A．氣體溫度一直降低 B．氣體內(nèi)能一直增加 C．氣體一直對(duì)外做功 D．氣體一直從外界吸熱 E．氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功 答案　BCD 解析　一定質(zhì)量的理想氣體從a到b的過(guò)程，由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，Tb>Ta，即氣體的溫度一直升高，A錯(cuò)誤；根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知?dú)怏w的內(nèi)能一直增加，B正確；由于從a到b的過(guò)程中氣體的體積增大，所以氣體一直對(duì)外做功，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，從a到b的過(guò)程中，氣體一直從外界吸熱，D正確；氣體吸收的熱量一部分增加內(nèi)能，一部分對(duì)外做功，E錯(cuò)誤。 3．(2017全國(guó)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?，F(xiàn)將隔板抽開(kāi)，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(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是(　　) 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(guò)程中內(nèi)能增大 C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功 E．氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變 答案　ABD 解析　氣體向真空膨脹時(shí)不受阻礙，氣體不對(duì)外做功，由于汽缸是絕熱的，沒(méi)有熱交換，所以氣體擴(kuò)散后內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確。氣體被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，且沒(méi)有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體的內(nèi)能增大，選項(xiàng)B、D正確。氣體在真空中自發(fā)擴(kuò)散的過(guò)程中不對(duì)外做功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。氣體在被壓縮的過(guò)程中，內(nèi)能增大，由于一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能完全由溫度決定，溫度越高，內(nèi)能越大，氣體分子的平均動(dòng)能越大，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 4．(2017全國(guó)卷Ⅲ)(多選) 如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到狀態(tài)a。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加 B．在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功 C．在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功 D．在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量 E．在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量 答案　ABD 解析　ab過(guò)程是等容變化，ab過(guò)程壓強(qiáng)增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，A正確。而由于體積不變，氣體對(duì)外界不做功，C錯(cuò)誤。ca過(guò)程是等壓變化，體積減小，外界對(duì)氣體做功，B正確。體積減小過(guò)程中，溫度降低，內(nèi)能減小，氣體要放出熱量，E錯(cuò)誤。bc過(guò)程是等溫變化，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功，則需要吸收熱量，D正確。 5．(2017江蘇高考)(多選) 一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V－T圖象如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．A→B的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 B．A→B的過(guò)程中，氣體放出熱量 C．B→C的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變 D．A→B→C的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加 答案　BC 解析　A→B過(guò)程是等溫變化，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，氣體要放出熱量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。B→C過(guò)程中，是一個(gè)常數(shù)，為等壓變化，選項(xiàng)C正確。A→B→C整個(gè)過(guò)程，溫度降低，氣體內(nèi)能減少，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 6．(2016全國(guó)卷Ⅰ)(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是(　　) 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(guò)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)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡 答案　BDE 解析　若氣體吸熱的同時(shí)對(duì)外做功，則其溫度不一定升高，A錯(cuò)誤；做功是改變物體內(nèi)能的途徑之一，B正確；理想氣體等壓膨脹，氣體對(duì)外做功，由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，故一定吸熱，C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知D正確；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)與第三個(gè)系統(tǒng)的溫度均相等，則這兩個(gè)系統(tǒng)之間也必定達(dá)到熱平衡，故E正確。 7. (2016全國(guó)卷Ⅱ)(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷等溫或等壓過(guò)程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O。下列判斷正確的是(　　) 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(guò)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(guò)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(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功 答案　ABE 解析　由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，V＝C，因此氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，故A項(xiàng)正確；對(duì)理想氣體而言，內(nèi)能由溫度決定，因Ta>Tc，故氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，B項(xiàng)正確；過(guò)程cd為等溫變化，內(nèi)能不變(ΔU＝0)，壓強(qiáng)變大，體積減小，外界對(duì)氣體做功(W>0)，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，知Q<0，故為放熱過(guò)程且W＝|Q|，C項(xiàng)錯(cuò)誤；過(guò)程da為等壓變化，溫度升高，體積變大，氣體的內(nèi)能增大，ΔU>0，對(duì)外做功，W<0，由ΔU＝W＋Q，知該過(guò)程吸熱且Q>|W|，D項(xiàng)錯(cuò)誤；bc和da過(guò)程中溫度改變量相同，故體積變化量與壓強(qiáng)的乘積相同，由W＝Fl＝pSl＝pΔV知，E項(xiàng)正確。 8．(2016全國(guó)卷Ⅲ)(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同 B．氣體溫度不變，整體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能越大 C．氣體被壓縮時(shí)，內(nèi)能可能不變 D．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) E．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中，內(nèi)能一定增加 答案　CDE 解析　由于非理想氣體分子間作用力不可忽略，內(nèi)能還包括分子勢(shì)能，則氣體的內(nèi)能與體積有關(guān)，再者即使是理想氣體，內(nèi)能取決于溫度和分子數(shù)目，質(zhì)量相同的氣體，當(dāng)分子數(shù)目不同、溫度相同時(shí)，內(nèi)能也不相同，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；物體的內(nèi)能與其機(jī)械運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律知，氣體被壓縮時(shí)，若同時(shí)向外散熱，則內(nèi)能可能保持不變，C項(xiàng)正確；對(duì)于一定量的某種理想氣體，其內(nèi)能只取決于分子平均動(dòng)能，而溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以D項(xiàng)正確；一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中，由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，p不 變，V增大，則T增大，即內(nèi)能增大，故E項(xiàng)正確。 9．(2018江蘇高考) 如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為 2.0105 Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程中對(duì)外界放出61.4 J熱量。求該氣體在A→B過(guò)程中對(duì)外界所做的功。 答案　138.6 J 解析　整個(gè)過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功 W＝WAB＋WCA， 且WCA＝pA(VC－VA)， 由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W， 以及ΔU＝0， 得WAB＝－(Q＋WCA)， 代入數(shù)據(jù)得WAB＝－138.6 J， 即氣體對(duì)外界做的功為138.6 J。 10．(2018全國(guó)卷Ⅱ) 如圖，一豎直放置的汽缸上端開(kāi)口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動(dòng)，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計(jì)它們之間的摩擦。開(kāi)始時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0，溫度均為T(mén)0。現(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達(dá)b處。求此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過(guò)程中氣體對(duì)外所做的功。重力加速度大小為g。 答案　T0　(p0S＋mg)h 解析　開(kāi)始時(shí)活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過(guò)程，直至活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T(mén)1，壓強(qiáng)為p1，根據(jù)查理定律有＝① 根據(jù)力的平衡條件有p1S＝p0S＋mg② 聯(lián)立①②式可得T1＝T0③ 此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過(guò)程，直至活塞剛好到達(dá)b處，設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T(mén)2；活塞位于a處和b處時(shí)氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋—呂薩克定律有 ＝④ 式中V1＝SH⑤ V2＝S(H＋h)⑥ 聯(lián)立③④⑤⑥式解得T2＝T0⑦ 從開(kāi)始加熱到活塞到達(dá)b處的過(guò)程中，汽缸中的氣體對(duì)外做的功為W＝(p0S＋mg)h。 配套課時(shí)作業(yè) 　　時(shí)間：60分鐘　滿分：100分 一、選擇題(本題共8小題，每小題5分，共40分。其中 1～2為單選，3～8為多選) 1．關(guān)于能量和能源，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．在能源利用的過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未減少 B．由于自然界中總的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源 C．能量耗散說(shuō)明能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中不斷減少 D．人類在不斷地開(kāi)發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造 答案　A 解析　根據(jù)能量守恒定律可知，在能源使用過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未減少，故A正確，C錯(cuò)誤；雖然自然界中的總能量不會(huì)減少，但是能源的品質(zhì)會(huì)降低，無(wú)法再利用，故還需要節(jié)約能源，故B錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒可知，能量不會(huì)被創(chuàng)造，也不會(huì)消失，故D錯(cuò)誤。 2．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)器中的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)第二定律 答案　B 解析　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(guò)程，C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)的幫助并消耗了電能，B正確，A、D錯(cuò)誤。 3．(2019安徽省示范高中考試)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在表面張力 B．由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和氣體的密度，可以估算出氣體分子間的平均距離 C．分子平均速率大的物體的溫度比分子平均速率小的物體的溫度高 D．機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也無(wú)法全部用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 E．分子間的引力和斥力同時(shí)存在，都隨分子間距離的增大而減小 答案　ABE 解析　液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，液體表面層分子間表現(xiàn)為引力，所以液體表面存在表面張力，A正確；由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和氣體的密度，可以估算出氣體每個(gè)分子所占的空間體積，進(jìn)而估算出分子間的平均距離，B正確；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，對(duì)于兩個(gè)物體來(lái)說(shuō)，分子質(zhì)量可能不同，分子平均速率大的物體的分子平均動(dòng)能不一定大，溫度不一定高，C錯(cuò)誤；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D錯(cuò)誤；分子間的引力和斥力同時(shí)存在，而且都隨分子間距離的增大而減小，E正確。 4．(2018云南七校適應(yīng)性考試)下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　) A．一定量氣體經(jīng)過(guò)不同物理過(guò)程而溫度沒(méi)有改變，氣體與外界可以不做功 B．功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可以全部轉(zhuǎn)化為功 C．第二類永動(dòng)機(jī)無(wú)法制成是因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第一定律 D．在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過(guò)程熵總是向減少的方向進(jìn)行 E．熵值越大，說(shuō)明系統(tǒng)的分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序 答案　BCD 解析　一定量的氣體可以先吸熱而后又放熱，最后溫度保持不變，A正確；功是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程量，不能說(shuō)功轉(zhuǎn)化成熱量，只能說(shuō)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，B錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)無(wú)法制成是因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是向增加的方向進(jìn)行，D錯(cuò)誤；熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度的量度，熵越大，分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度越大，E正確。本題選錯(cuò)誤的，故答案為B、C、D。 5．(2018長(zhǎng)沙名校階段測(cè)試)關(guān)于熱力學(xué)定律的說(shuō)法正確的是(　　) A．熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體 B．一切宏觀熱現(xiàn)象的過(guò)程一定是從無(wú)序狀態(tài)慢慢向有序狀態(tài)過(guò)渡 C．無(wú)論科技多么先進(jìn)，熱力學(xué)溫度的0 K一定不可能達(dá)到 D．一絕熱汽缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)氣體體積膨脹時(shí)，其溫度一定降低 E．一導(dǎo)熱汽缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)缸外溫度緩慢升高時(shí)，氣體可能對(duì)外界做功 答案　ACE 解析　熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，但會(huì)引起其他變化，A正確；一切宏觀熱現(xiàn)象的過(guò)程一定是從有序狀態(tài)慢慢向無(wú)序狀態(tài)過(guò)渡，B錯(cuò)誤；熱力學(xué)溫度的0 K永遠(yuǎn)不能達(dá)到，C正確；絕熱汽缸中理想氣體與外界沒(méi)有熱交換，當(dāng)氣體自由膨脹時(shí)，不對(duì)外做功，其內(nèi)能不變，則溫度不變，D錯(cuò)誤；導(dǎo)熱汽缸，汽缸外溫度緩慢升高時(shí)，氣體內(nèi)能增加，氣體可能對(duì)外界做功，且氣體對(duì)外界做的功小于氣體從外界吸收的熱量，E正確。 6．(2016海南高考)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過(guò)程1或者過(guò)程2到達(dá)狀態(tài)N，其p－V圖象如圖所示，在過(guò)程1中，氣體始終與外界無(wú)熱量交換；在過(guò)程2中，氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對(duì)于這兩個(gè)過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．氣體經(jīng)歷過(guò)程1，其溫度降低 B．氣體經(jīng)歷過(guò)程1，其內(nèi)能減小 C．氣體在過(guò)程2中一直對(duì)外放熱 D．氣體在過(guò)程2中一直對(duì)外做功 E．氣體經(jīng)歷過(guò)程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過(guò)程2的相同 答案　ABE 解析　氣體經(jīng)歷過(guò)程1，壓強(qiáng)減小，體積變大，氣體膨脹對(duì)外做功，且無(wú)熱交換，所以內(nèi)能減小，故溫度降低，A、B正確；氣體在過(guò)程2中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，則開(kāi)始時(shí)，氣體體積不變，壓強(qiáng)減小，則溫度降低，對(duì)外放熱；然后壓強(qiáng)不變，體積變大，氣體膨脹對(duì)外做功，則溫度升高，需要吸熱，故C、D錯(cuò)誤；過(guò)程1和過(guò)程2的初、末狀態(tài)相同，故氣體內(nèi)能改變量相同，E正確。 7．對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變 B．若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變 C．若氣體的溫度隨時(shí)間不斷升高，其壓強(qiáng)也一定不斷增大 D．氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān) E．當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體的內(nèi)能一定增大 答案　ADE 解析　一定質(zhì)量的理想氣體，＝C，p、V不變，則T不變，分子平均動(dòng)能不變，又理想氣體分子勢(shì)能為零，故氣體內(nèi)能不變，A正確；理想氣體內(nèi)能不變，則溫度T不變，由＝C知，p及V可以變化，故狀態(tài)可以變化，B錯(cuò)誤；等壓變化過(guò)程，溫度升高、體積增大，故C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，溫度升高1 K，內(nèi)能增量ΔU一定，而外界對(duì)氣體做的功W與經(jīng)歷的過(guò)程可能有關(guān)(如體積變化時(shí))，因此吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過(guò)程也有關(guān)，D正確；溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，理想氣體分子勢(shì)能為零，故內(nèi)能一定增大，E正確。 8．(2019四省八校雙教研聯(lián)盟聯(lián)考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，再由狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其壓強(qiáng)p與溫度t的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．氣體由a到b為等容變化 B．氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能大于在狀態(tài)b的內(nèi)能 C．氣體由b到c的過(guò)程必放熱 D．氣體在狀態(tài)a的體積小于在狀態(tài)c的體積 E．b到c的過(guò)程是等壓過(guò)程，溫度升高，氣體對(duì)外做功 答案　BDE 解析　由查理定律＝C(恒量)，T＝273 K＋t可知等容過(guò)程的壓強(qiáng)p隨溫度t變化的圖線(pt圖線)不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，A錯(cuò)誤；氣體在狀態(tài)a的溫度高于在狀態(tài)b的溫度，根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能大于在狀態(tài)b的內(nèi)能，B正確；氣體由b到c的過(guò)程為溫度升高的等壓過(guò)程，由蓋—呂薩克定律可知，溫度升高，其體積必然增大，對(duì)外做功，又內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體必須吸收熱量，C錯(cuò)誤，E正確；由于氣體在狀態(tài)a與狀態(tài)c的溫度相同，在狀態(tài)a的壓強(qiáng)更大，所以氣體在狀態(tài)a的體積小于在狀態(tài)c的體積，D正確。 二、非選擇題(本題共4小題，共60分) 9．(2018長(zhǎng)春質(zhì)監(jiān))(15分)如圖1，在一個(gè)密閉的汽缸內(nèi)有一定質(zhì)量的理想氣體，如圖2所示是它從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V－T圖象，已知AB的反向延長(zhǎng)線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，氣體在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)為p＝1.0105 Pa，在從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體吸收的熱量Q＝7.0102 J，求此過(guò)程中氣體內(nèi)能的增量ΔU。 答案　5.0102 J 解析　由題圖2中V－T圖象的圖線經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)可以判斷，理想氣體做等壓變化。 由蓋—呂薩克定律得＝ 氣體對(duì)外做的功W＝p(VB－VA) 解得W＝200 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝－W＋Q 解得ΔU＝5.0102 J。 10．(2018安徽聯(lián)考)(15分)如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的管道A、B、C橫截面積相等，開(kāi)始時(shí)管道B、C中的水銀柱高度均為h1＝24 cm，管道A左側(cè)活塞與水 銀柱之間封閉了長(zhǎng)度為L(zhǎng)1＝60 cm的理想氣體，大氣壓強(qiáng)為76 cmHg。緩慢移動(dòng)活塞，使管道B、C中的水銀柱均上升Δh＝20 cm，管道A中的氣體未進(jìn)入管道 B、C中，外界氣溫恒定。 (1)求該過(guò)程中活塞移動(dòng)的距離； (2)判斷該過(guò)程管道A中的氣體吸熱還是放熱，并說(shuō)明理由。 答案　(1)50 cm　(2)放熱　理由見(jiàn)解析 解析　(1)設(shè)管道的橫截面積為S，氣體溫度不變，初狀態(tài)：p1＝p0＋ρgh1＝100 cmHg， 體積為V1＝L1S 末狀態(tài)：p2＝p0＋ρg(h1＋Δh)＝120 cmHg， 體積為V2＝L2S 根據(jù)玻意耳定律：p1V1＝p2V2 代入數(shù)據(jù)解得：L2＝50 cm 該過(guò)程中活塞移動(dòng)的距離x＝2Δh＋L1－L2＝50 cm (2)氣體體積變小，外界對(duì)氣體做功，氣體發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變。由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w放熱。 11．(2018長(zhǎng)沙聯(lián)考)(15分)如圖甲所示，一圓柱形導(dǎo)熱汽缸水平放置，通過(guò)絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)封閉氣體的絕對(duì)溫度為T(mén)。活塞與汽缸底部相距L；現(xiàn)將汽缸逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至汽缸處于豎直位置，如圖乙所示，此時(shí)活塞與汽缸底部相距L；現(xiàn)給汽缸外部套上絕熱泡沫材料(未畫(huà)出)且通過(guò)電熱絲緩慢加熱封閉氣體，當(dāng)封閉氣體吸收熱量Q時(shí)，氣體的絕對(duì)溫度上升到 T。已知活塞的橫截面積為S，外界環(huán)境溫度恒為T(mén)，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g，不計(jì)活塞與汽缸的摩擦。求： (1)活塞的質(zhì)量m； (2)加熱過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量。 答案　(1)　(2)Q－p0SL 解析　(1)汽缸從水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置，封閉氣體發(fā)生等溫變化，設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)后封閉氣體壓強(qiáng)為p1，根據(jù)玻意耳定律有 p0LS＝p1LS p1S＝mg＋p0S 解得p1＝p0 m＝。 (2)對(duì)封閉氣體加熱，活塞上升，封閉氣體發(fā)生等壓變化，根據(jù)蓋—呂薩克定律有 解得ΔL＝L 加熱過(guò)程中氣體對(duì)外做功為 W＝p1SΔL 由熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能的增加量為 ΔU＝Q－W 解得ΔU＝Q－p0SL。 12．(2018太原一模) (15分)如圖所示，導(dǎo)熱良好的汽缸開(kāi)口向上豎直固定在水平面上。缸內(nèi)輕質(zhì)光滑活塞封閉一段一定質(zhì)量的理想氣體。一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩繞過(guò)定滑輪，一端拴住活塞，另一端拴著質(zhì)量為m的重物處于平衡狀態(tài)。此時(shí)氣體體積為V。用手托著重物，使其緩慢上升，直到細(xì)繩剛開(kāi)始松弛但并未彎曲。已知大氣壓強(qiáng)為p0，活塞橫截面積為S，環(huán)境溫度保持不變。求： (1)從重物開(kāi)始被托起到最高點(diǎn)的過(guò)程中，活塞下降的高度； (2)之后從靜止釋放重物，重物下落到最低點(diǎn)未與地面接觸時(shí)，活塞在汽缸內(nèi)比最初托起重物前的位置上升了H。若氣體的溫度不變，則氣體吸收的熱量是多少？ 答案　(1)　(2)(p0S－mg)(H＋) 解析　(1)對(duì)活塞受力分析可知， 未托重物時(shí)，活塞內(nèi)氣體壓強(qiáng)p1＝p0－， 氣體體積是V1＝V， 托起重物到最高點(diǎn)時(shí)，活塞內(nèi)氣體壓強(qiáng)p2＝p0， 氣體體積是V2＝V－h(huán)S， 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知：p1V1＝p2V2， 解得h＝。 (2)以活塞為研究對(duì)象，設(shè)活塞從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過(guò)程中，封閉氣體對(duì)活塞做功為W′，則根據(jù)動(dòng)能定理有： W′＋mg(H＋h)－p0S(H＋h)＝0－0， 得氣體對(duì)活塞做功，即對(duì)外做功為 W′＝p0S(H＋h)－mg(H＋h) 外界對(duì)氣體做功：W＝－W′， 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，理想氣體的溫度不變，則內(nèi)能不變：ΔU＝Q＋W＝0， 氣體吸收的熱量 Q＝－W＝W′＝(p0S－mg)(H＋)。