2022年高三物理-《熱力學定律與能量守恒》教學一體練

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1、學習必備歡迎下載熱力學定律與能量守恒熱力學第一定律1.改變物體內能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞2熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)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：UQ W.3UW Q中正、負號法則物理量意義符號W Q U 外界對物體做功物體吸收熱量內能增加物體對外界做功物體放出熱量內能減少1內能的變化與做功和熱傳遞有關，只確定一個因素不能判斷內能增加或減少.2應用熱力學第一定律，一定要弄清各物理量的符號.【針對訓練】1(2012 廣東高考)景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖1131 所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃對筒內

2、封閉的氣體，在此壓縮過程中()圖 1131 A氣體溫度升高，壓強不變B氣體溫度升高，壓強變大C氣體對外界做正功，氣體內能增加D外界對氣體做正功，氣體內能減少【解析】筒內封閉氣體被壓縮過程中，外界對氣體做正功由熱力學第一定律UW Q知，氣體內能增加，溫度升高 由理想氣體狀態(tài)方程pVTC知，氣體壓強增大 選項 A、C、D錯誤，選項B正確【答案】B 熱力學第二定律及微觀意義1.熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化(2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，并把它全部用來做功，而不引起其他變化或表述為“第二類永動機是不可能制成的”2用熵的概念

3、表示熱力學第二定律精選學習資料 -名師歸納總結-第 1 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小(填“增大”或“減小”)3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【針對訓練】2關于熱力學定律，下列說法正確的是()A在一定條件下物體的溫度可以降到0 K B物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C吸收了熱量的物體，其內能一定增加D壓縮氣體總能使氣體的溫度升高【解析】由熱力學第三定律知，絕對零度不可能達到，A錯；由熱力學第二定律知，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，但是將產生其他影響，B對；物體吸收了熱量，若全部用于對外做功

4、，其內能不變，C錯；壓縮氣體，若氣體向外放熱，氣體的溫度不一定升高，D錯【答案】B 能量守恒定律和兩類永動機1.能量守恒定律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，或者從一個系統(tǒng)(物體)轉移到別的系統(tǒng)(物體)，在轉化和轉移的過程中，其總量保持不變2能源的利用(1)存在能量耗散和品質下降(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、生物質能、風能、水流能等)3兩類永動機(1)第一類永動機：不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機器違背能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)(2)第二類永動機：從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化的機器違背熱

5、力學第二定律，不可能實現(xiàn)【針對訓練】3.圖 1132(2011 江蘇高考)如圖 1132 所示，一演示用的“永動機”轉輪由 5 根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉輪轉動離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉輪因此能較長時間轉動下列說法正確的是()A轉輪依 靠自身慣性轉動，不需要消耗外界能量B轉輪轉動 所需能量來自形狀記憶合金自身C轉動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高D葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量【解析】形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，伸展劃水時一部分熱量轉變?yōu)樗娃D輪的動能，另一部分釋放到空氣中，根據能量守恒定律

6、可知只有D項正確【答案】D 精選學習資料 -名師歸納總結-第 2 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載(對應學生用書第192 頁)熱力學第一定律的理解和應用1.改變物體內能的兩種方式方式區(qū)別做功熱傳遞內能變化外界對物體做功，物體的內能增加物體對外界做功，物體的內能減少物體吸 收熱量，內能增加物體放出熱量，內能減少物理實質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內能的效果上是相同的2.對熱力學第一定律的理解(1)在 U Q W中，W表示做功情況，說明內能和其他形式的能可以相互轉化；Q表示吸熱或放熱的情況，說明內能可以從一個物體轉移

7、到另一個物體，而 UQW是能量守恒定律的具體體現(xiàn)(2)三種特殊情況若過程是絕熱的，則Q0，W U，外界對物體做的功等于物體內能的增加若過程中不做功，即W 0，Q U，物體吸收的熱量等于物體內能的增加若過程的始、末狀態(tài)物體的內能不變，即U0，則 W Q0 或 W Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(2012 新課 標全國高考)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不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E功轉變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程【解析】根據熱力學第一定律UQ

8、 W.A正確，B錯誤根據熱力學第二定律，C、E正確，D錯誤【答案】ACE 熱力學第二定律的理解和應用1.在熱力學第二定律的表述中，“不引起其他變化”的含義“不引起其他變化”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產生熱力學方面的影響如吸熱、放熱、做功等2熱力學第二定律的實質熱力學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，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性3熱力學過程方向性實例精選學習資料 -名師歸納總結-第 3 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載(1)高溫物體熱量 Q 能自發(fā)傳給熱量 Q不能自發(fā)傳給低溫物體(2)功能自發(fā)地完全轉化為不

9、能自發(fā)地且不能完全轉化為熱(3)氣體體積V1能自發(fā)膨脹到不能自發(fā)收縮到氣體體積V2(較大)(4)不同氣體A和 B能自發(fā)混合成不能自發(fā)分離成混合氣體AB.在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程圖 1133 我國神七航天員的漫步太空已變成現(xiàn)實神七航天漫步太空，此舉震撼世界，意義重大無比 其中，飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設施專門做成了一個艙，叫“氣閘艙”，其原理圖如圖1133 所示，兩個相通的艙A、B 間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體，氣閘艙B 內

10、為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡，則()A氣體體積膨脹，對外做功B氣體分子勢能減少，內能增加C體積變大，溫度降低DB中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中【解析】當閥 門 K被打開時，A中的氣體進入B中，由于 B中為真空，所以A中的氣體不會做功，則A選項是錯誤的；又因為系統(tǒng)與外界無熱交換，所以氣體內能不變，則氣體的溫度也不變，則選項B、C錯誤；由熱力學第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界作用時，B中氣體不能自發(fā)地全部回到A中，故 D正確【答案】D 氣體實驗定律與熱力學定律綜合圖 1134 如圖 1134，體積為 V、內壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部

11、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 UT，為正的常量；容器內氣體的所有變化過程都是緩慢的求：精選學習資料 -名師歸納總結-第 4 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載(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.【解析】(1)在氣體由p 1.2p0下降到 p0的過程中，氣體體積不變，溫度由T2.4T0變?yōu)?T1，由查理定律得T1Tp0p在氣體溫度由T1變?yōu)?T0的過程中，體積由V減小到 V1，氣體壓強不變，由蓋 呂薩克定律得VV1T

12、1T0，解得T12T0V112V(2)在活塞下降過程中，活塞對氣體做的功為W p0(V V1)在這一過程中，氣體內能的減少為U(T1T0)由熱力學第一定律得，汽缸內氣體放出的熱量為Q W U，解得 Q12p0VT0【答案】(1)12V(2)12p0VT0熱力學第一定律在氣體狀態(tài)變化中的應用(1)理想氣體無分子勢能，只有分子動能，一定質量的氣體，其內能只取決于溫度，而與體積無關(2)在氣體狀態(tài)變化過程中，三個狀態(tài)參量(p、V、T)遵循理想氣體狀態(tài)方程p1V1T1p2V2T2(或pVT C常數)，判斷氣體的內能的變化只需分析氣體的溫度，溫度升高(或降低)，內能增大(或減小)(3)由氣體體積變化情況

13、分析做功情況，氣體體積增大，氣體對外做功，氣體體積減小，外界對氣體做功然后由熱力學第一定律UQW確定熱量 Q的正、負，判斷出吸熱、放熱(對應學生用書第193 頁)1(20XX屆太原一中檢測)二氧化碳是導致“溫室效應”的主要原因之一，人類在采取節(jié)能減排措施的同時，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在某次實驗中，將一定質量的二氧化碳氣體封閉在一可自由壓縮的導熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減為原來的一半，不計溫度變化，則此過程中()A封閉氣體對外界做正功B封閉氣體向外界傳遞熱量精選學習資料 -名師歸納總結-第 5 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載C封閉

14、氣體分子的平均動能增大D封閉氣體從外界吸收熱量【解析】因為氣體的溫度不變，所以氣體分子的平均動能不變，C錯誤；當氣體體積減小時，外界對氣體做功，A錯誤；由熱力學第一定律可得，封閉氣體將向外界傳遞熱量，D錯 B正確【答案】B 2.圖 1135(2012 渭南二模)如圖 1135 所示中汽缸內盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣現(xiàn)將活塞桿與外界連接并使之緩慢地向右移動這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功若已知理想氣體的內能只與溫度有關，則下列說法正確的是()A氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學第二定律B氣體是從單一熱源吸

15、熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學第二定律C氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律DA、B、C三種說法都不對【答案】C 3.圖 1136 如圖 1136 所示為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán) 在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經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)地從冰箱內傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律D電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律【解析】由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)地由低溫

16、物體傳給高溫物體，除非有外界的影響或幫助電冰箱把熱量從低溫的內部傳到高溫的外部，需要壓縮機工作并消耗電能【答案】B 4(2011 大綱全國高考)關于一定量的氣體，下列敘述正確的是()A氣體吸收的熱量可以完全轉化為功B氣體體積增大時，其內能一定減少C氣體從外界吸收熱量，其內能一定增加D外界對氣體做功，氣體內能可能減少【解析】由熱力學第二定律知吸收的熱不能自發(fā)地全部轉化為功，但通過其他方法可以全部轉化為功，故A正確；氣體體積增大，對外做功，若同時伴隨有吸熱，其內能不一定減少，B錯誤；氣體從外界吸熱，若同時伴隨有做功，其內能不一定增加，C錯誤；外界對氣體做功，同時氣體放熱，其內能可能減少，D正確精選

17、學習資料 -名師歸納總結-第 6 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載【答案】AD 5(2011 福建高考)一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5 104 J，氣體對外界做功1.0 104 J，則該理想氣體的()A溫度降低，密度增大B溫度降低，密度減小C溫度升高，密度增大 D 溫度升高，密度減小【解析】由 UW Q 可得理想氣體內能變化U 1.0 104 J 2.5 104 J 1.5 104 J0，故溫度升高，A、B 兩項均錯因為氣體對外做功，所以氣體一定膨脹，體積變大，由mV可知密度變小，故C項錯誤 D項正確【答案】D 6(2012 江西重點盟校二次聯(lián)考)(1)下列說法正確的是()A

18、由阿伏加德羅常數、氣體的摩爾質量和密度，可以估算出該種氣體分子的大小B懸浮在液體中的固體微粒越小，布朗運動就越明顯C分子間的引力隨分子間距離的增大而增大，分子間的斥力隨分子間距離的增大而減小D根據熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體圖 1137(2)如圖 1137 所示，汽缸內封閉一定質量的某種理想氣體，活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡，已知活塞距缸口0.2 m，活塞面積10 cm2，大氣壓強1.0 105 Pa，物重50 N，活塞質量及一切摩擦不計，緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞剛好升到缸口，封閉氣體吸收了 60 J 的熱量，則封閉氣體的壓強將_(選填“增加”、“減小”或“不變”

19、)，氣體內能變化量為_J.【解析】(1)由于氣體分子間距離大，所以不能估算分子大小，A 錯布朗運動的顯著程度與溫度和顆粒大小有關，B正確分子引力和斥力都是隨分子間距離的增大而減小的，則 C錯熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故D錯(2)此時氣體壓強pp0GS恒定由熱力學第一定律UW Q pVQ50 J.【答案】(1)B(2)不變50 7 (1)當 密 閉 在 氣 球 內 的 空 氣(可 視 為 理 想 氣 體)溫 度 緩 慢 升 高 時_A氣體分子的體積增大B氣體分子的動能增大C氣體分子的平均動能增大D單位體積內分子數增多(2)若只對一定質量的理想氣體做1 500 J的功，可使其溫度升高5

20、 K若改成只用熱傳遞的方式，使氣體溫度同樣升高5 K，那么氣體應吸收_J 的熱量如果對該氣體做了 2 000 J 的功，使其溫度升高了5 K，表明在該過程中，氣體還_(選填“吸收”或“放出”)熱量 _J.【答案】(1)C(2)1 500放出500 8(1)第一類永動機不可能制成是因為其違反了_，第二類永動機不可能制成是因為其違反了_ _(2)在一個大氣壓下，水在沸騰時，1 g 水吸收2 263.8 J的熱量后由液態(tài)變成同溫度精選學習資料 -名師歸納總結-第 7 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載的氣態(tài)，其體積由1.043 cm3變成 1 676 cm3，求：1 g 水所含的分子個數；體積膨脹時氣體

21、對外界做的功；氣體的內能變化(大氣壓強 p01.0 105 Pa，水的摩爾質量為M 18 g/mol，阿伏加德羅常數NA6.0 1023 mol1)【解析】(2)1 g 水所含的分子個數為n11861023 3.3 1022(個)氣體體積膨脹時對外做的功為W p0V 105(1 676 1.043)10 6J167.5 J.根據熱力學第一定律有：UW Q(2 263.8 167.5)J 2 096.3 J.【答案】(1)能量守恒定律熱力學第二定律(2)3.3 1022167.5 J增加2 096.3 J 9(1)下列說法正確的是()A布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運動的反映B沒有摩

22、擦的理想熱機可以把吸收的能量全部轉化為機械能而不產生其他影響C知道某物質的摩爾質量和密度可求出阿伏加德羅常數D內能不同的物體，它們分子熱運動的平均動能可能相同(2)一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功1.7 105 J，氣體內能減少1.3 105J，則此過程中氣體_(填“吸收”或“放出”)的熱量是 _J此后，保持氣體壓強不變，升高溫度，氣體對外界做了5.0 105 J 的功，同時吸收了6.0 105 J的熱量，則此過程中，氣體內能增加了_J.【解析】(1)布朗運動是指懸浮在液體中的固體小顆粒的運動，并不是指顆粒分子的運動，所以 A錯誤 熱能不可能全部轉化為機械能而不引起其他變化，所以

23、 B錯誤 知道摩爾質量和密度可求摩爾體積，求不出阿伏加德羅常數，所以 C 錯誤內能不同的物體它們分子運動的平均動能可能相同，因為只要物體的溫度相同，分子平均動能就相同，所以D項正確(2)根據熱力學第一定律得：W 1.7 105 J，U 1.3 105 J，代入UW Q 可得，Q 3.0 105J，Q為負值，說明氣體要放出熱量，放出的熱量為3.0 105J；同理 W 5105 J，Q6105 J，UW Q 1.0 105 J，即內能增加了1.0 105 J.【答案】(1)D(2)放出3.0 1051.0 10510如圖 1138 所示，A、B 兩個汽缸中裝有體積均為10 L、壓強均為1 atm(

24、標準大氣壓)、溫度均為27 的空氣，中間用細管連接，細管容積不計 細管中有一絕熱活塞，現(xiàn)將B 汽缸中的氣體升溫到127 ，若要使細管中的活塞仍停在原位置(不計摩擦，A汽缸中的氣體溫度保持不變，A汽缸截面積為500 cm2)圖 1138(1)求 A中活塞應向右移動的距離；(2)A 中氣體是吸熱還是放熱，為什么？【解析】(1)對 B：由PBTBPBTB得PBTBTBPB400300PB43PB對 A：由 PAVAPAVA得 VAPAVAPA且：PAPB，PAPB解得：VA43VA所以 l 14VAS5 cm.精選學習資料 -名師歸納總結-第 8 頁，共 9 頁學習必備歡迎下載(2)放熱，在向右推活塞過程中，A 中氣體溫度不變，氣體內能不變；體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律U W Q可知氣體應放熱【答案】(1)5 cm(2)見解析精選學習資料 -名師歸納總結-第 9 頁，共 9 頁