第3課時(shí)熱力學(xué)定律與能量守恒

1、第3課時(shí)熱力學(xué)定律與能量守恒【基礎(chǔ)知識(shí)】1物體內(nèi)能的改變(1) 是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過程，內(nèi)能的改變量可用 的數(shù)值來量度(2) 是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程，內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量用 來量度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 與外界對(duì)它所 的和(2)表達(dá)式：U .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，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，但在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量保持不變(2)任何違背能量守恒定律的過程都是不可能的不消耗能量而對(duì)外做功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.【自我檢測(cè)】1熱力學(xué)第一定律的理解一定質(zhì)量的理想氣體在某

2、一過程中，外界對(duì)氣體做功7.0104 J，氣體內(nèi)能減少1.3105 J，則此過程()A氣體從外界吸收熱量2.0105 JB氣體向外界放出熱量2.0105 JC氣體從外界吸收熱量6.0104 JD氣體向外界放出熱量6.0104 J2能量守恒定律的應(yīng)用木箱靜止于水平地面上，現(xiàn)在用一個(gè)80 N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10 m，木箱受到的摩擦力為60 N，則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是 AU200 J，Ek600 J BU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek200 J3熱力學(xué)定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖

3、所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中 ()A氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變B氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大C氣體對(duì)外界做正功，氣體內(nèi)能增加D外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少4熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小()A從外界吸熱 B內(nèi)能增大C向外界放熱 D內(nèi)能減小【考點(diǎn)突破】考點(diǎn)一對(duì)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

4、功與熱傳遞之間的定量關(guān)系2對(duì)公式UQW符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQU外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少3.幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量(2)若過程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量(3)若過程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ.外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量【例1】在如圖所示的坐標(biāo)系中，一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對(duì)該氣體做功為6 J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為9 J圖線AC的反向延長(zhǎng)

5、線過坐標(biāo)原點(diǎn)O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢(shì)能為零求：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對(duì)外界做的功W1和其內(nèi)能的增量U1；(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量U2及其從外界吸收的熱量Q2.【變式1】 一定質(zhì)量的氣體，在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過程中，吸收熱量280 J，并對(duì)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(duì)外界做功，還是外界對(duì)氣體做功？做功多少？【變式2】圖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(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣

6、體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過程中 ()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【學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)】熱力學(xué)定律與理想氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合的解題模型【例2】如圖所示，一粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U形管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長(zhǎng)l120 cm(可視為理想氣體)，兩管中水銀面等高現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h10 cm.(環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)p075 cmHg)(1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用“cmHg”做單位)(2)此過程中左管內(nèi)的氣體對(duì)外界_(填“做正功”、

7、“做負(fù)功”或“不做功”)，氣體將_(填“吸熱”或“放熱”)【變式3】 一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變成狀態(tài)C，其中AB過程為等壓變化，BC過程為等容變化已知VA0.3 m3，TATC300 K，TB400 K.(1)求氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積(2)說明BC過程壓強(qiáng)變化的微觀原因(3)設(shè)AB過程氣體吸收熱量為Q1，BC過程氣體放出熱量為Q2，比較Q1、Q2的大小并說明原因【高考模擬題組】1.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 ()A充氣后，

8、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2關(guān)于熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，下列說法正確的是()A一定量的氣體吸收熱量，其內(nèi)能一定增大B不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體C若兩分子間距離增大，分子勢(shì)能一定增大D若兩分子間距離減小，分子間引力和斥力都增大3.一定質(zhì)量的理想氣體，從初始狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D再回到A，體積V與溫度T的關(guān)系如圖所示圖中TA、VA和TD為已知量(1)從狀態(tài)A到B，氣體經(jīng)歷的是_過程(填“等溫”、“等容”或“等壓”)(2)從B到C的過程中，氣體的內(nèi)能_(填“增大”、“減小”或“不變”)(3)從C到

9、D的過程中，氣體對(duì)外_(填“做正功”、“做負(fù)功”或“不做功”)，同時(shí)_(填“吸熱”或“放熱”)(4)氣體在狀態(tài)D時(shí)的體積 VD_.4二氧化碳是導(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(shí)，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封閉氣體對(duì)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(dòng)能增大 D封閉氣體從外界吸收熱量5一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖象如圖所示，AB、BC分別與

10、p軸和T軸平行，氣體在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)為p0、體積為V0，在狀態(tài)B時(shí)的壓強(qiáng)為2p0，則氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積為_；氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中，對(duì)外做的功為W，內(nèi)能增加了U，則此過程氣體_(選填“吸收”或“放出”)的熱量為_【針對(duì)訓(xùn)練】題組1熱力學(xué)第一定律的理解1.如圖所示，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(dòng)的絕熱活塞今對(duì)活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減小若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體()A溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少B溫度降低，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少C溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加D溫度降低，

11、壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加2.某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成開箱時(shí)，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示在此過程中，若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體 ()A對(duì)外做正功，分子的平均動(dòng)能減小B對(duì)外做正功，內(nèi)能增大C對(duì)外做負(fù)功，分子的平均動(dòng)能增大D對(duì)外做負(fù)功，內(nèi)能減小3“溫泉水滑洗凝脂，冬浴溫泉正當(dāng)時(shí)”，在寒冷的冬天里泡一泡溫泉，不僅可以消除疲勞，還可擴(kuò)張血管，促進(jìn)血液循環(huán)，加速人體新陳代謝設(shè)水溫恒定，則溫泉中正在緩慢上升的氣泡 ()A壓強(qiáng)增大，體積減小，吸收熱量B壓強(qiáng)增大，體積減小，放出熱量C壓強(qiáng)減小，體積增大，吸收熱量D壓強(qiáng)減小，體積增

12、大，放出熱量4.如圖，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()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，溫度降低D氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變題組2熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的組合應(yīng)用5被活塞封閉在汽缸中的一定質(zhì)量的理想氣體，溫度增加，壓強(qiáng)保持不變，則 ()A汽缸中每個(gè)氣體分子的速率都增大B汽缸中單位體積氣體分子數(shù)減小C汽缸中的氣體吸收的熱量等于氣體內(nèi)能的增加量D汽缸中的氣體吸收的熱量大于氣體內(nèi)能的增加量6.如圖所示，倒懸的導(dǎo)熱汽缸中有一個(gè)可無摩擦上下移動(dòng)且不漏氣的活塞A，活塞A的下面吊

13、著一個(gè)重物，汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體起初各部分均靜止不動(dòng)，大氣壓強(qiáng)保持不變對(duì)于汽缸內(nèi)的氣體，當(dāng)其狀態(tài)緩慢發(fā)生變化時(shí)，下列判斷正確的是()A若環(huán)境溫度升高，則氣體的壓強(qiáng)一定增大B當(dāng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，外界一定對(duì)氣體做正功C保持環(huán)境溫度不變，緩慢增加重物的質(zhì)量，氣體一定會(huì)吸熱D若環(huán)境溫度降低，緩慢增加重物的質(zhì)量，氣體體積可能保持不變7.固定的水平汽缸內(nèi)由活塞B封閉著一定量的理想氣體，氣體分子之間的相互作用力可以忽略假設(shè)汽缸壁的導(dǎo)熱性能很好，環(huán)境的溫度保持不變?nèi)粲猛饬將活塞B緩慢地向右拉動(dòng)，如圖所示，則在拉動(dòng)活塞的過程中，關(guān)于汽缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論，其中正確的是()A氣體對(duì)外做功，氣體內(nèi)能不變B氣

14、體對(duì)外做功，氣體內(nèi)能減小C外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能不變D氣體從外界吸熱，氣體內(nèi)能減小8.圖是密閉的汽缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800 J，同時(shí)氣體向外界放熱200 J，缸內(nèi)氣體的 ()A溫度升高，內(nèi)能增加600 JB溫度升高，內(nèi)能減少200 JC溫度降低，內(nèi)能增加600 JD溫度降低，內(nèi)能減少200 J9帶有活塞的汽缸內(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達(dá)到狀態(tài)b或經(jīng)過過程ac達(dá)到狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如圖所示設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強(qiáng)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()Apbpc，QabQac Bpbpc，

15、QabQacCpbQac Dpb pc，QabQac10.氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示玻璃測(cè)溫泡A內(nèi)充有理想氣體，通過細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連開始時(shí)A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點(diǎn)處，右管D中水銀面高出O點(diǎn)h114 cm，后將A放入待測(cè)恒溫槽中，上下移動(dòng)D，使C中水銀面仍在O點(diǎn)處，測(cè)得D中水銀面高出O點(diǎn)h244 cm.(已知外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76 cmHg)(1)求恒溫槽的溫度(2)此過程A內(nèi)氣體內(nèi)能_(填“增大”或“減小”)，氣體不對(duì)外做功，氣體將_(填“吸熱”或“放熱”)11如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，AB

16、和CD為等溫過程，BC和DA為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，這就是著名的“卡諾循環(huán)”(1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是_AAB過程中，外界對(duì)氣體做功BBC過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大CCD過程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多DDA過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化(2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是_(選填“AB”、“BC”、“CD”或“DA”)若氣體在AB過程中吸收63 kJ的熱量，在CD過程中放出38 kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為_kJ.12(1)人類對(duì)物質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)是從宏觀到微觀不斷深入的過程，以下說法正確的是_A晶體的物理性質(zhì)都是各向異性的B露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用C布朗運(yùn)動(dòng)是固體分子的運(yùn)動(dòng)，它說明分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)D當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而減小(2)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)(p1、V1)做等溫膨脹，狀態(tài)變化如圖中實(shí)線所示若該部分氣體從狀態(tài)(p1、V1)做與外界無熱交換的膨脹至體積V2，則對(duì)應(yīng)的狀