2019高考物理一輪優(yōu)級（備講練）全國經(jīng)典版講義第14章第3講熱力學(xué)定律與能量守恒

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒板塊一主干梳理·夯實基礎(chǔ)【知識點1】熱力學(xué)第一定律Ⅰ1．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(4)ΔU＝Q＋W的三種特殊情況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。②若過程是等容的，即W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。③對于理想氣體，若過程是等溫的，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，eq\o(□,\s\up4(10))外界對物體做的功等于物體放出的熱量。【知識點2】熱力學(xué)第二定律Ⅰ1．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?！?3)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。2．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動的無序性增大的方向進(jìn)行?！局R點3】能量守恒定律Ⅰ1.能量守恒定律的內(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。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。3.兩類永動機(jī)(1)第一類永動機(jī)：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器。違背能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)。(2)第二類永動機(jī)：從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，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)重視利用能源時對環(huán)境的影響。(3)要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等)。板塊二考點細(xì)研·悟法培優(yōu)考點1熱力學(xué)第一定律[對比分析]1．改變內(nèi)能的兩種方式的比較2．溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較例1在如下圖所示的坐標(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，外界對該氣體做功為6J；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9J。圖線AC的反向延長線過坐標(biāo)原點O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢能為零。求：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1；(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2。(1)從A到C狀態(tài)發(fā)生了什么變化？提示：等容變化。(2)如何判斷氣體狀態(tài)變化過程是吸熱還是放熱？提示：根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，確定熱量Q的正負(fù)，再判斷是吸熱還是放熱。嘗試解答(1)0__9_J__(2)9_J__3_J。(1)由題意知從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，氣體發(fā)生等容變化，外界對該氣體做的功W1＝0根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU1＝W1＋Q1內(nèi)能的增量ΔU1＝Q1＝9J。(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，體積減小，溫度升高該氣體內(nèi)能的增量ΔU2＝ΔU1＝9J根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU2＝W2＋Q2從外界吸收的熱量Q2＝ΔU2－W2＝3J?？偨Y(jié)升華判斷物體內(nèi)能變化的方法(1)內(nèi)能的變化都要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析。(2)做功情況看氣體的體積：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。(3)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0。(4)如果研究對象是理想氣體，則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。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])[2017·安徽合肥聯(lián)考](多選)對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()A．體積不變，壓強減小的過程，氣體一定放出熱量，內(nèi)能減小B．若氣體內(nèi)能增加，則外界一定對氣體做功C．若氣體的溫度升高，則每個氣體分子的速度一定增大D．若氣體壓強不變，氣體分子平均距離增大時，則氣體分子的平均動能一定增大E．氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的答案ADE解析由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知在體積不變、壓強減小時，溫度降低；體積不變，則W＝0，溫度降低，內(nèi)能減少，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝Q<0，可知一定放出熱量，故A正確；若氣體內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可能從外界吸收熱量，不一定是外界對氣體做功，故B錯誤；氣體的溫度升高，分子的平均動能增大，但不一定每個氣體分子的速度都增大，故C錯誤；氣體壓強不變，氣體分子平均距離增大時，體積增大，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知溫度一定升高，則氣體分子的平均動能一定增大，故D正確；從微觀角度看，氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁的不斷碰撞而產(chǎn)生的，故E正確?？键c2熱力學(xué)第二定律[對比分析]1．熱力學(xué)第一、第二定律的比較2．兩類永動機(jī)的比較例2(多選)下列說法中正確的是()A．第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，是不可能制成的B．第二類永動機(jī)違反能量守恒定律，是不可能制成的C．能量耗散的說法與能量守恒定律是互相矛盾的D．熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化E．熱量可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化(1)熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中的什么規(guī)律？提示：一切涉及熱現(xiàn)象的自然過程都具有方向性。(2)第二類永動機(jī)違反能量守恒定律嗎？第一類永動機(jī)呢？提示：第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，但不違反能量守恒定律，第一類永動機(jī)違反了能量守恒定律。嘗試解答選AD。第一類永動機(jī)是不可能制成的，因為它違反了能量守恒定律，A正確；第二類永動機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，B錯誤；能量耗散指的是機(jī)械能、電能、化學(xué)能等高度可用的高品質(zhì)形式的能量轉(zhuǎn)化為不大可用的低品質(zhì)形式的內(nèi)能，但是總的能量是守恒的，能量耗散與能量守恒不矛盾，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化，D正確，E錯誤?？偨Y(jié)升華對熱力學(xué)第二定律的理解(1)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”指不需要借助外界提供能量的幫助，指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性；②“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(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)第二定律的實質(zhì)：熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])根據(jù)你學(xué)過的熱學(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．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)可以制造出來答案A解析機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引起其他變化時也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A正確；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，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，即須產(chǎn)生其他影響，B錯誤；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℃，只能無限接近－273.15℃，卻永遠(yuǎn)不能達(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，但違背了熱力學(xué)第二定律，第二類永動機(jī)不可能制造出來，D錯誤?？键c3氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合[解題技巧]例3一定質(zhì)量理想氣體的p-V圖象如圖所示，其中a→b為等容過程，b→c為等壓過程，c→a為等溫過程，已知氣體在狀態(tài)a時的溫度Ta＝300K，在狀態(tài)b時的體積Vb＝22.4L。求：(1)氣體在狀態(tài)c時的體積Vc；(2)試比較氣體由狀態(tài)b到狀態(tài)c過程從外界吸收的熱量Q與對外做功W的大小關(guān)系，并簡要說明理由。(1)在p-V圖象中，如何判斷理想氣體狀態(tài)變化過程中溫度升高還是降低？提示：根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，如果ΔU>0，則溫度升高，ΔU<0，則溫度降低。(2)整個循環(huán)過程，氣體內(nèi)能變化嗎？提示：整個循環(huán)過程中，氣體又回到了原來的狀態(tài)，故氣體內(nèi)能不變。嘗試解答(1)67.2_L__(2)氣體吸收的熱量Q大于氣體對外做的功W__理由見解析。(1)氣體c→a等溫變化，根據(jù)玻意耳定律得paVa＝pcVc又a→b為等容過程，所以Va＝Vb＝22.4L解得Vc＝eq\f(paVa,pc)＝eq\f(paVb,pc)＝67.2L。(2)氣體由狀態(tài)b到狀態(tài)c為等壓過程，由蓋—呂薩克定律可知體積增大時溫度升高，所以氣體內(nèi)能增加，ΔU>0，氣體對外做功，W<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體吸收熱量Q大于氣體對外做的功W?？偨Y(jié)升華氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的處理方法(1)氣體實驗定律研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。(2)解決具體問題時，分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，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)做功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。eq\a\vs4\al([跟蹤訓(xùn)練])[2017·甘肅蘭州一模]一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的狀態(tài)變化。問：(1)已知從A到B的過程中，氣體的內(nèi)能減少了300J，則從A到B氣體吸收或放出的熱量是多少；(2)試判斷氣體在狀態(tài)B、C的溫度是否相同。如果知道氣體在狀態(tài)C時的溫度TC＝300K，則氣體在狀態(tài)A時的溫度為多少。答案(1)放熱1200J(2)溫度相同1200K解析(1)從A到B，外界對氣體做功，有W＝pΔV＝900J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝ΔU－W＝－1200J，氣體放熱1200J。(2)由題圖可知pBVB＝pCVC，故TB＝TC，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)，代入數(shù)據(jù)可得TA＝1200K。板塊三限時規(guī)范特訓(xùn)時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共12小題，每小題6分，共72分。其中1～4為單選，5～12為多選)1．如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時，強迫制冷劑在冰箱內(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()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，是因為其消耗了電能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)過程，C錯誤；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錯誤。2．已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比，如下圖所示的實線為汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2的變化曲線，則在整個過程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能()A．先增大后減小B．先減小后增大C．單調(diào)變化D．保持不變答案B解析由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C得T＝eq\f(pV,C)，即氣體的溫度T與壓強p和體積V的乘積成正比，從1→2的過程，對比等溫變化的圖線，V相同時，與等溫線上p的差值先增大后減小，而等溫線上pV的值不變，故理想氣體由狀態(tài)1到2的過程中，壓強與體積的乘積先減小后增大，即氣體的溫度先降低后升高，而一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能完全由溫度來決定，所以缸內(nèi)氣體的內(nèi)能先減小后增大，B正確。3.如圖，內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱良好的汽缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，下列關(guān)于缸內(nèi)氣體說法正確的是()A．內(nèi)能減少B．對外做功C．壓強增大D．分子間的引力和斥力都增大答案B解析因汽缸導(dǎo)熱良好，故環(huán)境溫度升高時封閉氣體溫度也升高，而一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故封閉氣體內(nèi)能增大，A錯誤。因汽缸內(nèi)壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸內(nèi)氣體的壓強p＝p0＋eq\f(mg,S)不變，C錯誤。由蓋—呂薩克定律eq\f(V,T)＝C可知，氣體溫度升高，體積增大，對外做功，B正確。理想氣體分子間除碰撞瞬間外無相互作用力，D錯誤。4．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)裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，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，壓強增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強減小，內(nèi)能增加答案C解析在壓力F作用下，活塞緩慢向下移動，外界對氣體做功，而容器是絕熱的，沒有熱交換，所以封閉的理想氣體內(nèi)能增加，故溫度升高，又體積減小，所以壓強增大，C正確。5．[2017·湖南邵陽二模]熱學(xué)現(xiàn)象在生活中無處不在，下列與此有關(guān)的分析正確的是()A．固體很難被壓縮是因為分子之間有斥力B．物體吸收熱量，其內(nèi)能一定增加C．溫度高的物體，其內(nèi)能一定大D．氣體在對外做功的過程中，其內(nèi)能可能增加E．中午聞到食堂炒菜的香味是因為分子的運動答案ADE解析固體很難被壓縮是因為分子之間有斥力，A正確；物體吸收熱量時如果同時對外做功，其內(nèi)能不一定增加，B錯誤；內(nèi)能大小取決于溫度、體積和物質(zhì)的量，故溫度高的物體，其內(nèi)能不一定大，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，氣體在對外做功的過程中，如果同時吸熱，且吸熱大于做功，則其內(nèi)能可能增加，D正確；根據(jù)分子動理論可知E正確。6.如圖為某同學(xué)設(shè)計的噴水裝置，內(nèi)部裝有2L水，上部密封1atm的空氣0.5L，保持閥門關(guān)閉，再充入1atm的空氣0.1L，設(shè)在所有過程中空氣可看作理想氣體，且溫度不變，外界大氣壓為1atm，下列說法正確的有()A．充氣后，密封氣體壓強增加B．充氣后，密封氣體分子的平均動能增加C．打開閥門后，密封氣體對外界做正功D．打開閥門后，不再充氣也能把水噴光答案AC解析當(dāng)V、T不變時，增加氣體，從氣體壓強的微觀角度理解可知，p增大，A正確；密封氣體的溫度不變，密封氣體分子的平均動能就不變，B錯誤；充氣后，密封氣體壓強大于外界大氣壓強，故打開閥門后，密封氣體就會壓水把水噴出，顯然密封氣體對外界做正功，C正確；打開閥門后，密封氣體壓水把水噴出，氣體體積變大，壓強變小，當(dāng)密封氣體壓強與裝置內(nèi)剩余水的壓強之和與外界大氣壓強相等的時候，就不再噴水了，因此不再充氣時不能把水噴光，D錯誤。7．[2018·河北衡水模擬]下列說法正確的是()A．溫度升高，分子熱運動的平均動能增大，但并非每個分子的速率都增大B．物體吸收熱量時其內(nèi)能不一定增大C．對于一定量的理想氣體，在分子平均動能不變時，分子間的平均距離減小則壓強也減小D．溫度越高的理想氣體，分子運動越劇烈，因此其內(nèi)能大于溫度低的理想氣體E．一定量的理想氣體在某過程中從外界吸熱2.5×104J，并對外界做功1.0×104J，則氣體的溫度升高，密度減小答案ABE解析溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升高，分子的平均動能增大，分子熱運動加劇，但有些分子的速率可能還會減小，A正確；做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，物體吸收熱量時若同時對外做功，且對外做的功大于吸收的熱量時，則其內(nèi)能減小，B正確；一定量的理想氣體，分子平均動能不變時，分子間平均距離減小，則體積減小，分子的密集程度增大，故氣體的壓強增大，C錯誤；內(nèi)能是組成物質(zhì)的所有分子的分子動能和分子勢能之和，溫度越高的氣體，分子運動越劇烈，分子平均動能越大，理想氣體沒有分子勢能，但還與氣體的物質(zhì)的量有關(guān)，故不能確定誰的內(nèi)能大，D錯誤；由ΔU＝W＋Q，可知ΔU＝1.5×104J，即氣體內(nèi)能增加，溫度升高，又因氣體對外做功，體積增大，故密度減小，E正確。8．對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()A．保持氣體的壓強不變，改變其溫度，可以實現(xiàn)其內(nèi)能不變B．若氣體的溫度逐漸升高，則其壓強可以保持不變C．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)D．當(dāng)氣體體積逐漸增大時，氣體的內(nèi)能一定減小答案BC解析一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅決定于溫度，A錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體可以經(jīng)歷等壓膨脹的過程，溫度升高，壓強不變，B正確；功和熱傳遞都可以改變氣體的內(nèi)能，做功和熱傳遞使氣體溫度升高1K，氣體吸收的熱量不同，故C正確；氣體體積增大時，溫度可能不變，可能升高，也可能降低，D錯誤。9．[2017·廣東佛山模擬]關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法正確的是()A．只要知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的體積B．氣體溫度升高，分子的平均動能一定增大C．溫度一定時，懸浮在液體中的固體顆粒越小，布朗運動越明顯D．一定溫度下，同一液體的飽和汽的壓強是一定的E．第二類永動機(jī)不可能制成是因為它違反了能量守恒定律答案BCD解析知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，可以算出每個氣體分子占據(jù)的空間，但不能算出氣體分子體積(分子間隙大)，A錯誤；溫度是分子平均動能的標(biāo)志，故氣體溫度升高，分子的平均動能一定增大，B正確；溫度一定時，懸浮在液體中的固體顆粒越小，布朗運動就越明顯，C正確；同一液體的飽和汽壓只與溫度有關(guān)，所以一定溫度下，同一液體的飽和汽的壓強是一定的，D正確；第二類永動機(jī)不違反能量守恒定律，第二類永動機(jī)不可能制成是因為它違反了熱力學(xué)第二定律，E錯誤。10.封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)D，其體積V與熱力學(xué)溫度T的變化關(guān)系如圖所示，該氣體的摩爾質(zhì)量為M，狀態(tài)A的體積為V0，溫度為T0，O、A、D三點在同一直線上，阿伏加德羅常數(shù)為NA。由狀態(tài)A變到狀態(tài)D過程中()A．氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加B．氣體體積增大，單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)減少C．氣體溫度升高，每個氣體分子的動能都會增大D．氣體的密度不變答案AB解析由狀態(tài)A到狀態(tài)D，溫度升高，內(nèi)能增加，體積變大，對外做功，由熱力學(xué)第一定律知，氣體一定從外界吸收熱量，A正確；氣體溫度升高，分子平均動能增大，壓強不變，故單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)減少，B正確；溫度升高，氣體分子的平均動能增大，但不是每個氣體分子的動能都會增大，C錯誤；氣體質(zhì)量不變，體積增大了，所以氣體的密度減小，D錯誤。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，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A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)”。該循環(huán)過程中，下列說法正確的是()A．A→B過程中，外界對氣體做功B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大C．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化答案CD解析A→B體積增大，氣體對外做功，A錯誤；B→C體積增大，氣體對外做功，W<0、Q＝0，由熱力學(xué)第一定律，ΔU＝W＋Q知內(nèi)能減少，溫度降低，分子平均動能減小，B錯誤；C→D，T不變，分子平均動能不變，V減小，p增大，C正確；D→A，V減小，外界對氣體做功，W>0，Q＝0，ΔU>0，T增大，氣體分子平均速率增大，速率分布曲線發(fā)生變化，D正確。12．[2017·哈爾濱第三中學(xué)模擬]下列關(guān)于分子運動和熱現(xiàn)象的說法正確的是()A．氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子之間存在勢能的緣故B．一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加C．對于一定量的氣體，如果壓強不變，體積增大，那么它一定從外界吸熱D．如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，因此壓強必然增大E．一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和答案BCE解析氣體分子間距越大，分子間的分子力越小，分子永不停息地做無規(guī)則運動，所以氣體如果失去了容器的約束就會散開，A錯誤；一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，內(nèi)能增加，分子平均動能不變，分子勢能增加，B正確；由eq\f(pV,T)＝C可知，對于一定量的氣體，如果壓強不變，體積增大則溫度升高，體積增大對外做功，溫度升高則內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量，C正確；氣體分子總數(shù)不變，氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，但不知氣體體積的變化情況，因此壓強不一定增大，D錯誤；一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和，E正確。二、非選擇題(本題共3小題，共28分)13．(8分)如下圖所示，一環(huán)形玻璃管放在水平面內(nèi)，管內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的理想氣體，一固定的活塞C和一能自由移動的活塞A將管內(nèi)的氣體分成體積相等的兩部分Ⅰ、Ⅱ。現(xiàn)保持氣體Ⅱ的溫度不變?yōu)門0＝300K，對氣體Ⅰ緩慢加熱至T＝500K，求此時氣體Ⅰ、Ⅱ的體積之比。(活塞絕熱且不計體積)答案5∶3解析設(shè)環(huán)形玻璃管內(nèi)Ⅰ、Ⅱ兩部分的初始體積為V0，加熱前后兩部分氣體的壓強分別為p0、p，Ⅰ中氣體體積的增加量為ΔV，由理想氣體狀態(tài)方程，對Ⅰ中氣體有eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(pV0＋ΔV,T)，由玻意耳定律，對Ⅱ中氣體有p0V0＝p(V0－ΔV)，代入數(shù)據(jù)，解得ΔV＝eq\f(V0,4)，故此時氣體Ⅰ、Ⅱ的體積之比為eq\f(V0＋ΔV,V0－ΔV)＝eq\f(5,3)。14．(10分)如圖所示，透熱的汽缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體，缸體質(zhì)量M＝200kg，活塞質(zhì)量m＝10kg，活塞橫截面積S＝100cm2?；钊c汽缸壁無摩擦且不漏氣。此時，缸內(nèi)氣體的溫度為27℃，活塞位于汽缸正中，整個裝置都靜止。已知大氣壓恒為p0＝1.0×105Pa，重力加速度為g＝10m/s2。求：(1)汽缸內(nèi)氣體的壓強p1；(2)汽缸內(nèi)氣體的溫度升高到多少時，活塞恰好會靜止在汽缸缸口AB處？此過程中汽缸內(nèi)的氣體是吸熱還是放熱？答案(1)3.0×105Pa(2)327℃吸熱解析(1)以汽缸為研究對象，受力分析如圖所示：列平衡方程：Mg＋p0S＝p1S，解得：p1＝eq\f(Mg＋p0S,S)＝eq\f(200×10N,100×10－4m2)＋1.0×105Pa＝3.0×105Pa。(2)設(shè)缸內(nèi)氣體溫度升到t2時，活塞恰好會靜止在汽缸口。該過程是等壓變化過程，由蓋—呂薩克定律得：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，eq\f(0.5lS,273＋27K)＝eq\f(lS,t2＋273K)，解得t2＝327℃，氣體體積增大，對外做功，同時溫度升高內(nèi)能增大，所以透熱的汽缸一定從外界吸收熱量。15.[2017·鄭州高三質(zhì)檢](10分)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圖象如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27℃，求：(1)該氣體在狀態(tài)B時的溫度；(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量。答案(1)－173℃(2)200J解析(1)對于理想氣體：A→B，由查理定律得：eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)，即：TB＝eq\f(pB,pA)TA＝100K，所以：tB＝T－273℃＝－173℃。(2)B→C過程由蓋—呂薩克定律得：eq\f(VB,TB)＝eq\f(VC,TC)，解得：TC＝300K，所以：tC＝27℃，A、C溫度相等，ΔU＝0A→C的過程，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得：Q＝ΔU－W＝pBΔVBC＝1×105Pa×(3×10－3m3－1×10－3m3)＝200J，即氣體從外界吸熱200J。一、選擇題1．[2017·全國卷Ⅰ](多選)氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是()A．圖中兩條曲線下面積相等B．圖中虛線對應(yīng)于氧氣分子平均動能較小的情形C．圖中實線對應(yīng)于氧氣分子在100℃時的情形D．圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目E．與0℃時相比，100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大答案ABC解析面積表示總的氧氣分子數(shù)，二者相等，A正確。溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度越高，速率大的分子比例越多，百分比越高的速率越大，分子的平均動能越大，故虛線為氧氣分子在0℃時的情形，實線為氧氣分子在100℃時的情形，B、C正確。曲線給出的是分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，D錯誤。100℃時速率出現(xiàn)在0～400m/s區(qū)間內(nèi)的氧氣分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小，E錯誤。2．[2015·全國卷Ⅱ](多選)關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行得越快B．?dāng)U散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng)C．?dāng)U散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的D．?dāng)U散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生E．液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由液體的對流形成的答案ACD解析擴(kuò)散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的，C正確；溫度越高，分子的熱運動越劇烈，擴(kuò)散進(jìn)行得越快，A正確；擴(kuò)散現(xiàn)象是一種物理現(xiàn)象，不是化學(xué)反應(yīng)，B錯誤；擴(kuò)散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生，D正確；液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由液體分子的無規(guī)則運動而產(chǎn)生的，E錯誤。3．[2016·北京高考]霧霾天氣是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，是特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果。霧霾中，各種懸浮顆粒物形狀不規(guī)則，但可視為密度相同、直徑不同的球體，并用PM10、PM2.5分別表示球體直徑小于或等于10μm、2.5μm的顆粒物(PM是顆粒物的英文縮寫)。某科研機(jī)構(gòu)對北京地區(qū)的檢測結(jié)果表明，在靜穩(wěn)的霧霾天氣中，近地面高度百米的范圍內(nèi)，PM10的濃度隨高度的增加略有減小，大于PM10的大懸浮顆粒物的濃度隨高度的增加明顯減小，且兩種濃度分布基本不隨時間變化。據(jù)此材料，以下敘述正確的是()A．PM10表示直徑小于或等于1.0×10－6m的懸浮顆粒物B．PM10受到的空氣分子作用力的合力始終大于其所受到的重力C．PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運動D．PM2.5的濃度隨高度的增加逐漸增大答案C解析PM10表示直徑小于或等于1.0×10－5m的懸浮顆粒物，A錯誤；由于PM10在空中懸浮，受到的空氣分子作用力的合力始終等于其所受到的重力，B錯誤；PM10的濃度隨高度的增加略有減小，由此推知PM2.5的濃度隨高度增加逐漸減小，D錯誤；PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運動，C正確。4．[2015·全國卷Ⅰ](多選)下列說法正確的是()A．將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體B．固體可以分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)C．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D．在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫wE．在熔化過程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變答案BCD解析晶體，無論體積大小，都是晶體。將一塊晶體敲碎后，得到的顆粒仍然是晶體，選項A錯誤；晶體由于分子的空間排列方式原因，有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)，選項B正確；由同種元素構(gòu)成的固體，可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體，例如碳元素，由于原子排列方式不同，可能構(gòu)成石墨，也可能構(gòu)成金剛石，選項C正確；在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變成非晶體，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。例如天然水晶是晶體，熔化后再凝固成石英玻璃就是非晶體，選項D正確；在熔化過程中，晶體吸收熱量，但是溫度保持不變，只是分子平均動能保持不變，而分子勢能要增加，內(nèi)能要增加，選項E錯誤。5．[2016·江蘇高考](多選)在高原地區(qū)燒水需要使用高壓鍋。水燒開后，鍋內(nèi)水面上方充滿飽和汽。停止加熱，高壓鍋在密封狀態(tài)下緩慢冷卻。在冷卻過程中，鍋內(nèi)水蒸氣的變化情況為()A．壓強變小 B．壓強不變C．一直是飽和汽 D．變?yōu)槲达柡推鸢窤C解析溫度降低，鍋內(nèi)水蒸氣的壓強減小，因為是緩慢冷卻，所以水和水蒸氣間不斷達(dá)到新的動態(tài)平衡，所以高壓鍋內(nèi)的水蒸氣一直是飽和汽，A、C選項正確。6.[2016·海南高考](多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過程1或者過程2到達(dá)狀態(tài)N，其p-V圖象如圖所示。在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對于這兩個過程，下列說法正確的是()A．氣體經(jīng)歷過程1，其溫度降低B．氣體經(jīng)歷過程1，其內(nèi)能減小C．氣體在過程2中一直對外放熱D．氣體在過程2中一直對外做功E．氣體經(jīng)歷過程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過程2的相同答案ABE解析經(jīng)歷過程1，氣體始終與外界無熱量交換，壓強減小，體積變大，對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，其內(nèi)能減小，溫度降低，A、B正確；氣體在過程2中，先經(jīng)歷等容過程，體積不變，壓強減小，則溫度一定降低，對外放熱，不對外做功；再經(jīng)歷等壓過程，體積變大對外做功，又溫度升高，是一個吸熱過程，C、D錯誤；因為氣體經(jīng)歷過程1和過程2的初、末狀態(tài)相同，所以內(nèi)能的改變量相同，E正確。7．[2017·全國卷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，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()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答案ABD解析氣體向真空膨脹時不受阻礙，氣體不對外做功，由于汽缸是絕熱的，沒有熱交換，所以氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能不變，A正確。氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，且沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體的內(nèi)能增大，B、D正確。氣體在真空中自發(fā)擴(kuò)散的過程中氣體不對外做功，C錯誤。氣體在被壓縮過程中，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，氣體分子的平均動能越大，E錯誤。8.[2017·江蘇高考](多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V-T圖象如圖所示。下列說法正確的有()A．A→B的過程中，氣體對外界做功B．A→B的過程中，氣體放出熱量C．B→C的過程中，氣體壓強不變D．A→B→C的過程中，氣體內(nèi)能增加答案BC解析A→B過程是等溫變化，氣體內(nèi)能不變，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律知，氣體要放出熱量，A錯誤、B正確；B→C過程中，eq\f(V,T)是一個常數(shù)，為等壓變化，C正確；A→B→C的過程中，溫度先不變后降低，氣體內(nèi)能先不變后減少，選項D錯誤。二、非選擇題9．[2016·江蘇高考]如圖甲所示，在斯特林循環(huán)的p-V圖象中，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，整個過程由兩個等溫和兩個等容過程組成。B→C的過程中，單位體積中的氣體分子數(shù)目________(選填“增大”“減小”或“不變”)。狀態(tài)A和狀態(tài)D的氣體分子熱運動速率的統(tǒng)計分布圖象如圖乙所示，則狀態(tài)A對應(yīng)的是________(選填“①”或“②”)。答案不變①解析B→C的過程中，氣體的質(zhì)量和體積都沒變，所以單位體積中的氣體分子數(shù)目不變；由題圖甲及理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，狀態(tài)A的溫度低于狀態(tài)D的溫度，所以狀態(tài)A對應(yīng)的速率小的分子比例較大，狀態(tài)A對應(yīng)的是題圖乙中的①。10．[2017·江蘇高考](1)如圖甲和乙是某同學(xué)從資料中查到的兩張記錄水中炭粒運動位置連線的圖片，記錄炭粒位置的時間間隔均為30s，兩方格紙每格表示的長度相同。比較兩張圖片可知：若水溫相同，________(選填“甲”或“乙”)中炭粒的顆粒