第16講熱功與物態(tài)變化（原卷版）

2020年強(qiáng)基計(jì)劃物理專題講解（核心素養(yǎng)提升）第16講熱、功與物態(tài)變化知識(shí)精講一．物體的內(nèi)能物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能的總叫物體的內(nèi)能．1．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,理想氣體的內(nèi)能正比于溫度與氣體的物質(zhì)的量．2．分子勢(shì)能的大小與物體的體積有關(guān)．3．做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式．二．熱力學(xué)定律熱力學(xué)第一定律：：即做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式．注意恒定壓強(qiáng)對(duì)活塞做功的公式：W=PΔV,熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：在低溫?zé)嵩次崃?，把它全部放入高溫?zé)嵩矗灰鹌渌兓遣豢赡艿模@是從熱傳導(dǎo)的方向性來表述的，也就是說，熱傳導(dǎo)只能是從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩捶较蜻M(jìn)行的．熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：從單一熱源吸取熱量，把它完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓遣豢赡艿模@是從機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述的，也就是說，當(dāng)將內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能時(shí)，若不輔以其他手段是不可能的．三．氣體的狀態(tài)參量1．三個(gè)狀態(tài)參量：溫度、體積、壓強(qiáng)．理想氣體狀態(tài)方程：與壓強(qiáng)的大小有關(guān)的微觀因素：氣體分子的平均動(dòng)能，分子的密集程度．從宏觀上來看，與物體的溫度和體積有關(guān)．宏觀上測(cè)量的氣體施給容器壁的壓強(qiáng)，是大量氣體分子對(duì)器壁不斷碰撞的結(jié)果。在通常情況下，氣體每秒碰撞的器壁的分子數(shù)可達(dá)。在數(shù)值上，氣體的壓強(qiáng)等于單位時(shí)間內(nèi)大量分子施給單位面積器壁的平均沖量。氣體的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，至少有兩個(gè)狀態(tài)參量發(fā)生了變化，不可能只有一個(gè)參量發(fā)生變化，如氣體的等溫、等容、等壓變化．典型例題1.（北約自主招生）在一個(gè)絕熱的豎直氣缸里面放有一定質(zhì)量的理想氣體，絕熱的活塞原來是固定的。現(xiàn)拆去銷釘(圖中未畫出)，氣體因膨脹把活塞及重物舉高后如圖所示。則在此過程中氣體的()A．壓強(qiáng)不變，溫度升高B．壓強(qiáng)不變，溫度降低C．壓強(qiáng)減小，溫度升高D．壓強(qiáng)減小，溫度降低2.（北約自主招生真題）相同材料制成的一個(gè)圓環(huán)A和一個(gè)圓盤B，厚度相同，且兩者起始溫度和質(zhì)量也相同，把它們都豎立在水平地面上，現(xiàn)給它們相同的熱量，假設(shè)它們不與任何其他物體進(jìn)行熱交換，則升溫后的圓環(huán)A的溫度tA與圓盤B的溫度tB的大小關(guān)系是（）A．tA>tBB．tA<tBC．tA=tBD．無法確定3.（年華約自主招生）如圖所示，絕熱容器的氣體被絕熱光滑密封活塞分為兩部分A、B，已知初始狀態(tài)下A、B兩部分體積、壓強(qiáng)、溫度均相等，A中有一電熱絲對(duì)A部分氣體加熱一段時(shí)間，穩(wěn)定后（）A．A氣體壓強(qiáng)增加，體積增大，溫度不變B．B氣體的溫度升高，B中分子運(yùn)動(dòng)加劇C．B氣體的體積減小，壓強(qiáng)增大D．A氣體的內(nèi)能變化量等于B氣體的內(nèi)能變化量4．（2012卓越自主招生）在兩端開口豎直放置的形管內(nèi)，兩段水銀封閉著長(zhǎng)度為的空氣柱，、兩水銀面的高度差為，現(xiàn)保持溫度不變，則A．若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后變大B．若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后不變C．若再向右管注入些水銀，穩(wěn)定后變大D．若兩管同時(shí)注入些水銀，穩(wěn)定后變大5.（2012清華保送生測(cè)試）如圖所示,，AB為一定量的理想氣體的絕熱線，當(dāng)它以圖示A→B→E→A過程變化時(shí)，下列關(guān)于氣體吸熱、放熱的表述正確的是始終吸熱始終放熱有時(shí)吸熱，有時(shí)放熱，但吸熱等于放熱有時(shí)吸熱，有時(shí)放熱，但吸熱大于放熱有時(shí)吸熱，有時(shí)放熱，但吸熱小于放熱6.（北京大學(xué)）如圖所示，一定量的理想氣體，從狀態(tài)A出發(fā)，經(jīng)圖中AB、BC、CA狀態(tài)變化后回到A狀態(tài)，其中AB為等溫變化，BC為等壓變化，CA為等體積變化，求：（1）三個(gè)過程中哪個(gè)過程氣體對(duì)外做功的絕對(duì)值最大？（2）哪個(gè)過程氣體內(nèi)能增加，哪個(gè)過程減少？（3）哪個(gè)過程氣體與外界交換的熱量的絕對(duì)值最大？哪個(gè)過程最??？7.（上海交通大學(xué)）對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列過程違反熱力學(xué)第一定律的是在恒定溫度下，氣體絕熱膨脹氣體從外界吸收熱量而溫度保持不變?cè)诮^熱的條件下，體積不變而溫度升高氣體對(duì)外做功的同時(shí)向外界放熱8.（復(fù)旦）理想氣體的熱力學(xué)過程中可能發(fā)生的過程是A．內(nèi)能減小的等容加熱過程B．吸熱的等溫壓縮過程C．內(nèi)能增加的絕熱壓縮過程D．吸熱的等壓壓縮過程9.（17屆預(yù)賽）絕熱容器經(jīng)一閥門與另一容積比的容積大得很多的絕熱容器相連。開始時(shí)閥門關(guān)閉，兩容器中盛有同種理想氣體，溫度均為30℃，中氣體的壓強(qiáng)為中的2倍。現(xiàn)將閥門緩慢打開，直至壓強(qiáng)相等時(shí)關(guān)閉。問此時(shí)容器中氣體的溫度為多少？假設(shè)在打開到關(guān)閉閥門的過程中處在中的氣體與處在中的氣體之間無熱交換．已知每摩爾該氣體的內(nèi)能為，式中為普適氣體恒量，是熱力學(xué)溫度．10.（16屆預(yù)賽）如圖預(yù)16-3所示，兩個(gè)截面相同的圓柱形容器，右邊容器高為，上端封閉，左邊容器上端是一個(gè)可以在容器內(nèi)無摩擦滑動(dòng)的活塞。兩容器由裝有閥門的極細(xì)管道相連通，容器、活塞和細(xì)管都是絕熱的。開始時(shí)，閥門關(guān)閉，左邊容器中裝有熱力學(xué)溫度為的單原子理想氣體，平衡時(shí)活塞到容器底的距離為，右邊容器內(nèi)為真空?，F(xiàn)將閥門緩慢打開，活塞便緩慢下降，直至系統(tǒng)達(dá)到平衡。求此時(shí)左邊容器中活塞的高度和缸內(nèi)氣體的溫度。提示：一摩爾單原子理想氣體的內(nèi)能為，其中為摩爾氣體常量，為氣體的熱力學(xué)溫度。11.物理小組的同學(xué)在寒冷的冬天做了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)：他們把一個(gè)實(shí)心的大鋁球加熱到某溫度，然后把它放在結(jié)冰的湖面上（冰層足夠厚），鋁球便逐漸陷入冰內(nèi)．當(dāng)鋁球不再下陷時(shí)，測(cè)出球的最低點(diǎn)陷入冰中的深度．將鋁球加熱到不同的溫度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)8次，最終得到如下數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)順序數(shù)12345678熱鋁球的溫度t/℃55708592104110120140陷入深度h/cm9.012.914