(全國版)高考物理一輪復(fù)習(xí)課時練習(xí)選修3-3 第3講 (含解析)

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律知識排查熱力學(xué)第一定律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：ΔU＝Q＋W。(3)ΔU＝Q＋W中正、負(fù)號法則：物理量意義符號WQΔU＋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)能減少能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者是從一個物體轉(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。3．第一類永動機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述(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?；虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C(jī)是不可能制成的”。2．用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小。3．熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。4．第二類永動機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律。小題速練1．(多選)下列說法正確的是()A．外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能可能不變B．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)E．一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加答案ABE2．(多選)下列說法正確的是()A．分子間距離增大時，分子間的引力減小，斥力增大B．當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力時，隨分子間距離的減小分子勢能增大C．一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等溫膨脹，一定從外界吸收熱量D．一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等壓膨脹，一定向外界放出熱量E．熵的大小可以反映物體內(nèi)分子運(yùn)動的無序程度解析分子間距離增大時，分子間的引力、斥力都減小，A錯誤；當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力時，隨分子間距離的減小，斥力做負(fù)功，分子勢能增大，B正確，等溫膨脹，溫度不變，氣體內(nèi)能不變，體積增大，對外做功。內(nèi)能要減小，要保持內(nèi)能不變，所以需要從外界吸收熱量，C正確，等壓膨脹，壓強(qiáng)不變，體積增大，根據(jù)公式eq\f(pV,T)＝C可得溫度升高，內(nèi)能增大，需要吸收熱量，故D錯誤，熵的物理意義反映了宏觀過程對應(yīng)的微觀狀態(tài)的多少，標(biāo)志著宏觀狀態(tài)的無序程度，即熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度的量度，E正確。答案BCE3．(多選)對于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理解，下列說法正確的是()A．一定質(zhì)量的氣體膨脹對外做功100J，同時從外界吸收120J的熱量，則它的內(nèi)能增大20JB．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加；物體對外界做功，其內(nèi)能一定減少C．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體D．第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，沒有違反熱力學(xué)第一定律E．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律解析根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對外界做功，其內(nèi)能不一定減少，選項(xiàng)B錯誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，選項(xiàng)C錯誤；第二類永動機(jī)沒有違反能量守恒定律，熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱學(xué)中的反映，因此第二類永動機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，不能制成是因?yàn)樗`反了熱力學(xué)第二定律，故選項(xiàng)D正確；能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)E正確。答案ADE熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律1．做功和熱傳遞的區(qū)別做功與熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是相同的，但是從運(yùn)動形式、能量轉(zhuǎn)化的角度上看是不同的。做功是其他形式的運(yùn)動和熱運(yùn)動的轉(zhuǎn)化，是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化；而熱傳遞則是熱運(yùn)動的轉(zhuǎn)移，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。2．三種特殊情況(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)能的增加量。(2)若過程中不做功，則W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。(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。外界對物體做的功等于物體放出的熱量。【例1】(多選)(2018·全國卷Ⅲ，33)如圖1，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p－V圖中從a到b的直線所示。在此過程中()圖1A．氣體溫度一直降低B．氣體內(nèi)能一直增加C．氣體一直對外做功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外做功解析一定質(zhì)量的理想氣體從a到b的過程，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知Tb>Ta，即氣體的溫度一直升高，選項(xiàng)A錯誤；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，選項(xiàng)B正確；由于從a到b的過程中氣體的體積增大，所以氣體一直對外做功，選項(xiàng)C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，從a到b的過程中，氣體一直從外界吸熱，選項(xiàng)D正確；氣體吸收的熱量一部分增加內(nèi)能，一部分對外做功，選項(xiàng)E錯誤。答案BCD【例2】(多選)[2017·全國卷Ⅱ，33(1)]如圖2，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，氣體會自發(fā)擴(kuò)散至整個汽缸。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)整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是()圖2A．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)散過程中，氣體對外界做功D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功E．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變解析因?yàn)槠?、活塞都是絕熱的，隔板右側(cè)是真空，所以理想氣體在自發(fā)擴(kuò)散的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對外界做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體自發(fā)擴(kuò)散前后，內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯誤；氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大，又因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以氣體溫度升高，分子平均動能增大，選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)E錯誤。答案ABD應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意(1)做功看體積：體積增大，氣體對外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對氣體做功，W為正。氣體向真空中自由膨脹，對外界不做功，W＝0。(2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0。(3)由于理想氣體沒有分子勢能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。1．(多選)關(guān)于能量和能量守恒，下列表述正確的是()A．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B．能量可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．滿足能量守恒定律的物理過程一定能自發(fā)進(jìn)行E．第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`背了能量守恒定律解析根據(jù)能量守恒定律，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，A、B正確；能量與能源不同，能量是守恒的，但隨著能量的耗散，能量可以利用的品質(zhì)會下降，故依然要節(jié)約能源，C錯誤；自然界的宏觀熱現(xiàn)象的過程都有方向性，滿足能量守恒定律的物理過程不一定能自發(fā)進(jìn)行，D錯誤；第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律，E正確。答案ABE2．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖3所示。下列判斷正確的是()圖3A．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中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱D．a(chǎn)、b和c三個狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動能最小E．b和c兩個狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同解析對封閉氣體，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，對外做功，則可能為吸熱過程，選項(xiàng)B錯誤；c→a過程為等壓變化，溫度T降低，內(nèi)能減少，體積V減小，外界對氣體做功，依據(jù)W＋Q＝ΔU，外界對氣體所做的功小于氣體所放的熱，選項(xiàng)C錯誤；溫度是分子平均動能的標(biāo)志，Ta＜Tb＝Tc，故選項(xiàng)D正確；同種氣體的壓強(qiáng)由氣體的分子數(shù)密度ρ和溫度T決定，由題圖可知Tb＝Tc，pb＞pc，顯然選項(xiàng)E正確。答案ADE3．(多選)一定質(zhì)量的理想氣體分別在T1、T2溫度下發(fā)生等溫變化，相應(yīng)的兩條等溫線如圖4所示，T2對應(yīng)的圖線上A、B兩點(diǎn)表示氣體的兩個狀態(tài)，則()圖4A．溫度為T1時氣體分子的平均動能比T2時大B．A到B的過程中，氣體內(nèi)能增加C．A到B的過程中，氣體從外界吸收熱量D．A到B的過程中，氣體分子單位時間內(nèi)對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少E．A到B的過程中，外界對氣體做功解析由圖可知．當(dāng)體積相同時，有p1>p2，根據(jù)eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)得，T1＞T2，故A正確；對理想氣體，其內(nèi)能僅由溫度決定，A到B的過程是等溫變化的過程，所以氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，故B錯誤；A到B的過程中，氣體的體積增大，對外做功而內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q可得，氣體一定從外界吸收熱量，故C正確，E錯誤；A到B的過程中，氣體溫度不變，則分子運(yùn)動的激烈程度不變，而氣體的體積增大，分子密度減小，氣體分子單位時間內(nèi)對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少，故D正確。答案ACD

熱力學(xué)第二定律的理解1．對熱力學(xué)第二定律關(guān)鍵詞的理解在熱力學(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”的涵意是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(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(shí)質(zhì)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。如3．兩類永動機(jī)的比較分類第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律【例3】(多選)下列說法正確的是()A．兩個物體只要溫度相等，那么它們分子熱運(yùn)動的平均動能就相等B．在自然界能量的總量是守恒的，所以不存在能源危機(jī)C．熱力學(xué)第一定律也可表述為第一類永動機(jī)不可能制成D．熱力學(xué)第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”E．1kg的0℃的冰比1kg的0℃的水的內(nèi)能小些解析溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志，兩個物體只要溫度相等，那么它們分子熱運(yùn)動的平均動能相等，A正確；雖然在自然界能量的總量是守恒的，但能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，B錯誤；熱力學(xué)第一定律也可表述為第一類永動機(jī)不可能制成，C正確；熱力學(xué)第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他的變化”，D錯誤；1kg的0℃的冰變成1kg的0℃的水要吸收熱量，E正確。答案ACE1．(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說法正確的是()A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能發(fā)生B．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的C．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在不產(chǎn)生其他影響的情況下，內(nèi)能無法全部用來做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的E．熱運(yùn)動的宏觀過程有一定的方向性解析符合能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律的宏觀過程不能發(fā)生，選項(xiàng)A錯誤；一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，選項(xiàng)B正確；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在不產(chǎn)生其他影響的情況下，但內(nèi)能無法全部用來做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，選項(xiàng)C正確；氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，選項(xiàng)D錯誤；熱運(yùn)動的宏觀過程有一定的方向性，選項(xiàng)E正確。答案BCE2．(多選)根據(jù)熱學(xué)中的有關(guān)知識，判斷下列說法中正確的是()A．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運(yùn)動無序性增大的方向進(jìn)行的C．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－293℃D．第一類永動機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動機(jī)可以被制造出來E．空調(diào)既能制熱又能制冷，說明在不自發(fā)的條件下，熱量可以逆向傳遞解析機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只是在這個過程中會引起其他變化，A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運(yùn)動無序性增大的方向進(jìn)行的，B正確；盡管科技不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)也不能使溫度降到－293℃，只能接近－273.15℃，卻不可能達(dá)到，C錯誤；第一類永動機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，第二類永動機(jī)不可能被制造出來，D錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，但在不自發(fā)的條件下，能從低溫物體傳遞到高溫物體，E正確。答案ABE熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用解決熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的思路【例4】如圖5所示，厚度和質(zhì)量不計(jì)、橫截面積為S＝10cm2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，氣體的溫度為T0＝300K，壓強(qiáng)為p＝0.5×105Pa，活塞與汽缸底的距離為h＝10cm，活塞與汽缸可無摩擦滑動且不漏氣，大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa。圖5(1)求此時桌面對汽缸的作用力FN；(2)現(xiàn)通過電熱絲將氣體緩慢加熱到T，此過程中氣體吸收熱量為Q＝7J，內(nèi)能增加了ΔU＝5J，整個過程活塞都在汽缸內(nèi)，求T的值。解析(1)對汽缸受力分析，由平衡條件有FN＋pS＝p0S，解得FN＝(p0－p)S＝(1.0×105Pa－0.5×105Pa)×10×10－4m2＝50N。(2)設(shè)溫度升高至T時活塞距離汽缸底距離為H，則氣體對外界做功W＝p0ΔV＝p0S(H－h(huán))，由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q－W，解得H＝12cm。氣體溫度從T0升高到T的過程，由理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(pSh,T0)＝eq\f(p0SH,T)，解得T＝eq\f(p0H,ph)T0＝eq\f(105×0.12,0.5×105×0.10)×300K＝720K。答案(1)50N(2)720K有關(guān)熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的處理方法(1)氣體實(shí)驗(yàn)定律的研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。(2)解決具體問題時，弄清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵，根據(jù)不同的變化，找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量，利用相關(guān)規(guī)律解決。(3)對理想氣體，通常只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)要做功，如果是等壓變化，W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化。(4)結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q求解問題。1．(多選)(2019·遼寧六校聯(lián)考)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6所示，已知?dú)怏w處于狀態(tài)A時的溫度為300K，則下列判斷正確的是()圖6A．氣體處于狀態(tài)B時的溫度為900KB．氣體處于狀態(tài)C時的溫度為300KC．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C過程氣體內(nèi)能一直增大D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過程氣體放熱E．從狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過程氣體放熱解析由題知TA＝300K，A→B過程為等壓變化，則根據(jù)eq\f(VA,VB)＝eq\f(TA,TB)，解得TB＝eq\f(VB,VA)TA＝eq\f(3×10－3,1×10－3)×300K＝900K，故A正確；B→C過程為等容變化，則有eq\f(pB,pC)＝eq\f(TB,TC)，得TC＝eq\f(pC,pB)TB＝eq\f(1,3)×900K＝300K，故B正確；從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C的過程，氣體的溫度先升高后降低，則氣體的內(nèi)能先增大后減小，故C錯誤；由A→B氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大，氣體對外做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，氣體吸熱，故D錯誤；B→C過程氣體的體積不變，不做功，溫度降低，氣體的內(nèi)能減小，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，氣體放熱，故E正確。答案ABE2.如圖7所示，用帶孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶內(nèi)迅速打氣，在瓶塞彈出前，外界對氣體做功15J，橡皮塞的質(zhì)量為20g，橡皮塞被彈出的速度為10m/s，若橡皮塞增加的動能占?xì)怏w對外做功的10%，瓶內(nèi)的氣體可視為理想氣體。則瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能變化量為________J，瓶內(nèi)氣體的溫度________(選填“升高”“不變”或“降低”)。圖7解析由題意可知，氣體對外做的功W對外＝eq\f(\f(1,2)mv2,η)＝eq\f(\f(1,2)×0.02×102,0.1)J＝10J，由題意可知，向瓶內(nèi)迅速打氣，在整個過程中，可認(rèn)為氣體與外界沒有熱交換，即Q＝0，則氣體內(nèi)能的變化量ΔU＝W＋Q＝15J－10J＋0＝5J，氣體內(nèi)能增加，溫度升高。答案5升高3．如圖8所示，用輕質(zhì)活塞在汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計(jì)，開始時活塞距離汽缸底部高度h1＝0.50m，氣體的溫度t1＝27℃。給汽缸緩慢加熱至t2＝207℃，活塞緩慢上升到距離汽缸底某一高度h2處，此過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能ΔU＝300J，已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，活塞橫截面積S＝5.0×10－3m2。求：圖8(ⅰ)活塞距離汽缸底部的高度h2；(ⅱ)此過程中缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q。解析(ⅰ)氣體做等壓變化，根據(jù)蓋—呂薩克定律可得eq\f(h1S,T1)＝eq\f(h2S,T2)，解得h2＝0.80m。(ⅱ)在氣體膨脹的過程中，氣體對外做功為W0＝p0·ΔV＝[1.0×105×(0.80－0.50)×5.0×10－3]J＝150J。根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體內(nèi)能的變化為ΔU＝－W0＋Q，得Q＝ΔU＋W0＝450J。答案(ⅰ)0.80m(ⅱ)450J課時作業(yè)(時間：40分鐘)基礎(chǔ)鞏固練1．(多選)關(guān)于內(nèi)能，下列說法中正確的是()A．物體內(nèi)所有分子的動能與分子勢能的總和叫物體的內(nèi)能B．一個物體的機(jī)械能發(fā)生變化時，其內(nèi)能不一定發(fā)生變化C．若外界對系統(tǒng)做的功為W，則系統(tǒng)的內(nèi)能增加WD．若系統(tǒng)從外界吸收的熱量為Q，則系統(tǒng)的內(nèi)能增加QE．做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能方面是等效的解析在分子動理論中，我們把物體內(nèi)所有分子的動能與分子勢能的總和定義為物體的內(nèi)能，A正確；內(nèi)能與機(jī)械能是兩個不同的物理概念，如物體的速度增加了，機(jī)械能可能增加，但物體的內(nèi)能可能不變，故B正確；只有當(dāng)系統(tǒng)與外界絕熱時，外界對系統(tǒng)做的功才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量，同理，只有在單純的熱傳遞過程中，系統(tǒng)吸收(或放出)的熱量才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量(或減少量)，故C、D錯誤；做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能方面是等效的，我們可以用做功的方式使一個物體的內(nèi)能增大，溫度升高，也可以用熱傳遞的方式使它升高到相同的溫度，E正確。答案ABE2．(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．電冰箱的工作表明，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．科技的不斷進(jìn)步使得人類有可能生產(chǎn)出從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化的機(jī)器D．即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能E．對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)”解析熱量可以在外界做功的情況下從低溫物體向高溫物體傳遞，但不能自發(fā)進(jìn)行，選項(xiàng)A正確；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，選項(xiàng)B正確；不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化，故選項(xiàng)C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故選項(xiàng)D正確；對能源的過度消耗將形成“能源危機(jī)”，但自然界的總能量守恒，故選項(xiàng)E錯誤。答案ABD3．(多選)關(guān)于系統(tǒng)的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．系統(tǒng)的內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的B．分子動理論中引入的系統(tǒng)內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的系統(tǒng)內(nèi)能是一致的C．僅對系統(tǒng)做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，但單純地對系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內(nèi)能D．氣體做絕熱膨脹時對外界做了功，系統(tǒng)的內(nèi)能要減少E．一定質(zhì)量的理想氣體在等溫變化時，內(nèi)能不改變，故與外界不發(fā)生熱交換解析系統(tǒng)的內(nèi)能是一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，由系統(tǒng)的狀態(tài)決定，選項(xiàng)A正確；因?yàn)閮?nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，所以分子動理論中引入的內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的內(nèi)能是一致的，選項(xiàng)B正確；做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，選項(xiàng)C錯誤；氣體做絕熱膨脹時對外界做了功，與外界沒有熱交換，所以系統(tǒng)的內(nèi)能要減少，故選項(xiàng)D正確；一定質(zhì)量的理想氣體在等溫變化時，內(nèi)能不改變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q，可能是吸收熱量的同時對外做了功，也可能是放出熱量的同時外界對其做了功，故選項(xiàng)E錯誤。答案ABD4．(多選)[2017·全國卷Ⅲ，33(1)]如圖1，一定質(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()圖1A．在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B．在過程ca中外界對氣體做功C．在過程ab中氣體對外界做功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在過程ab中，體積不變，氣體對外界不做功，壓強(qiáng)增大，溫度升高，內(nèi)能增加，故選項(xiàng)A正確，C錯誤；在過程ca中，氣體的體積縮小，外界對氣體做功，壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能變小，氣體向外界放出熱量，故選項(xiàng)B正確，E錯誤；在過程bc中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對外界做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項(xiàng)D正確。答案ABD5．(多選)下列各說法正確的是()A．氣體擴(kuò)散現(xiàn)象表明氣體分子間存在斥力B．對于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動能越大C．熱量總是自發(fā)地從分子平均動能大的物體傳遞到分子平均動能小的物體D．用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體，對氣體做了3.0×105J的功，同時氣體向外界放出1.5×105J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5×105JE．飽和汽壓與分子密度有關(guān)，與溫度無關(guān)解析氣體擴(kuò)散現(xiàn)象表明氣體分子在做無規(guī)則運(yùn)動，選項(xiàng)A錯誤；由于溫度是分子平均動能的標(biāo)志，故對于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動能越大，選項(xiàng)B正確；分子的平均動能大，則說明物體的溫度高，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，選項(xiàng)C正確；用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對氣體做了3.0×105J的功，同時氣體向外界放出1.5×105J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5×105J，選項(xiàng)D正確；飽和汽壓與溫度有關(guān)，且隨著溫度的升高而增大，選項(xiàng)E錯誤。答案BCD6．(多選)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是()A．某氣體的摩爾體積為V，每個氣體分子的體積為V0，則阿伏伽德羅常數(shù)NA＝eq\f(V,V0)B．第二類永動機(jī)不可能制造成功的原因是違背了能量守恒定律C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，一個孤立系統(tǒng)的總熵一定不會減小D．當(dāng)兩分子間的距離小于平衡位置的距離r0時，分子間的斥力大于分子間的引力E．氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)解析因?yàn)闅怏w分子不是緊密靠在一起的，對于氣體，不能通過NA＝eq\f(V,V0)求出阿伏伽德羅常數(shù)，故A錯誤；第二類永動機(jī)不可能制造成功的原因是違背了熱力學(xué)第二定律而不違背能量守恒定律，選項(xiàng)B錯誤；用熵的概念對熱力學(xué)第二定律的表述，選項(xiàng)C正確；當(dāng)兩分子間的距離小于r0時，分子間的斥力大于分子間的引力，D正確；氣體溫度每升高1K，氣體內(nèi)能增加一定，可通過不同的變化過程，所以氣體吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)，E正確。答案CDE7．(多選)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一系列變化過程，如圖2所示，下列說法正確的是()圖2A．b→c過程中，氣體壓強(qiáng)不變，體積增大B．a(chǎn)→b過程中，氣體體積增大，壓強(qiáng)減小C．c→a過程中，氣體壓強(qiáng)增大，體積不變D．c→a過程中，氣體內(nèi)能增大，體積變小E．c→a過程中，氣體從外界吸熱，內(nèi)能增大解析b→c過程中，氣體壓強(qiáng)不變，溫度降低，根據(jù)蓋—呂薩克定律eq\f(V,T)＝C得知，體積應(yīng)減小，故A錯誤；a→b過程中氣體的溫度保持不變，即氣體發(fā)生等溫變化，壓強(qiáng)減小，根據(jù)玻意耳定律pV＝C得知，體積增大，故B正確；c→a過程中，由圖可知，p與T成正比，則氣體發(fā)生等容變化，體積不變，故C正確，D錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能與氣體溫度有關(guān)，并且溫度升高氣體的內(nèi)能增大，則知c→a過程中，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，而體積不變，氣體沒有對外做功，外界也沒有對氣體做功，所以氣體一定吸收熱量，故E正確。答案BCE8．(多選)[2016·全國卷Ⅰ，33(1)]關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．氣體吸熱后溫度一定升高B．對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．如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡解析氣體內(nèi)能的改變ΔU＝Q＋W，故對氣體做功可改變氣體內(nèi)能，選項(xiàng)B正確；氣體吸熱為Q，但不確定外界做功W的情況，故不能確定氣體溫度的變化，選項(xiàng)A錯誤；理想氣體等壓膨脹，W<0，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，p不變，V增大，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，ΔU>0，由ΔU＝Q＋W，知Q>0，氣體一定吸熱，選項(xiàng)C錯誤；由熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)D正確；根據(jù)熱平衡原理，選項(xiàng)E正確。答案BDE綜合提能練9．(多選)(2019·黑龍江哈三中模擬)我國航天員漫步太空已變成現(xiàn)實(shí)。已知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”，飛船專門用來完成此功能的艙叫“氣閘艙”，其原理圖如圖3所示，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。若將此氣體近似看成為理想氣體，則下列說法正確的是()圖3A．氣體體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減小B．氣體體積變大，氣體分子單位時間對艙壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少C．氣體并沒有對外做功，氣體內(nèi)能不變D．B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中E．氣體溫度變小，體積增大，壓強(qiáng)減小解析氣體自由膨脹，沒有對外做功，故內(nèi)能不變，溫度也不變，故A、E錯誤，C正確；一切宏觀熱現(xiàn)象均具有方向性，故B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中，故D正確；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知當(dāng)T不變、V