2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒定律學(xué)案

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1、2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒定律學(xué)案一、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(gè)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(duì)它所做功的和.(2)表達(dá)式:UQW.(3)UQW中正、負(fù)號(hào)法則:物理量意義符號(hào)WQU外界對(duì)物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加物體對(duì)外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少自測(cè)1一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中,外界對(duì)氣體做功7.0104 J,氣體內(nèi)能減少1.3105 J,則此過程()A.氣體從外界吸收熱量2.0105 JB.氣體向外界放出熱量2.0105 JC.氣體從外界吸收熱量6

2、.0104 JD.氣體向外界放出熱量6.0104 J答案B二、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.或表述為“第二類永動(dòng)機(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(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)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(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行.4.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律.自測(cè)2教材P61第2題改編(多選)下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是()A.一杯熱茶在打開杯蓋后,茶會(huì)自動(dòng)變得更熱B

3、.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C.桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后,泥沙下沉,上面的水變清,泥、水自動(dòng)分離D.電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體答案CD三、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)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(gè)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(dòng)機(jī)是不可能制成的,它違背了能量守恒定律.自測(cè)3木箱靜止于水平地面上,現(xiàn)在用一個(gè)80 N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10 m,木箱受到地面的摩擦力為60 N,則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)

4、的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是(空氣阻力不計(jì))()A.U200 J,Ek600 J B.U600 J,Ek200 JC.U600 J,Ek800 J D.U800 J,Ek200 J答案B解析UFfx6010 J600 JEkFxU8010 J600 J200 J命題點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用1.熱力學(xué)第一定律的理解(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(duì)外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對(duì)氣體做功,W為正.(3)與外界絕熱,則不發(fā)生熱傳遞,此時(shí)Q0.(4)如果研究對(duì)象是理想氣體,則由于理想氣體沒有分子勢(shì)能,所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí),主要

5、體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化.2.三種特殊情況(1)若過程是絕熱的,則Q0,WU,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加;(2)若過程中不做功,即W0,則QU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加;(3)若過程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即U0,則WQ0或WQ,外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量.例1(多選)(2017全國卷33(1)如圖1,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.現(xiàn)將隔板抽開,氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)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(gè)系統(tǒng)不漏氣.下列說法正確的是()圖1A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前

6、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(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過程中,外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過程中,氣體分子的平均動(dòng)能不變答案ABD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(duì)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(cuò)誤;氣體在被壓縮的過程中,外界對(duì)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(dòng)能增大,選項(xiàng)B、D正確,選項(xiàng)E錯(cuò)誤.變式1(多選)(2016全國卷33(1)關(guān)于氣體的內(nèi)能,下列說法正確的是()

7、A.質(zhì)量和溫度都相同的氣體,內(nèi)能一定相同B.氣體溫度不變,整體運(yùn)動(dòng)速度越大,其內(nèi)能越大C.氣體被壓縮時(shí),內(nèi)能可能不變D.一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E.一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中,內(nèi)能一定增加答案CDE解析質(zhì)量和溫度都相同的氣體,雖然分子平均動(dòng)能相同,但是不同的氣體,其摩爾質(zhì)量不同,即分子個(gè)數(shù)不同,所以分子總動(dòng)能不一定相同,A錯(cuò)誤;宏觀運(yùn)動(dòng)和微觀運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系,所以宏觀運(yùn)動(dòng)速度大,內(nèi)能不一定大,B錯(cuò)誤;根據(jù)C可知,如果等溫壓縮,則內(nèi)能不變;等壓膨脹,溫度增大,內(nèi)能一定增大,C、E正確;理想氣體的分子勢(shì)能為零,所以一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與分子平均動(dòng)能有關(guān),而分子平均動(dòng)能和

8、溫度有關(guān),D正確.命題點(diǎn)二熱力學(xué)第一定律與圖象的綜合應(yīng)用例2(多選)(2017全國卷33(1)如圖2,一定質(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回到狀態(tài)a.下列說法正確的是()圖2A.在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B.在過程ca中外界對(duì)氣體做功C.在過程ab中氣體對(duì)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答案ABD解析在過程ab中,體積不變,氣體對(duì)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(cuò)誤;在過程ca中,氣體的體積縮小,外界對(duì)氣體做功,壓強(qiáng)不變,溫度降低,內(nèi)能變小,氣體向外界放

9、出熱量,故選項(xiàng)B正確,E錯(cuò)誤;在過程bc中,溫度不變,內(nèi)能不變,體積增大,氣體對(duì)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.變式2(多選)(2016全國卷33(1)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài),其pT圖象如圖3所示,其中對(duì)角線ac的延長線過原點(diǎn)O.下列判斷正確的是()圖3A.氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B.氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能C.在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)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(duì)外界做的功E.在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的

10、功答案ABE解析由理想氣體狀態(tài)方程C得,pT,由題圖可知,VaVc,選項(xiàng)A正確;理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定,而TaTc,故氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能,選項(xiàng)B正確;由熱力學(xué)第一定律UQW知,cd過程溫度不變,內(nèi)能不變,則QW,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;da過程溫度升高,即內(nèi)能增大,則吸收的熱量大于對(duì)外界做的功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;由理想氣體狀態(tài)方程知:C,即paVaCTa,pbVbCTb,pcVcCTc,pdVdCTd.設(shè)過程bc中壓強(qiáng)為p0pbpc,過程da中壓強(qiáng)為p0pdpa.由外界對(duì)氣體做功WpV知,過程bc中外界對(duì)氣體做的功Wbcp0(VbVc)C(TbTc),過程da中氣體對(duì)外界做的功Wdap

11、0(VaVd)C(TaTd),TaTb,TcTd,故WbcWda,選項(xiàng)E正確.命題點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用基本思路例3(2017河北冀州2月模擬)如圖4甲所示,橫截面積為S,質(zhì)量為M的活塞在汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,現(xiàn)對(duì)缸內(nèi)氣體緩慢加熱,使其溫度從T1升高了T,氣柱的高度增加了L,吸收的熱量為Q.不計(jì)汽缸與活塞的摩擦,外界大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g.求:圖4(1)此加熱過程中氣體內(nèi)能增加了多少?(2)若保持缸內(nèi)氣體溫度不變,再在活塞上放一砝碼,如圖乙所示,使缸內(nèi)氣體的體積又恢復(fù)到初始狀態(tài),則所放砝碼的質(zhì)量為多少?答案(1)Q(p0SMg)L(2)解析(1)設(shè)缸內(nèi)氣體

12、的溫度為T1時(shí)壓強(qiáng)為p1,活塞受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡,則有Mgp0Sp1S氣體膨脹對(duì)外界做功為Wp1SL根據(jù)熱力學(xué)第一定律有QWU聯(lián)立可得UQ(p0SMg)L(2)設(shè)所放砝碼的質(zhì)量為m,缸內(nèi)氣體的溫度為T2時(shí)壓強(qiáng)為p2,活塞和砝碼整體受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡,則有(Mm)gp0Sp2S根據(jù)查理定律有,又T2T1T聯(lián)立可得:m變式3(2017廣東華南三校聯(lián)考)如圖5所示,汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)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h50 cm,活塞面積S10 cm2,封閉氣體的體積為V11 500 cm3,溫度為0 ,大氣壓強(qiáng)p01.

13、0105 Pa,重物重力G50 N,活塞重力及一切摩擦不計(jì).緩慢升高環(huán)境溫度,封閉氣體吸收了Q60 J的熱量,使活塞剛好升到缸口.整個(gè)過程重物未觸地,求:圖5(1)活塞剛好升到缸口時(shí),氣體的溫度是多少?(2)汽缸內(nèi)氣體對(duì)外界做多少功?(3)氣體內(nèi)能的變化量為多少?答案(1)364 K(2)25 J(3)35 J解析(1)封閉氣體的初態(tài):V11 500 cm3,T1273 K末態(tài):V21 500 cm35010 cm32 000 cm3緩慢升高環(huán)境溫度,封閉氣體做等壓變化則有解得T2364 K(2)設(shè)封閉氣體做等壓變化時(shí)的壓強(qiáng)為p對(duì)活塞:p0SpSG汽缸內(nèi)氣體對(duì)外界做功WpSh解得W25 J(3

14、)由熱力學(xué)第一定律得,汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量UQW得U35 J故汽缸內(nèi)的氣體內(nèi)能增加了35 J命題點(diǎn)四熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的涵義(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(duì)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.在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,如氣體的等溫膨脹過程.2.熱力學(xué)第二定律的實(shí)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的宏觀過程的方向性,進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)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.3.熱力學(xué)過程的方向性實(shí)

15、例(1)高溫物體低溫物體.(2)功熱.(3)氣體體積V1氣體體積V2(較大).(4)不同氣體A和B混合氣體AB.4.兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動(dòng)力或燃料,卻能不斷地對(duì)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定律不違背能量守恒定律,違背熱力學(xué)第二定律例4如圖6所示為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機(jī)工作時(shí),強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量,經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化,放出熱量到箱體外.圖6(1)(多選)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

16、系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界,是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比,有怎樣的關(guān)系?答案(1)BC(2)見解析解析(1)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)化規(guī)律,是能量守恒定律的具體表現(xiàn),適用于所有的熱學(xué)過程,故C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)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)的幫助并消耗電能,故B項(xiàng)正確,A項(xiàng)錯(cuò)誤.(2)由熱力學(xué)第一定律可知,電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了

17、熱量,同時(shí)消耗了電能,釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多.變式4(多選)(2016全國卷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(duì)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(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡答案BDE解析氣體內(nèi)能的改變UQW,故對(duì)氣體做功可改變氣體的內(nèi)能,B選項(xiàng)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,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;理想氣體等壓膨脹,W0,由UQW,知Q0,氣體一定吸熱,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第二定律,

18、D選項(xiàng)正確;根據(jù)熱平衡性質(zhì),E選項(xiàng)正確.1.(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法正確的是()A.熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體C.第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律D.氣體向真空膨脹的過程是不可逆過程E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是可逆過程答案ACD2.(多選)在裝有食品的包裝袋中充入氮?dú)?,然后密封進(jìn)行加壓測(cè)試,測(cè)試時(shí),對(duì)包裝袋緩慢施加壓力,將袋內(nèi)的氮?dú)庖暈槔硐霘怏w,在加壓測(cè)試過程中,下列說法中正確的是()A.包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膲簭?qiáng)增大B.包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膬?nèi)能不變C.包裝袋內(nèi)氮?dú)鈱?duì)外做功D.包裝袋內(nèi)氮?dú)夥懦鰺崃縀.包裝袋內(nèi)氮?dú)獾乃蟹肿舆\(yùn)動(dòng)速率都保持不變答案ABD

19、3.(多選)下列說法中正確的是()A.物體速度增大,則分子動(dòng)能增大,內(nèi)能也增大B.一定質(zhì)量氣體的體積增大,但既不吸熱也不放熱,內(nèi)能減小C.相同質(zhì)量的兩種物體,提高相同的溫度,內(nèi)能的增量一定相同D.物體的內(nèi)能與物體的溫度和體積都有關(guān)系E.凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性答案BDE解析速度增大,不會(huì)改變物體的分子的動(dòng)能,故A錯(cuò)誤;體積增大時(shí),氣體對(duì)外做功,不吸熱也不放熱時(shí),內(nèi)能減小,故B正確;質(zhì)量相同,但物體的物質(zhì)的量不同,故溫度提高相同的溫度時(shí),內(nèi)能的增量不一定相同,故C錯(cuò)誤;物體的內(nèi)能取決于物體的溫度和體積,故D正確;由熱力學(xué)第二定律可知,凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,故E正確

20、.4.(2018青海格爾木調(diào)研)根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí),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.盡管科技不斷進(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(dòng)機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動(dòng)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(dòng)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(shí)也可以全部轉(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

21、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,B錯(cuò)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 ,C錯(cuò)誤;第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動(dòng)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(dòng)機(jī)不可能制造出來,D錯(cuò)誤.5.關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律,下列說法正確的是()A.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能,熱傳遞也不一定改變內(nèi)能,但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改

22、變內(nèi)能D.由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的,從單一熱源吸收熱量,完全變成功也是可能的答案D解析第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律,第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律,A、B錯(cuò);由熱力學(xué)第一定律可知W0,Q0,但UWQ可以等于0,C錯(cuò);由熱力學(xué)第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的,但會(huì)引起其他變化,D對(duì).6.景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖1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(diǎn)燃.對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體,在此壓縮過程中()圖1A.氣體溫度升高,壓強(qiáng)不變B.氣體溫度升高,壓強(qiáng)變大C.氣體對(duì)外界做正功,氣體內(nèi)能增加D.外界對(duì)氣體做正功,氣體內(nèi)能減少答案B7.(2015福建理綜29

23、(2)如圖2,一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)狀態(tài)c.設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc,在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac,則()圖2A.TbTc,QabQacB.TbTc,QabQacC.TbTc,QabQacD.TbTc,QabQac答案C解析ab過程為等壓變化,由蓋呂薩克定律得:,得Tb2Ta,ac過程為等容變化,由查理定律得:,得Tc2Ta,所以TbTc.由熱力學(xué)第一定律,ab:WabQabUabac:WacQacUac又Wab0,Wac0,UabUac0,則有QabQac,故C項(xiàng)正確.8.如圖3所示,一定質(zhì)量的理想氣體從

24、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,AB和CD為等溫過程,BC和DA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)”.圖3(1)該循環(huán)過程中,下列說法正確的是_.A.AB過程中,外界對(duì)氣體做功B.BC過程中,氣體分子的平均動(dòng)能增大C.CD過程中,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D.DA過程中,氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化(2)該循環(huán)過程中,內(nèi)能減小的過程是_(選填“AB”“BC”“CD”或“DA”).若氣體在AB過程中吸收63 kJ的熱量,在CD過程中放出38 kJ的熱量,則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為_kJ.答案(1)C(2)BC25解析(1)由理想氣體狀

25、態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律分析,AB為等溫過程,內(nèi)能不變,氣體的體積增大,氣體對(duì)外做功,A錯(cuò);BC過程為絕熱過程,氣體體積增大,氣體對(duì)外做功,因此內(nèi)能減小,氣體分子的平均動(dòng)能減小,B錯(cuò);CD為等溫過程,氣體體積減小,單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多,C正確;DA為絕熱過程,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,內(nèi)能增大,溫度升高,因此氣體分子的速率分布曲線變化,D錯(cuò).(2)在以上循環(huán)過程中,內(nèi)能減小的過程是BC.由熱力學(xué)第一定律UQW得W25 kJ.9.如圖4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(shí)活塞距離汽缸底部高度H10.60 m

26、,氣體的溫度T1300 K;現(xiàn)給汽缸緩慢加熱至T2480 K,活塞緩慢上升到距離汽缸底部某一高度H2處,此過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能U300 J.已知大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa,活塞橫截面積S5.0103 m2.求:圖4(1)活塞距離汽缸底部的高度H2;(2)此過程中缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q.答案(1)0.96 m(2)480 J解析(1)氣體做等壓變化,根據(jù)蓋呂薩克定律得:即解得H20.96 m(2)在氣體膨脹的過程中,氣體對(duì)外做功為:W0p0V1.0105(0.960.60)5.0103 J180 J根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體內(nèi)能的變化量為UW0Q,得QUW0480 J.10.如圖5所示,豎

27、直放置的汽缸內(nèi)壁光滑,橫截面積為S103 m2,活塞的質(zhì)量為m2 kg,厚度不計(jì).在A、B兩處設(shè)有限制裝置,使活塞只能在A、B之間運(yùn)動(dòng),B下方汽缸的容積為1.0103 m3,A、B之間的容積為2.0104 m3,外界大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa,開始時(shí)活塞停在B處,缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.9p0,溫度為27 ,現(xiàn)緩慢加熱缸內(nèi)氣體,直至327 .g10 m/s2,求:圖5(1)活塞剛離開B處時(shí)氣體的溫度t2;(2)缸內(nèi)氣體最后的壓強(qiáng).答案(1)127 (2)1.5105 Pa解析(1)活塞剛離開B處時(shí),設(shè)氣體的壓強(qiáng)為p2,由二力平衡可得p2p0,解得p21.2105 Pa氣體發(fā)生等容變化,由查理定

28、律得,t127 ,解得t2127 (2)假設(shè)活塞最終移動(dòng)到A處時(shí)缸內(nèi)氣體最后的壓強(qiáng)為p3,由理想氣體狀態(tài)方程得,t127 ,t3327 ,V01.0103 m3,V31.2103 m3.解得p31.5105 Pa因?yàn)閜3p2,故活塞最終移動(dòng)到A處的假設(shè)成立.11.一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在導(dǎo)熱汽缸內(nèi),如圖6所示水平放置.活塞的質(zhì)量m20 kg,橫截面積S100 cm2,活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)但不漏氣,開始時(shí)汽缸水平放置,活塞與汽缸底的距離L112 cm,離汽缸口的距離L23 cm.外界氣溫為27 ,大氣壓強(qiáng)為1.0105 Pa,將汽缸緩慢地轉(zhuǎn)到開口向上的豎直位置,待穩(wěn)定后對(duì)缸內(nèi)氣體逐漸加

29、熱,使活塞上表面剛好與汽缸口相平,已知g10 m/s2,求:圖6(1)此時(shí)氣體的溫度為多少?(2)在對(duì)缸內(nèi)氣體加熱的過程中,氣體膨脹對(duì)外做功,同時(shí)吸收Q370 J的熱量,則氣體增加的內(nèi)能U多大?答案(1)450 K(2)310 J解析(1)當(dāng)汽缸水平放置時(shí),p01.0105 Pa,V0L1S,T0(27327) K300 K當(dāng)汽缸口朝上且活塞到達(dá)汽缸口時(shí),活塞的受力分析如圖所示,有p1Sp0Smg則p1p01.0105 Pa Pa1.2105 PaV1(L1L2)S由理想氣體狀態(tài)方程得則T1T0300 K450 K.(2)當(dāng)汽缸口向上且未穩(wěn)定時(shí):氣體發(fā)生等溫變化,由玻意耳定律得p0L1Sp1L

30、S則L cm10 cm穩(wěn)定后加熱氣體,氣體做等壓變化,外界對(duì)氣體做功為Wp0(L1L2L)Smg(L1L2L)60 J根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ得U310 J.12.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖7所示的ABCDA循環(huán),該過程每個(gè)狀態(tài)視為平衡態(tài),各狀態(tài)參數(shù)如圖所示.A狀態(tài)的壓強(qiáng)為1105 Pa,求:圖7(1)B狀態(tài)的溫度;(2)完成一次循環(huán),氣體與外界熱交換的熱量.答案(1)600 K(2)放熱150 J解析(1)理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中,壓強(qiáng)保持不變,根據(jù)蓋呂薩克定律有代入數(shù)據(jù)解得TBTA600 K(2)理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中,外界對(duì)氣體做功W1pA(VBVA)解得W1100 J氣體從B狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中,體積保持不變,根據(jù)查理定律有解得pC2.5105 Pa從C狀態(tài)到D狀態(tài)的過程中,壓強(qiáng)保持不變,外界對(duì)氣體做功W2pC(VCVD)pC(VBVA)解得W2250 J一次循環(huán)過程中外界對(duì)氣體所做的總功WW1W2150 J理想氣體從A狀態(tài)完成一次循環(huán),回到A狀態(tài),始末溫度不變,所以內(nèi)能不變.根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UWQ解得Q150 J故完成一次循環(huán),氣體向外界放熱150 J.

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