2020高考物理一輪復(fù)習 第十三章 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒學(xué)案（含解析）.doc

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第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒 主干梳理 對點激活 知識點　　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)表達式：ΔU＝Q＋W。 (3)ΔU＝Q＋W中正、負號法則 (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外界對系統(tǒng)做功為0，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。此處的W包含機械功、電流功等一切功。對于不涉及其他力做功的氣體等容過程，W＝0，Q＝ΔU。 ③對于理想氣體，若過程是等溫的，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。 知識點　　熱力學(xué)第二定律　Ⅰ 1．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行。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知識點　　能量守恒定律?、? 1．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 (1)第一類永動機：不需要任何動力或燃料，卻能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、風能、水能等)。 一 思維辨析 1．做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的。(　　) 2．絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內(nèi)能一定減少20 J。(　　) 3．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳導(dǎo)中熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體。(　　) 4．熵增加原理說明一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。(　　) 5．盡管技術(shù)不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機卻可以使溫度降到－283 ℃。(　　) 6．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機。(　　) 7．在給自行車打氣時，會發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為外界對氣體做功。(　　) 8．自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失。(　　) 9．利用河水的能量使船逆水航行的設(shè)想，符合能量守恒定律。(　　) 10．熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化。(　　) 答案　1.　2.　3.√　4.√　5.　6.　7.√ 8．　9.√　10. 二 對點激活 1．(人教版選修3－3P56T1改編)用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做了900 J的功，同時汽缸向外散熱210 J，汽缸里空氣的內(nèi)能(　　) A．增加了1100 J B．減少了1100 J C．增加了690 J D．減少了690 J 答案　C 解析　由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，內(nèi)能增加690 J。 2．(人教版選修3－3P61T2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，茶會自動變得更熱 B．蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)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(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 答案　CD 解析　熱量只會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯誤；機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機械能，故B錯誤；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、水自動分離是因為泥沙的密度大于水，故可以分離，C正確；電冰箱通電后由于壓縮機做功從而將低溫物體的熱量傳到箱外的高溫物體，故D正確。 3．(2018石家莊一模)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程(a到b、b到c、c到a)回到原狀態(tài)，其V－T圖象如圖所示，pa、pb、pc分別表示狀態(tài)a、b、c時氣體的壓強，下列說法正確的是(　　) A．由a到b的過程中，氣體一定吸熱 B．pc>pb＝pa C．由b到c的過程中，氣體放出的熱量一定大于外界對氣體做的功 D．由b到c的過程中，每一個氣體分子的速率都減小 E．由c到a的過程中，氣體分子的平均動能不變 答案　ACE 解析　由a到b的過程中，氣體溫度升高，根據(jù)一定量的理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，氣體內(nèi)能增大，又因為氣體體積不變，外界對氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定吸熱，A正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，paTB可知，內(nèi)能變化ΔU<0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得Q<0 即該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B放熱。 [變式3－2]　絕熱的活塞與汽缸之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸開口向上置于水平面上，活塞與汽缸壁之間無摩擦，缸內(nèi)氣體的內(nèi)能UP＝72 J，如圖甲所示。已知活塞面積S＝510－4 m2，其質(zhì)量為m＝1 kg，大氣壓強p0＝1.0105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。如果通過電熱絲給封閉氣體緩慢加熱，活塞由原來的P位置移動到Q位置，此過程封閉氣體的V－T圖象如圖乙所示，且知氣體內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比。求： (1)封閉氣體最后的體積； (2)封閉氣體吸收的熱量。 答案　(1)610－4 m3　(2)60 J 解析　(1)以氣體為研究對象，根據(jù)蓋—呂薩克定律，有：＝ 解得：VQ＝610－4 m3。 (2)由氣體的內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比：＝， 解得：UQ＝108 J 活塞從P位置緩慢移到Q位置，活塞受力平衡，氣體為等壓變化，以活塞為研究對象：pS＝p0S＋mg 解得：p＝p0＋＝1.2105 Pa 外界對氣體做功：W＝－p(VQ－VP)＝－24 J 由熱力學(xué)第一定律：UQ－UP＝Q＋W 得氣體變化過程吸收的總熱量為Q＝60 J。 高考模擬 隨堂集訓(xùn) 1．(2018全國卷Ⅰ)(多選) 如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程①、②、③、④到達狀態(tài)e。對此氣體，下列說法正確的是(　　) A．過程①中氣體的壓強逐漸減小 B．過程②中氣體對外界做正功 C．過程④中氣體從外界吸收了熱量 D．狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E．狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小 答案　BDE 解析　由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，體積不變，溫度升高即Tb>Ta，則pb>pa，即過程①中氣體的壓強逐漸增大，A錯誤；由于過程②中氣體體積增大，所以過程②中氣體對外做功，B正確；過程④中氣體體積不變，對外做功為零，溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，過程④中氣體放出熱量，C錯誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等，D正確；由理想氣體狀態(tài)方程＝C可得p＝C，即TV圖中的點與原點O的連線的斜率正比于該點的壓強，故狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小，E正確。 2．(2018全國卷Ⅲ)(多選) 如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如pV圖中從a到b的直線所示。在此過程中(　　) A．氣體溫度一直降低 B．氣體內(nèi)能一直增加 C．氣體一直對外做功 D．氣體一直從外界吸熱 E．氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功 答案　BCD 解析　一定質(zhì)量的理想氣體從a到b的過程，由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，Tb>Ta，即氣體的溫度一直升高，A錯誤；根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知氣體的內(nèi)能一直增加，B正確；由于從a到b的過程中氣體的體積增大，所以氣體一直對外做功，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，從a到b的過程中，氣體一直從外界吸熱，D正確；氣體吸收的熱量一部分增加內(nèi)能，一部分對外做功，E錯誤。 3．(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)擴散至整個汽缸。待氣體達到穩(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，所以氣體擴散后內(nèi)能不變，選項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，選項B、D正確。氣體在真空中自發(fā)擴散的過程中不對外做功，選項C錯誤。氣體在被壓縮的過程中，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，選項E錯誤。 4．(2017全國卷Ⅲ)(多選) 如圖，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到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(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(　　) A．在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B．在過程ca中外界對氣體做功 C．在過程ab中氣體對外界做功 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　ab過程是等容變化，ab過程壓強增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，A正確。而由于體積不變，氣體對外界不做功，C錯誤。ca過程是等壓變化，體積減小，外界對氣體做功，B正確。體積減小過程中，溫度降低，內(nèi)能減小，氣體要放出熱量，E錯誤。bc過程是等溫變化，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對外界做功，則需要吸收熱量，D正確。 5．(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。下列說法正確的是(　　) 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，選項A錯誤，B正確。B→C過程中，是一個常數(shù)，為等壓變化，選項C正確。A→B→C整個過程，溫度降低，氣體內(nèi)能減少，選項D錯誤。 6．(2016全國卷Ⅰ)(多選)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．如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡 答案　BDE 解析　若氣體吸熱的同時對外做功，則其溫度不一定升高，A錯誤；做功是改變物體內(nèi)能的途徑之一，B正確；理想氣體等壓膨脹，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，故一定吸熱，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知D正確；如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)與第三個系統(tǒng)的溫度均相等，則這兩個系統(tǒng)之間也必定達到熱平衡，故E正確。 7. (2016全國卷Ⅱ)(多選)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圖象如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點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(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(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　由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，V＝C，因此氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，故A項正確；對理想氣體而言，內(nèi)能由溫度決定，因Ta>Tc，故氣體在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能，B項正確；過程cd為等溫變化，內(nèi)能不變(ΔU＝0)，壓強變大，體積減小，外界對氣體做功(W>0)，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，知Q<0，故為放熱過程且W＝|Q|，C項錯誤；過程da為等壓變化，溫度升高，體積變大，氣體的內(nèi)能增大，ΔU>0，對外做功，W<0，由ΔU＝W＋Q，知該過程吸熱且Q>|W|，D項錯誤；bc和da過程中溫度改變量相同，故體積變化量與壓強的乘積相同，由W＝Fl＝pSl＝pΔV知，E項正確。 8．(2016全國卷Ⅲ)(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是(　　) 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，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大 C．氣體被壓縮時，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　由于非理想氣體分子間作用力不可忽略，內(nèi)能還包括分子勢能，則氣體的內(nèi)能與體積有關(guān)，再者即使是理想氣體，內(nèi)能取決于溫度和分子數(shù)目，質(zhì)量相同的氣體，當分子數(shù)目不同、溫度相同時，內(nèi)能也不相同，故A項錯誤；物體的內(nèi)能與其機械運動無關(guān)，B項錯誤；由熱力學(xué)第一定律知，氣體被壓縮時，若同時向外散熱，則內(nèi)能可能保持不變，C項正確；對于一定量的某種理想氣體，其內(nèi)能只取決于分子平均動能，而溫度是分子平均動能的標志，所以D項正確；一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，p不 變，V增大，則T增大，即內(nèi)能增大，故E項正確。 9．(2018江蘇高考) 如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時壓強為 2.0105 Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過程，整個過程中對外界放出61.4 J熱量。求該氣體在A→B過程中對外界所做的功。 答案　138.6 J 解析　整個過程中，外界對氣體做功 W＝WAB＋WCA， 且WCA＝pA(VC－VA)， 由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W， 以及ΔU＝0， 得WAB＝－(Q＋WCA)， 代入數(shù)據(jù)得WAB＝－138.6 J， 即氣體對外界做的功為138.6 J。 10．(2018全國卷Ⅱ) 如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止狀態(tài)，上、下方氣體壓強均為p0，溫度均為T0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處。求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。 答案　T0　(p0S＋mg)h 解析　開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運動。設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據(jù)查理定律有＝① 根據(jù)力的平衡條件有p1S＝p0S＋mg② 聯(lián)立①②式可得T1＝T0③ 此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直至活塞剛好到達b處，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋—呂薩克定律有 ＝④ 式中V1＝SH⑤ V2＝S(H＋h)⑥ 聯(lián)立③④⑤⑥式解得T2＝T0⑦ 從開始加熱到活塞到達b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為W＝(p0S＋mg)h。 配套課時作業(yè) 　　時間：60分鐘　滿分：100分 一、選擇題(本題共8小題，每小題5分，共40分。其中 1～2為單選，3～8為多選) 1．關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是(　　) A．在能源利用的過程中，能量在數(shù)量上并未減少 B．由于自然界中總的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源 C．能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中不斷減少 D．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造 答案　A 解析　根據(jù)能量守恒定律可知，在能源使用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，故A正確，C錯誤；雖然自然界中的總能量不會減少，但是能源的品質(zhì)會降低，無法再利用，故還需要節(jié)約能源，故B錯誤；根據(jù)能量守恒可知，能量不會被創(chuàng)造，也不會消失，故D錯誤。 2．如圖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(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，需要壓縮機的幫助并消耗了電能，B正確，A、D錯誤。 3．(2019安徽省示范高中考試)下列說法正確的是(　　) A．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在表面張力 B．由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和氣體的密度，可以估算出氣體分子間的平均距離 C．分子平均速率大的物體的溫度比分子平均速率小的物體的溫度高 D．機械能不可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也無法全部用來做功轉(zhuǎn)化成機械能 E．分子間的引力和斥力同時存在，都隨分子間距離的增大而減小 答案　ABE 解析　液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，液體表面層分子間表現(xiàn)為引力，所以液體表面存在表面張力，A正確；由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和氣體的密度，可以估算出氣體每個分子所占的空間體積，進而估算出分子間的平均距離，B正確；溫度是分子平均動能的標志，對于兩個物體來說，分子質(zhì)量可能不同，分子平均速率大的物體的分子平均動能不一定大，溫度不一定高，C錯誤；機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D錯誤；分子間的引力和斥力同時存在，而且都隨分子間距離的增大而減小，E正確。 4．(2018云南七校適應(yīng)性考試)下列說法中錯誤的是(　　) A．一定量氣體經(jīng)過不同物理過程而溫度沒有改變，氣體與外界可以不做功 B．功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可以全部轉(zhuǎn)化為功 C．第二類永動機無法制成是因為它違背了熱力學(xué)第一定律 D．在孤立系統(tǒng)中，一個自發(fā)的過程熵總是向減少的方向進行 E．熵值越大，說明系統(tǒng)的分子運動越無序 答案　BCD 解析　一定量的氣體可以先吸熱而后又放熱，最后溫度保持不變，A正確；功是能量轉(zhuǎn)化的過程量，不能說功轉(zhuǎn)化成熱量，只能說機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，B錯誤；第二類永動機無法制成是因為它違背了熱力學(xué)第二定律，C錯誤；在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的熵總是向增加的方向進行，D錯誤；熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序程度的量度，熵越大，分子運動無序程度越大，E正確。本題選錯誤的，故答案為B、C、D。 5．(2018長沙名校階段測試)關(guān)于熱力學(xué)定律的說法正確的是(　　) A．熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體 B．一切宏觀熱現(xiàn)象的過程一定是從無序狀態(tài)慢慢向有序狀態(tài)過渡 C．無論科技多么先進，熱力學(xué)溫度的0 K一定不可能達到 D．一絕熱汽缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體，當氣體體積膨脹時，其溫度一定降低 E．一導(dǎo)熱汽缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體，當缸外溫度緩慢升高時，氣體可能對外界做功 答案　ACE 解析　熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，但會引起其他變化，A正確；一切宏觀熱現(xiàn)象的過程一定是從有序狀態(tài)慢慢向無序狀態(tài)過渡，B錯誤；熱力學(xué)溫度的0 K永遠不能達到，C正確；絕熱汽缸中理想氣體與外界沒有熱交換，當氣體自由膨脹時，不對外做功，其內(nèi)能不變，則溫度不變，D錯誤；導(dǎo)熱汽缸，汽缸外溫度緩慢升高時，氣體內(nèi)能增加，氣體可能對外界做功，且氣體對外界做的功小于氣體從外界吸收的熱量，E正確。 6．(2016海南高考)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　氣體經(jīng)歷過程1，壓強減小，體積變大，氣體膨脹對外做功，且無熱交換，所以內(nèi)能減小，故溫度降低，A、B正確；氣體在過程2中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，則開始時，氣體體積不變，壓強減小，則溫度降低，對外放熱；然后壓強不變，體積變大，氣體膨脹對外做功，則溫度升高，需要吸熱，故C、D錯誤；過程1和過程2的初、末狀態(tài)相同，故氣體內(nèi)能改變量相同，E正確。 7．對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是(　　) A．若氣體的壓強和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變 B．若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變 C．若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大 D．氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān) E．當氣體溫度升高時，氣體的內(nèi)能一定增大 答案　ADE 解析　一定質(zhì)量的理想氣體，＝C，p、V不變，則T不變，分子平均動能不變，又理想氣體分子勢能為零，故氣體內(nèi)能不變，A正確；理想氣體內(nèi)能不變，則溫度T不變，由＝C知，p及V可以變化，故狀態(tài)可以變化，B錯誤；等壓變化過程，溫度升高、體積增大，故C錯誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，溫度升高1 K，內(nèi)能增量ΔU一定，而外界對氣體做的功W與經(jīng)歷的過程可能有關(guān)(如體積變化時)，因此吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程也有關(guān)，D正確；溫度升高，分子平均動能增大，理想氣體分子勢能為零，故內(nèi)能一定增大，E正確。 8．(2019四省八校雙教研聯(lián)盟聯(lián)考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，再由狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其壓強p與溫度t的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是(　　) A．氣體由a到b為等容變化 B．氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能大于在狀態(tài)b的內(nèi)能 C．氣體由b到c的過程必放熱 D．氣體在狀態(tài)a的體積小于在狀態(tài)c的體積 E．b到c的過程是等壓過程，溫度升高，氣體對外做功 答案　BDE 解析　由查理定律＝C(恒量)，T＝273 K＋t可知等容過程的壓強p隨溫度t變化的圖線(pt圖線)不過坐標原點，A錯誤；氣體在狀態(tài)a的溫度高于在狀態(tài)b的溫度，根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能大于在狀態(tài)b的內(nèi)能，B正確；氣體由b到c的過程為溫度升高的等壓過程，由蓋—呂薩克定律可知，溫度升高，其體積必然增大，對外做功，又內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體必須吸收熱量，C錯誤，E正確；由于氣體在狀態(tài)a與狀態(tài)c的溫度相同，在狀態(tài)a的壓強更大，所以氣體在狀態(tài)a的體積小于在狀態(tài)c的體積，D正確。 二、非選擇題(本題共4小題，共60分) 9．(2018長春質(zhì)監(jiān))(15分)如圖1，在一個密閉的汽缸內(nèi)有一定質(zhì)量的理想氣體，如圖2所示是它從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V－T圖象，已知AB的反向延長線通過坐標原點O，氣體在狀態(tài)A時的壓強為p＝1.0105 Pa，在從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體吸收的熱量Q＝7.0102 J，求此過程中氣體內(nèi)能的增量ΔU。 答案　5.0102 J 解析　由題圖2中V－T圖象的圖線經(jīng)過坐標原點可以判斷，理想氣體做等壓變化。 由蓋—呂薩克定律得＝ 氣體對外做的功W＝p(VB－VA) 解得W＝200 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝－W＋Q 解得ΔU＝5.0102 J。 10．(2018安徽聯(lián)考)(15分)如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的管道A、B、C橫截面積相等，開始時管道B、C中的水銀柱高度均為h1＝24 cm，管道A左側(cè)活塞與水 銀柱之間封閉了長度為L1＝60 cm的理想氣體，大氣壓強為76 cmHg。緩慢移動活塞，使管道B、C中的水銀柱均上升Δh＝20 cm，管道A中的氣體未進入管道 B、C中，外界氣溫恒定。 (1)求該過程中活塞移動的距離； (2)判斷該過程管道A中的氣體吸熱還是放熱，并說明理由。 答案　(1)50 cm　(2)放熱　理由見解析 解析　(1)設(shè)管道的橫截面積為S，氣體溫度不變，初狀態(tài)：p1＝p0＋ρgh1＝100 cmHg， 體積為V1＝L1S 末狀態(tài)：p2＝p0＋ρg(h1＋Δh)＝120 cmHg， 體積為V2＝L2S 根據(jù)玻意耳定律：p1V1＝p2V2 代入數(shù)據(jù)解得：L2＝50 cm 該過程中活塞移動的距離x＝2Δh＋L1－L2＝50 cm (2)氣體體積變小，外界對氣體做功，氣體發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變。由熱力學(xué)第一定律可知氣體放熱。 11．(2018長沙聯(lián)考)(15分)如圖甲所示，一圓柱形導(dǎo)熱汽缸水平放置，通過絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，此時封閉氣體的絕對溫度為T。活塞與汽缸底部相距L；現(xiàn)將汽缸逆時針緩慢轉(zhuǎn)動直至汽缸處于豎直位置，如圖乙所示，此時活塞與汽缸底部相距L；現(xiàn)給汽缸外部套上絕熱泡沫材料(未畫出)且通過電熱絲緩慢加熱封閉氣體，當封閉氣體吸收熱量Q時，氣體的絕對溫度上升到 T。已知活塞的橫截面積為S，外界環(huán)境溫度恒為T，大氣壓強為p0，重力加速度大小為g，不計活塞與汽缸的摩擦。求： (1)活塞的質(zhì)量m； (2)加熱過程中氣體內(nèi)能的增加量。 答案　(1)　(2)Q－p0SL 解析　(1)汽缸從水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置，封閉氣體發(fā)生等溫變化，設(shè)轉(zhuǎn)動后封閉氣體壓強為p1，根據(jù)玻意耳定律有 p0LS＝p1LS p1S＝mg＋p0S 解得p1＝p0 m＝。 (2)對封閉氣體加熱，活塞上升，封閉氣體發(fā)生等壓變化，根據(jù)蓋—呂薩克定律有 解得ΔL＝L 加熱過程中氣體對外做功為 W＝p1SΔL 由熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能的增加量為 ΔU＝Q－W 解得ΔU＝Q－p0SL。 12．(2018太原一模) (15分)如圖所示，導(dǎo)熱良好的汽缸開口向上豎直固定在水平面上。缸內(nèi)輕質(zhì)光滑活塞封閉一段一定質(zhì)量的理想氣體。一根不可伸長的細繩繞過定滑輪，一端拴住活塞，另一端拴著質(zhì)量為m的重物處于平衡狀態(tài)。此時氣體體積為V。用手托著重物，使其緩慢上升，直到細繩剛開始松弛但并未彎曲。已知大氣壓強為p0，活塞橫截面積為S，環(huán)境溫度保持不變。求： (1)從重物開始被托起到最高點的過程中，活塞下降的高度； (2)之后從靜止釋放重物，重物下落到最低點未與地面接觸時，活塞在汽缸內(nèi)比最初托起重物前的位置上升了H。若氣體的溫度不變，則氣體吸收的熱量是多少？ 答案　(1)　(2)(p0S－mg)(H＋) 解析　(1)對活塞受力分析可知， 未托重物時，活塞內(nèi)氣體壓強p1＝p0－， 氣體體積是V1＝V， 托起重物到最高點時，活塞內(nèi)氣體壓強p2＝p0， 氣體體積是V2＝V－h(huán)S， 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知：p1V1＝p2V2， 解得h＝。 (2)以活塞為研究對象，設(shè)活塞從最低點到最高點的過程中，封閉氣體對活塞做功為W′，則根據(jù)動能定理有： W′＋mg(H＋h)－p0S(H＋h)＝0－0， 得氣體對活塞做功，即對外做功為 W′＝p0S(H＋h)－mg(H＋h) 外界對氣體做功：W＝－W′， 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，理想氣體的溫度不變，則內(nèi)能不變：ΔU＝Q＋W＝0， 氣體吸收的熱量 Q＝－W＝W′＝(p0S－mg)(H＋)。