《（全國版）2019版高考物理一輪復習 第14章 選考部分 第52課時 熱力學定律能量守恒定律學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（全國版）2019版高考物理一輪復習 第14章 選考部分 第52課時 熱力學定律能量守恒定律學案（12頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 第52課時　熱力學定律　能量守恒定律 考點1　熱力學第一定律 1．熱力學第一定律 (1)內容：一個熱力學系統的內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)表達式：ΔU＝Q＋W。 2．熱力學第一定律符號意義 3．能的轉化和守恒定律 (1)內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。 (2)第一類永動機：違背能量守恒定律的機器被稱為第一類永動機。它是不可能制成的。 [例1]　一定質量的氣體，在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過程中，吸收熱量28

2、0 J，并對外做功120 J，試問： (1)氣體的內能怎樣發(fā)生變化？變化了多少？ (2)如果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)由熱力學第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，氣體的內能增加了160 J。 (2)由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關，所以氣體從狀態(tài)2回到狀態(tài)1的過程中內能應減少，其減少量應等于從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過程中內能的增加量，則從狀態(tài)2到狀態(tài)1的內能應減少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根據熱力學第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝

3、ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界對氣體做功80 J。 答案　(1)增加' 160 J'(2)外界對氣體做功'80 J (1)要弄清各量的正負號含義，一定要準確掌握熱力學第一定律的符號法則。 (2)考慮問題要全面，做功和熱傳遞都能改變物體的內能，忽視任一方式都會造成錯解。 1．(多選)一定質量的理想氣體，當發(fā)生如下哪些狀態(tài)變化時，能放出熱量(　　) A．體積不變，壓強減小 B．壓強不變，體積減小 C．溫度不變，體積減小 D．溫度不變，壓強減小 答案　ABC 解析　根據＝C可知，體積不變，壓強減小，則溫度降低，內能減小，即W＝0、Δ

4、U<0，根據ΔU＝W＋Q可知Q<0，則氣體放熱，A正確；同理壓強不變，體積減小，則溫度降低，內能減小，即W>0、ΔU＝0，根據ΔU＝W＋Q可知Q<0，氣體放熱，B正確；溫度不變，體積減小，即ΔU＝0、W>0，則Q<0，氣體放熱，C正確；溫度不變，壓強減小，則體積變大，即ΔU＝0，W<0，則Q>0，氣體吸熱，D錯誤。 2．(粵教版選修3－3 P73·T3)在一個密閉隔熱的房間里，有一電冰箱正在工作，如果打開電冰箱的門，過一段時間后房間的溫度會(　　) A．降低 B．不變 C．升高 D．無法判斷 答案　C 解析　電冰箱工作時，將部分電能轉化為熱能散發(fā)到房間內，所以房間內溫度升

5、高，C正確。 3．(多選)夏天，小明同學把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時候，會覺得從輪胎里噴出的氣體涼，如果把輪胎里的氣體視為理想氣體，則關于氣體噴出的過程，下列說法正確的是(　　) A．氣體的內能減少 B．氣體的內能不變 C．氣體來不及與外界發(fā)生熱交換，對外做功，溫度降低 D．氣體膨脹時，熱量散得太快，使氣體溫度降低了 E．氣體分子的平均動能減小 答案　ACE 解析　氣體噴出時，來不及與外界交換熱量，發(fā)生絕熱膨脹，即Q＝0、W<0，根據ΔU＝W＋Q可知ΔU<0，即內能減少，溫度降低，氣體分子的平均動能減小，A、C、E正確。 考點2　熱力學第二定律的理解與應用

6、 1．熱力學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：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響?；虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C不可能制成”。 (3)用熵的概念表述：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小(熱力學第二定律又叫做熵增加原理)。 2．熱力學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增大的方向進行。 1．(2017·南昌模擬)(多選)下列敘述和熱力學定律相關，其中正確的是(　　) A．第一類永動機不可能制成，是因為違背了能量守恒定律 B．能量耗散過程中能量不守恒 C

7、．電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，違背了熱力學第二定律 D．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性 E．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 答案　ADE 解析　第一類永動機違背能量守恒定律，A正確；能量耗散過程中能量也是守恒的，B錯誤；電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，因為它消耗了電能，所以不違背熱力學第二定律，C錯誤；能量耗散反映了能量轉化的方向性，D正確；在產生了其他影響的情況下，物體從單一熱源吸收的熱量可以全部用于做功，E正確。 2．(人教版選修3－3 P61·T2改編)(多選)下列現象中能夠發(fā)生的是(　　) A．一

8、杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱 B．蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化成機械能 C．桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離 D．電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 答案　CD 解析　A、B違背熱力學第二定律，故不能發(fā)生，A、B錯誤；泥水分離是由于重力作用，能夠發(fā)生，C正確；選項D可以通過消耗電能的方式實現，故能發(fā)生，D正確。 考點3　熱力學定律與氣體實驗定律的綜合 　解答此類問題基本流程 [例2]　 如圖所示，一圓柱形絕熱汽缸豎直放置，通過絕熱活塞封閉著一定質量的理想氣體。已知外界大氣壓強為p0，活塞的橫截面積為S、質量

9、為m＝，活塞與容器底部相距h，此時封閉氣體的溫度為T0?，F在活塞上放置一質量與活塞質量相等的物塊，再次平衡后活塞與容器底部相距h，接下來通過電熱絲緩慢加熱氣體，氣體吸收熱量Q時，活塞再次回到原初始位置。重力加速度為g，不計活塞與汽缸的摩擦。求： (1)活塞上放置物塊再次平衡后，氣體的溫度； (2)加熱過程中氣體的內能增加量。 解析　(1)由平衡條件可知 初狀態(tài)：p1＝p0＋＝p0，T1＝T0，V1＝Sh， 末狀態(tài)：p2＝p0＋＝p0，V2＝Sh， 由理想氣體狀態(tài)方程得：＝，解得T＝T0。 (2)由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，式中 W＝－(2mg＋p0S)＝－， 解得ΔU＝Q＋

10、W＝Q－。 答案　(1)T0　(2)Q－ 一定量的理想氣體發(fā)生變化，一般有絕熱過程(Q＝0)、無功過程(W＝0)、一般過程(Q、W均不為零)。 (1)做功情況看體積 體積V減小→外界對氣體做功→W＝pΔV>0； 體積V增大→氣體對外界做功→W＝pΔV<0； 自由膨脹→W＝0 體積不變→W＝pΔV＝0 (2)內能變化看溫度(理想氣體) 溫度T升高→內能增加→ΔU>0； 溫度T降低→內能減少→ΔU<0； 溫度T不變→內能不變→ΔU＝0。 (3)吸熱還是放熱，一般題目中會說明，或由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后確定Q的正負。 (2017·湖南師大附中

11、檢測)如圖所示，體積為V、內壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的理想氣體。p0和T0分別為大氣的壓強和溫度。已知：氣體內能U與 溫度T的關系為U＝aT，a為正的常量；容器內氣體的所有變化過程都是緩慢的，求： (1)汽缸內氣體與大氣達到平衡時的體積V1； (2)在活塞下降過程中，汽缸內氣體放出的熱量Q。 答案　(1)0.5V　(2)p0V＋aT0 解析　(1)在氣體由壓強p＝1.2p0下降到p0的過程中，V不變，溫度由T＝2.4T0變?yōu)門1， 由查理定律得＝，得：T1＝2T0 在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中，體積

12、由V減小到V1，氣體壓強不變， 由蓋—呂薩克定律得＝，解得：V1＝0.5V。 (2)活塞下降過程中，活塞對氣體做功W＝p0(V－V1) 在這一過程中，氣體內能的變化量ΔU＝a(T0－T1) 由熱力學第一定律得Q＝ΔU－W＝－aT0－p0V，所以汽缸內氣體放出的熱量p0V＋aT0。 1．一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內能減少了1.2×105 J，則下列各式中正確的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×10

13、4 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 答案　B 解析　因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104 J；內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105 J；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B正確。 2．某駕駛員發(fā)現中午時車胎內的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大。若這段時間胎內氣體質量不變且可視為理想氣體，那么(　　) A．外界對胎內氣體做功，氣體內能減小 B．外界對胎內氣體做功，氣體內能增大 C．胎內氣體對外界做功

14、，內能減小 D．胎內氣體對外界做功，內能增大 答案　D 解析　由＝C可知車胎內氣體p、V增大時，車胎內氣體溫度升高，內能增大；車胎體積增大，氣體對外做功，D正確。 3．下列說法正確的是(　　) A．科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機 B．分子間作用力的合力表現為引力時，若分子間的距離增大，則分子間的合力一定減小，分子勢能一定增大 C．顯微鏡下觀察到的布朗運動就是液體分子的無規(guī)則運動 D．氣體從外界吸收熱量，其內能不一定增加 答案　D 解析　根據熱力學第二定律，從單一熱源吸收熱量，全部用來對外做功而不引起其他變化是不可能的，故A錯誤；分子間作用力的合力表現為引力時，若分

15、子間的距離增大，則分子間的合力不一定減小，分子勢能一定增大，故B錯誤；布朗運動是懸浮在液體中的固體小顆粒的運動，不是液體分子的運動，故C錯誤；根據熱力學第一定律，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，氣體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，故D正確。 4．在一鍋正在沸騰的水中，一個小氣泡由底層緩慢地升到液面，上升過程中氣泡的壓強不斷減小，則氣泡在上浮過程中(　　) A．內能增大 B．內能減小 C．外界對氣泡做功 D．吸收熱量 答案　D 解析　在沸騰的水中，此環(huán)境下，氣泡的溫度恒定，則氣泡的內能不變，故A、B錯誤；根據玻意耳定律，pV＝C，氣泡在上升過程中，壓強減小，則體積增大，即氣

16、泡對外做功，故C錯誤；通過上述分析，得知氣泡內能不變，且對外做功，根據ΔU＝W＋Q，則氣泡吸收了熱量，故D正確。 5．(多選)關于熱力學定律，下列說法正確的是(　　) A．為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量 B．對某物體做功，必定會使該物體的內能增加 C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? D．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體 答案　AC 解析　由ΔU＝W＋Q可知做功和熱傳遞是改變內能的兩種途徑，它們是等效的，A正確，B錯誤；由熱力學第二定律可知，可以從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣Γ珪a生其他影響，C正確；由熱力學第二定律知，熱量只是不能自發(fā)地從低溫物體

17、傳向高溫物體，D錯誤。 6．(多選)以下哪個現象不違背熱力學第二定律(　　) A．一杯熱茶在打開蓋后，茶會自動變涼 B．沒有漏氣、沒有摩擦的理想熱機，其效率可能是100% C．熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 D．在地面上運動的物體逐漸停下來，機械能全部變?yōu)閮饶? 答案　AD 解析　熱茶自動變涼是熱從高溫物體傳遞到低溫物體，A正確；任何熱機效率都不可能達到100%，B錯誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，C錯誤；物體因摩擦力而停下來，是機械能(動能)向內能的轉化，是自發(fā)過程，D正確。 7．(2017·東北三省四市聯考)(多選)如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部

18、分。已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空。抽開隔板K后，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)。在此過程中(　　) A．氣體對外界做功，內能減少 B．氣體不做功，內能不變 C．氣體壓強變小，溫度降低 D．氣體壓強變小，溫度不變 答案　BD 解析　a內氣體向真空膨脹，不對外界做功，故A錯誤；又因容器絕熱，Q＝0，由熱力學第一定律知，ΔU＝0，故B正確；由玻意耳定律知壓強減小，稀薄氣體可看做理想氣體，內能不變，則溫度不變，C錯誤，D正確。 8．一定質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 ℃。 (1)求該

19、氣體在狀態(tài)B、C時的溫度； (2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中是吸熱還是放熱？傳遞的熱量是多少？ 答案　(1)－73 ℃　27 ℃　(2)吸收熱量　200 J 解析　(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B做等容變化，由查理定律有＝，解得TB＝200 K，即tB＝－73 ℃； 氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C做等壓變化，由蓋—呂薩克定律有＝，解得TC＝300 K，即tC＝27 ℃。 (2)因為狀態(tài)A和狀態(tài)C溫度相等，內能不變，所以在這個過程中ΔU＝0 由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得Q＝－W 在整個過程中，氣體在B到C過程對外做功，故 W＝－pBΔV＝－200 J 即Q＝－W＝200 J，是正值，所以

20、氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C過程中是吸熱，吸收的熱量Q＝200 J。 9．(2016·全國卷Ⅰ)(多選)關于熱力學定律，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．如果兩個系統分別與狀態(tài)確定的第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定達到熱平衡 答案　BDE 解析　根據熱力學第一定律，氣體吸熱的同時若對外做功，則內能不一定增大，溫度不一定升高，A錯誤；對氣體做功可以改變其內能，B正確；理想氣體等壓膨脹過程，對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程＝C可知，氣體溫度升

21、高，內能增大，故氣體一定吸熱，C錯誤；根據熱力學第二定律知，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，D正確；根據熱平衡定律，如果兩個系統分別與狀態(tài)確定的第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定達到熱平衡，E正確。 10．(2017·江蘇南通四校聯考)(多選)一定質量的理想氣體，沿箭頭方向由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，其中氣體放出熱量的變化過程是(　　) 答案　BD 解析　A項，由圖象是雙曲線知，狀態(tài)1到狀態(tài)2是等溫變化過程，故狀態(tài)1與狀態(tài)2溫度相同內能相同，又從狀態(tài)1至狀態(tài)2氣體的體積增加，故氣體對外做功，根據熱力學第一定律知，氣體從外界吸熱，故A錯誤；B項，由圖象有p1>p2，V

22、1>V2，根據理想氣體狀態(tài)方程＝知T1>T2，所以從狀態(tài)1至狀態(tài)2，氣體體積減小所以外界對氣體做功，又T1>T2說明氣體的內能減小，根據熱力學第一定律知氣體對外放熱，故B正確；C項，由圖象知，狀態(tài)1至狀態(tài)2，氣體溫度升高內能增加，氣體體積增大氣體對外做功，根據熱力學第一定律知，氣體從外界吸收熱量，故C錯誤；D項，由圖象知氣體的體積保持不變，氣體對外界不做功，從狀態(tài)2至狀態(tài)1氣體的溫度降低內能減小，根據熱力學第一定律，氣體對外放熱，故D正確。 11．(2016·全國卷Ⅱ) (多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p-T圖象如圖所示，其中對角

23、線ac的延長線經過原點O。下列判斷正確的是(　　) A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B．氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能 C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功 答案　ABE 解析　在p-T圖象中過原點的傾斜直線都是等容線，a、c在同一等容線上，體積相等，A正確；一定質量的理想氣體，分子數確定，不計分子勢能，因此內能只與溫度有關，由圖象知Ta>Tc，即氣體在狀態(tài)a時的內能大于狀態(tài)c時的內能，B正確；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q

24、可知，在c→d中T不變，即ΔU＝0，那么W＝－Q， 即向外界放出的熱量等于外界對氣體做的功，C錯誤；d→a中，溫度升高，ΔU>0，由p不變、T升高可知V增大，W<0，Q＝ΔU＋|W|，可見氣體從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功，D錯誤；b→c為等壓變化，有＝，外界對氣體做功Wbc＝pc(Vb－Vc)＝(Tb－Tc)。d→a為等壓變化，有＝，氣體對外界做功Wda＝pa(Va－Vd)＝(Ta－Td)，由＝及Tb－Tc＝Ta－Td可知，Wbc＝Wda，E正確。 12. (2017·河北張家口聯考)如圖所示，一直柱形導熱汽缸豎直放置，通過絕熱活塞封閉著一定質量的理想氣體。已知大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計活塞與汽缸的摩擦，活塞的質量為m、橫截面積為S。因為電熱絲的加熱，某時刻氣體溫度為T1，活塞與容器底部相距h。現停止加熱，氣體通過汽缸緩慢放熱，當氣體放出熱量Q時，氣體溫度下降到T2，求該過程中： (1)活塞下降的距離； (2)氣體內能的改變量。 答案　(1)h　(2)(p0S＋mg)h－Q 解析　(1)氣體發(fā)生等壓變化，有＝， 解得Δh＝h。 (2)放熱過程中，外界對氣體做的功 W＝pS·Δh＝(p0S＋mg)h， 由熱力學第一定律知內能改變量 ΔU＝W－Q＝(p0S＋mg)h－Q。 12