2013屆高考物理一輪復(fù)習(xí)講義 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒 新人教版選修3-3

1、第3講熱力學(xué)定律與能量守恒熱力學(xué)第一、二定律(考綱要求)能量守恒定律(考綱要求)1熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學(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它所做的功的和(2)表達(dá)式：UQW(3)符號規(guī)定做功W外界對物體做功W0物體對外界做功W0物體向外界放出熱量Q0物體內(nèi)能減少U0，故溫度一定升高，A選項(xiàng)正確，C錯答案A5(2011福州質(zhì)檢)(1)下列關(guān)于分子運(yùn)動和熱現(xiàn)象的說法中正確的是_(填選項(xiàng)前的字母)A布朗運(yùn)動反映了懸浮微粒中分子運(yùn)動的無規(guī)則性B冰融化為同溫度的水時，其分子勢能增加C熱機(jī)效率不可能提高到100%，因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第一定律D氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因

2、為氣體分子之間存在斥力(2)一定質(zhì)量的理想氣體，體積變大的同時，溫度也升高了，那么下面判斷正確的是_(填選項(xiàng)前的字母)A單位體積內(nèi)分子數(shù)一定增多B氣體的壓強(qiáng)一定保持不變C氣體一定從外界吸收熱量D外界一定對氣體做正功答案(1)B(2)C6一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度視為不變，上升到湖面后氣泡并未破裂已知?dú)馀菰诤椎捏w積為2 mL，壓強(qiáng)為1.5105 Pa，在湖面的壓強(qiáng)為1.0105 Pa.若氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，求：(1)氣泡在湖面時的體積；(2)若氣泡在上升過程中對外做功0.1 J，則氣泡吸收熱量還是放出熱量？吸收或放出多少熱量？解析(1)由玻意耳定律得p1V1p2V2代入數(shù)據(jù)解得V

3、23 mL.(2)由于氣體是理想氣體，所以當(dāng)溫度不變時，其內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律UWQ，得QW0.1 J，即吸收0.1 J的熱量答案(1)3 mL(2)吸收熱量0.1 J考點(diǎn)一熱力學(xué)定律及能量守恒定律的理解及應(yīng)用【典例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？解析(1)由熱力學(xué)第一定律可得UWQ120 J280 J160 J氣體的內(nèi)能增加了160 J.(2)由于氣

4、體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)，所以氣體從狀態(tài)回到狀態(tài)的過程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從狀態(tài)到狀態(tài)的過程中內(nèi)能的變化，則從狀態(tài)到狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)減少160 J即U160 J，又Q240 J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界對氣體做功80 J.答案(1)增加了160 J(2)外界對氣體做功80 J熱力學(xué)第一定律反映功、熱量與內(nèi)能改變量之間的定量關(guān)系UWQ，使用時注意符號法則(簡記為：外界對系統(tǒng)取正，系統(tǒng)對外取負(fù))對理想氣體，U僅由溫度決定，W僅由體積決定，絕熱情況下，Q0.【變式1】 (2011江蘇四市聯(lián)考)一定質(zhì)量的理想氣體(分子力不計(jì))，體積由V膨脹到V.如果通過壓

5、強(qiáng)不變的過程實(shí)現(xiàn)，對外做功大小為W1，傳遞熱量的值為Q1，內(nèi)能變化為U1；如果通過溫度不變的過程來實(shí)現(xiàn)，對外做功大小為W2，傳遞熱量的值為Q2，內(nèi)能變化為U2，則()AW1W2，Q1U2BW1W2，Q1Q2，U1U2CW1U2DW1W2，Q1Q2，U1U2解析由熱力學(xué)第一定律：U1W1Q1，U2W2Q2，若通過壓強(qiáng)不變的過程實(shí)現(xiàn)體積膨脹，則由為恒量，可知溫度必定升高，對理想氣體，內(nèi)能必定增大，U10，W10，且|Q1|W1|；若通過溫度不變的過程實(shí)現(xiàn)體積膨脹，溫度不變，內(nèi)能不變，U20，W20，且|Q2|W2|，則U1U2；由于氣體對外做功的過程中，體積膨脹，通過溫度不變的方式，由為恒量，可知

6、壓強(qiáng)必定減小，則平均壓強(qiáng)比通過壓強(qiáng)不變的過程時的壓強(qiáng)要小，故W1W2，Q1Q2.B選項(xiàng)正確答案B考點(diǎn)二氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律綜合【典例2】 圖132如圖132所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強(qiáng)為1.2p0的理想氣體，p0和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度已知：氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為UT，為正的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的求：(1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時的體積V1；(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q.解析(1)在氣體由p1.2p0下降到p0的過程中，氣體體積不變，溫度由T2.4 T0變?yōu)門1，由

7、查理定律得在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中，體積由V減小到V1，氣體壓強(qiáng)不變，由蓋呂薩克定律得解得(2)在活塞下降過程中，活塞對氣體做的功為Wp0(VV1)在這一過程中，氣體內(nèi)能的減小為U(T1T0)由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為QWU解得Qp0VT0.答案(1)V(2)p0VT0【變式2】 如圖133所示，教室內(nèi)用截面積為0.2 m2的絕熱活塞，將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在圓柱汽缸內(nèi)，活塞與汽缸之間無摩擦a狀態(tài)是汽缸放在冰水混合物中氣體達(dá)到的平衡狀態(tài)，活塞離汽缸底部的高度為0.6 m；b狀態(tài)是汽缸從容器中移出后達(dá)到的平衡狀態(tài)，活塞離汽缸底部的高度為0.65 m設(shè)室內(nèi)大氣壓強(qiáng)始終保持

8、1.0105 Pa，忽略活塞質(zhì)量圖133(1)求教室內(nèi)的溫度；(2)若氣體從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中，內(nèi)能增加了560 J，求此過程中氣體吸收的熱量解析(1)由題意知?dú)怏w是等壓變化，設(shè)教室內(nèi)溫度為T2，由知T2295.75 K.(2)氣體對外界做功為Wp0S(h2h1)103 J.由熱力學(xué)第一定律得Q1 560 J.答案(1)295.75 K(2)1 560 J1夏天，如果將自行車內(nèi)胎充氣過足，又放在陽光下暴曬，車胎極易爆裂關(guān)于這一現(xiàn)象的描述(暴曬過程中內(nèi)胎容積幾乎不變)，下列說法錯誤的是()A車胎爆裂，是車胎內(nèi)氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B在爆裂前的過程中，氣體溫度升高，分子

9、無規(guī)則熱運(yùn)動加劇，氣體壓強(qiáng)增大C在車胎突然爆裂前的瞬間，氣體內(nèi)能增加D在車胎突然爆裂后的瞬間，氣體內(nèi)能減少解析分析題意得：車胎在陽光下暴曬，爆裂前內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，分子無規(guī)則熱運(yùn)動加劇，氣體壓強(qiáng)變大，所以選項(xiàng)B和C是正確的，易知選項(xiàng)A是錯誤的當(dāng)車胎突然爆裂的瞬間，氣體膨脹對外做功，溫度也會有所下降，所以氣體內(nèi)能減少，選項(xiàng)D正確答案A2(2010重慶)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面上，在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢能，則胎內(nèi)氣體()A從外界吸熱 B對外界做負(fù)功C分子平均動能減小 D內(nèi)能增加解析胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個溫度不變、壓強(qiáng)減小、體積增大的過程溫度不變，分

10、子平均動能和內(nèi)能不變體積增大氣體對外界做正功根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體一定從外界吸熱A正確答案A3(2011全國卷，14改編)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是()A氣體吸收的熱量不能完全轉(zhuǎn)化為功B氣體體積增大時，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外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少解析由熱力學(xué)第二定律的表述之一：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，即氣體吸收熱量在引起其他變化的情況下，可以完全轉(zhuǎn)化為功，知A選項(xiàng)錯誤；氣體的內(nèi)能由氣體的溫度和體積共同決定，氣體體積增大，內(nèi)能不一定減少，故B項(xiàng)錯誤；由熱力學(xué)第一定律：UQW，若物體從外界吸熱，即Q0但同時對外

11、做功，即W0.且QW0，但同時向外界放熱，即Q0，且QW0，所以D項(xiàng)正確答案D4(2011廣東卷，14)如圖134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向下滑動的動程中()圖134A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)能減小解析筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，當(dāng)氣體體積變小時，則外界對氣體做功，氣體的內(nèi)能增大，A正確答案A5(2011全國卷，33改編)對于一定量的理想氣體，下列說法錯誤的是()A若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變，其內(nèi)能也一定

12、不變B若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變C氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)D當(dāng)氣體溫度升高時，氣體的內(nèi)能一定增大解析理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定，由理想氣體狀態(tài)方程C可知，若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變，溫度T也不變，所以內(nèi)能也一定不變，A、D選項(xiàng)正確若氣體的內(nèi)能不變，則溫度T不變，但氣體的壓強(qiáng)和體積可以改變，B項(xiàng)錯誤由熱力學(xué)第一定律UQW知，C選項(xiàng)正確答案B6(2010全國理綜改編)如圖135所示，一絕熱容器被隔板K隔開成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()圖135A氣體對外界做功，內(nèi)能減少B氣體不做功，內(nèi)

13、能不變C氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低D氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低解析因b內(nèi)為真空，抽開隔板K后，a內(nèi)氣體對外界不做功，由UWQ知內(nèi)能不變，故選項(xiàng)A錯誤、選項(xiàng)B正確稀薄氣體可看作理想氣體，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)，氣體的內(nèi)能不變，溫度也不變，由p1V1p2V2和V1p2，即氣體壓強(qiáng)變小，故選項(xiàng)C錯誤、選項(xiàng)D錯誤答案B1二氧化碳是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要原因之一，人類在采取節(jié)能減排措施的同時，也在研究控制溫室氣體的新方法，目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù)。在某次實(shí)驗(yàn)中，將一定質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w封閉在一可自由壓縮的導(dǎo)熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減為原來的一半，不計(jì)溫度變化，則此過程中()A封閉

14、氣體對外界做正功B封閉氣體向外界傳遞熱量C封閉氣體分子的平均動能增大D封閉氣體從外界吸收熱量解析因?yàn)闅怏w的溫度不變，所以氣體分子的平均動能不變，C錯誤；當(dāng)氣體體積減小時，外界對氣體做功，A錯誤；由熱力學(xué)第一定律可得，封閉氣體將向外界傳遞熱量，B正確答案B圖1362(2011上海浦東二模)如圖136所示中汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣現(xiàn)將活塞桿與外界連接并使之緩慢地向右移動這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是()A氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律

15、B氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律C氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外作功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律DA、B、C三種說法都不對答案C3如圖137所示為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機(jī)工作時，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)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外下列說法正確的是()圖137A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牧穗娔蹸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)第二定律解析由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳

16、給高溫物體，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)工作并消耗電能答案B圖1384我國神七航天員的漫步太空已變成現(xiàn)實(shí)神七航天漫步太空，此舉震撼世界，意義重大無比其中，飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進(jìn)入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設(shè)施專門做成了一個艙，叫“氣閘艙”，其原理圖如圖138所示，兩個相通的艙A、B間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換打開閥門K后，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡，則()A氣體體積膨脹，對外做功B氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加C體積變大，溫度降低DB中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中

17、解析當(dāng)閥門K被打開時，A中的氣體進(jìn)入B中，由于B中為真空，所以A中的氣體不會做功，則A選項(xiàng)是錯誤的；又因?yàn)橄到y(tǒng)與外界無熱交換，所以氣體內(nèi)能不變，則氣體的溫度也不變，則選項(xiàng)A、B、C錯誤；由熱力學(xué)第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界作用時，B中氣體不能自發(fā)地全部回到A中，故D正確答案D5(2011江西重點(diǎn)盟校二次聯(lián)考，33)(1)下列說法正確的是_A由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算出該種氣體分子的大小B懸浮在液體中的固體微粒越小，布朗運(yùn)動就越明顯C分子間的引力隨分子間距離的增大而增大，分子間的斥力隨分子間距離的增大而減小D根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到

18、高溫物體圖139(2)如圖139所示，汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體，活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡，已知活塞距缸口0.2 m，活塞面積10 cm2，大氣壓強(qiáng)1.0105 Pa，物重50 N，活塞質(zhì)量及一切摩擦不計(jì)，緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞剛好升到缸口，封閉氣體吸收了60 J的熱量，則封閉氣體的壓強(qiáng)將_(選填“增加”、“減小”或“不變”)，氣體內(nèi)能變化量為_J.解析(1)由于氣體分子間距離大，所以不能估算分子大小，A錯布朗運(yùn)動的顯著程度與溫度和顆粒大小有關(guān)，B正確分子引力和斥力都是隨分子間距離的增大而減小的，則C錯熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故D錯(2)此時氣體壓強(qiáng)pp0恒定由

19、熱力學(xué)第一定律UWQpVQ50 J.答案(1)B(2)不變506(1)當(dāng)密閉在氣球內(nèi)的空氣(可視為理想氣體)溫度緩慢升高時_A氣體分子的體積增大B氣體分子的動能增大C氣體分子的平均動能增大D單位體積內(nèi)分子數(shù)增多(2)若只對一定質(zhì)量的理想氣體做1 500 J的功，可使其溫度升高5 K若改成只用熱傳遞的方式，使氣體溫度同樣升高5 K，那么氣體應(yīng)吸收_ J的熱量如果對該氣體做了2 000 J的功，使其溫度升高了5 K，表明在該過程中，氣體還_(選填“吸收”或“放出”)熱量_J.答案(1)C(2)1 500放出5007(1)第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)槠溥`反了_，第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)槠溥`反了_

20、(2)在一個大氣壓下，水在沸騰時，1 g水吸收2 263.8 J的熱量后由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài)，其體積由1.043 cm3變成1 676 cm3，求：1 g水所含的分子個數(shù)；體積膨脹時氣體對外界做的功；氣體的內(nèi)能變化(大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa，水的摩爾質(zhì)量為M18 g/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA6.01023 mol1)解析(2)1 g水所含的分子個數(shù)為n610233.31022(個)氣體體積膨脹時對外做的功為Wp0V105(1 6761.043)106 J167.5 J.根據(jù)熱力學(xué)第一定律有：UWQ(2 263.8167.5) J2 096.3 J.答案(1)能量守恒定律熱力學(xué)第二定律

21、(2)3.31022167.5 J增加2 096.3 J8(1)下列說法正確的是()A布朗運(yùn)動是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運(yùn)動的反映B沒有摩擦的理想熱機(jī)可以把吸收的能量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C知道某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量和密度可求出阿伏加德羅常數(shù)D內(nèi)能不同的物體，它們分子熱運(yùn)動的平均動能可能相同(2)一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功1.7105 J，氣體內(nèi)能減少1.3105 J，則此過程中氣體_(填“吸收”或“放出”)的熱量是_ J此后，保持氣體壓強(qiáng)不變，升高溫度，氣體對外界做了5.0105 J的功，同時吸收了6.0105 J的熱量，則此過程中，氣體內(nèi)能增加了_ J解析(1)布朗運(yùn)動是指

22、懸浮在液體中的固體小顆粒的運(yùn)動，并不是指顆粒分子的運(yùn)動，所以A錯誤熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，所以B錯誤知道摩爾質(zhì)量和密度可求摩爾體積，求不出阿伏加德羅常數(shù)，所以C錯誤內(nèi)能不同的物體它們分子運(yùn)動的平均動能可能相同，因?yàn)橹灰矬w的溫度相同，分子平均動能就相同，所以D項(xiàng)正確(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：W1.7105 J，U1.3105 J，代入UWQ可得，Q3.0105 J，Q為負(fù)值，說明氣體要放出熱量，放出的熱量為3.0105 J；同理W5105 J，Q6105 J，UWQ1.0105 J，即內(nèi)能增加了1.0105 J.答案(1)D(2)放出3.01051.01059(1)關(guān)于熱

23、現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是()A教室內(nèi)看到透過窗子的“陽光柱”里粉塵顆粒雜亂無章的運(yùn)動，這種運(yùn)動是布朗運(yùn)動B熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞，不可能由低溫物體傳給高溫物體C用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0105 J，若空氣向外界放出熱量1.5105 J，則空氣內(nèi)能增加5104 JD一定質(zhì)量的理想氣體，如果保持溫度不變，體積越小，壓強(qiáng)越小(2)1 mL水用注射器能滴50滴，水的密度103 kg/m3，則1滴水中有多少個水分子？(阿伏加德羅常數(shù)NA6.021023 mol1)解析(1)布朗運(yùn)動是由液體分子撞擊固體小顆粒而引起的，而教室內(nèi)粉塵顆粒雜亂無章的運(yùn)動是由于空氣流動引起的，A項(xiàng)錯誤；在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體，例夏天空調(diào)工作時，不斷地將熱量從低溫的室內(nèi)傳到高溫的室外，B項(xiàng)錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，C項(xiàng)正確；根據(jù)恒量可知，對于一定質(zhì)