《步步高》物理大一輪復(fù)習(xí)講義第11章第3課時熱力學(xué)定律與能量守恒要點

1、第3課時 熱力學(xué)定律與能量守恒【考綱解讀】1.知道改變內(nèi)能的兩種方式，理解熱力學(xué)第一定律題組扣點:深度思考以題帶點策入短解概念規(guī)律基礎(chǔ)知識題組1 .熱力學(xué)第一定律的理解一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0X104 J,氣體內(nèi)能減少1.3X105 J,則此過程()A .氣體從外界吸收熱量2.0 X 105 JB.氣體向外界放出熱量2.0X105 JC.氣體從外界吸收熱量6.0 X 104 JD.氣體向外界放出熱量6.0X104 J答案 B解析 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，W+ Q=AU,所以Q=AUW= 1.3X105 J7.0X104 J= 2.0X105 J,即氣體向外界放出熱量2.

2、0X105 J.2.能量守恒定律的應(yīng)用木箱靜止于水平地面上，現(xiàn)在用一個80 N的水平推力推動木箱前進10 m,木箱受到的摩擦力為60 N ,則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動能Ek分別是()A. U = 200 J, Ek=600 JB. U=600 J, Ek=200 JC. U=600 J, Ek=800 JD. U = 800 J, Ek=200 J答案 B解析由于木箱在推動中受到滑動摩擦力，其與相對位移的乘積為系統(tǒng)的內(nèi)能的大小，即 U = 60X 10 J= 600 J,由能量守恒定律可得Ek= W總一U = 80X 10 J-600 J=200 J.故正確答案為B.考點梳

3、理1. 物體內(nèi)能的改變(1)做功是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過程，內(nèi)能的改變量可用做功的數(shù)值來量度.(2)熱傳遞是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程，內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量用熱量來量度.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：AU = Q+W.3.能量守恒定律(1)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，能量的總量不變，這就是能量守恒定律.(2)任何違背能量守恒定律的過程都是不可能的，不消耗能量而對外做功的第一類永動 機是不可能制成的.規(guī)律方法題組3.熱

4、力學(xué)定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用(2010福建28(2)如圖1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.今對活塞施以一豎直向下的壓力F,使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小.若忽略圖1活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體 .(填選項前的字母)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 向下壓活塞，力 F對氣體做功，氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，對活塞受力分析可得出氣體的壓強增大，故選項C正確.4. (1)下列說法中正確的是 .A.水

5、可以浸潤玻璃，水銀不能浸潤玻璃B.熱管是利用升華和汽化傳遞熱量的裝置C.布朗運動是指在顯微鏡下直接觀察到的液體分子的無規(guī)則運動D. 一般來說物體的溫度和體積變化時它的內(nèi)能都要隨之改變(2)如圖2所示，一定質(zhì)量的某種理想氣體由狀態(tài) A變?yōu)闋顟B(tài)B, A、B兩狀態(tài)的相關(guān)參 量數(shù)據(jù)已標(biāo)于壓強 一體積圖象上.該氣體由 A-B過程中對外做功 400 J,則此過程中 氣體內(nèi)能增加了 J,從外界吸收了 J熱量.（3）某地強風(fēng)速v=10 m/s,空氣的密度 p= 1.3 kg/m3.若通過截面積 S= 400 m2的風(fēng)能全 部用于使風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動，且風(fēng)能的20%轉(zhuǎn)化為電能，則通過這個截面的風(fēng)的發(fā)電功率是多大？答

6、案 （1）AD（2）0 400 （3）5.2 X 104 W1 22 fVtSv X 20% 解析 （3）P=1=p V3=5.2X 104 W【方法提煉】1 .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 喈=賬（或pV= 0）,氣體的內(nèi)能只需分析氣體的溫度，溫度升高（或降低），內(nèi)能增大（或減?。?2 .由氣體體積變化情況分析做功情況，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(xué)第一定律AU = Q+W確定熱量Q的正、負，判斷出是吸熱還是放熱.課堂探究 "考點突破先做后聽共同執(zhí)黨規(guī)律方法考點對熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用1 .熱力學(xué)

7、第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系.2 .對公式AU = Q+W符號的規(guī)定符號WQAU十外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加一物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少3 .幾種特殊情況（1）若過程是絕熱的，則Q=0, W=AU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量.（2）若過程中不做功，即 W= 0,則Q=AU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量.(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即AU = 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.【例1】一定質(zhì)量的氣體，在從狀態(tài) 1變化到狀態(tài)2的過程中，

8、吸收熱量 280 J,并對外做功120 J,試問：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化？(2)如果這些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(xué)第一定律可得 AU=W+ Q = - 120 J+280 J= 160 J,氣體的內(nèi)能增加了 160 J.(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)，所以氣體從狀態(tài)2回到狀態(tài)1的過程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過程中內(nèi)能的變化， 則從狀態(tài)2到狀態(tài)1的內(nèi)能應(yīng)減少160J,即 AU' =T60 J,又Q' =-240 J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律得:寸U&#

9、39; G' =T60 J-(-240 J)= 80 J,即外界對氣體做功80 J.答案增加了 160 J(2)外界對氣體做功80 J絕熱情況下，Q = 0.AU = W+ Q,使用時注意符號法則(簡記為：外 界對系統(tǒng)取正, 系統(tǒng)對外界取負).對理想氣體，AU僅由溫度決定， W僅由體積決定,【突破訓(xùn)練1】一定質(zhì)量的理想氣體(分子力不計)，體積由V膨脹到V'.如果通過壓強不變的 過程實現(xiàn)，對外做功大小為 W1,傳遞熱量的值為 Q1,內(nèi)能變化為 AU1；如果通過溫度 不變的過程來實現(xiàn)，對外做功大小為 W2,傳遞熱量的值為 Q2,內(nèi)能變化為AU2,()A. W1>W2, Q1&

10、lt;Q2, AU1>AU2B. W1>W2, Q1>Q2, AU1>AU2 C. W1<W2, Q1=Q2, AU1>AU2D. W1 = W2, Q1>Q2, AU1 > AU 2答案 B解析 由熱力學(xué)第一定律： AU1= W1 + Q1, AU2= W2+Q2,若通過壓強不變的過程實現(xiàn)體積膨脹，則由pV為恒量，可知溫度必定升高，對理想氣體，內(nèi)能必定增大，AU1>0,W1<0, Qi>0,且|Qi|>|Wi|;若通過溫度不變的過程實現(xiàn)體積膨脹，溫度不變，內(nèi)能不變,AU2=0, W2<0, Q2>0,且|Q2

11、|=|W2|,則AUi>AU2；由于氣體對外做功的過程中，體積 膨脹，通過溫度不變的方式，由畢為恒量，可知壓強必定減小，則平均壓強比通過壓強不變的過程時的壓強要小，故Wi>W2, Qi>Q2, B選項正確.學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)加強審題與隹模指導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)科解題能力47.熱力學(xué)定律與理想氣體實驗定律綜合的解題模型u物理模型麗【例3 在如圖3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 6 J;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9 J.圖線AC的反向延長線通過坐標(biāo)原點 O, B、C兩狀態(tài)的溫度相同，

12、理想氣體的分子勢能為零.求：圖3從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對外界做的功Wi和其內(nèi)能的增量 AU"(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量AU2及其從外界吸收的熱量 Q2.解析(1)由題意知從狀態(tài) A到狀態(tài)C的過程，氣體發(fā)生等容變化該氣體對外界做的功Wi = 0根據(jù)熱力學(xué)第一定律有AUi=Wi + Qi內(nèi)能的增量AUi=Qi=9 J.(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 AU2=AUi=9 J根據(jù)熱力學(xué)第一定律有AU2= W2 + Q2從外界吸收的熱量Q2= AU2 W2= 3 J.可以直接根據(jù)溫度的變化來確答案(i)0 9 J (2)9 J 3

13、J定內(nèi)能的變化.吸、放熱不能直接確定時，則要放在最后，根據(jù)熱力學(xué)第一定律來確定.必須指出的是，一般來說系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)體積膨脹；外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)體積則I 被壓縮.但在某些特定條件下，例如氣體自由膨脹（外界為真空）時，氣體就沒有克服外力做功.另外，在判斷內(nèi)能變化時，還必須結(jié)合物態(tài)變化以及能的轉(zhuǎn)化與守恒 來進行.【突破訓(xùn)練2】（1）我國將開展空氣中 PM2.5濃度的監(jiān)測工作.PM2.5是指空氣中直徑小于 2.5微米的、只能用顯微鏡觀察的懸浮顆粒物，其漂浮在空中做無規(guī)則運動，很難自然沉降到地面，吸入后會進入血液對人體形成危害.礦物燃料燃燒的排放量是形成PM2.5的主要原因.下列關(guān)于 PM2.

14、5的說法中不正確的是.（填寫選項前的字母）A.溫度越高，PM2.5的運動越激烈B. PM2.5在空氣中的運動屬于分子熱運動C.周圍大量分子對 PM2.5碰撞的不平衡使其在空中做無規(guī)則運動D.倡導(dǎo)低碳生活減少化石燃料的使用能有效減小PM2.5在空氣中的濃度圖4（2）一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài) A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài) C的pV圖象如圖4所示.在 由狀態(tài)A變化到狀態(tài)C的過程中，理想氣體吸收的熱量 它對外界做的功.（填“大 于”、“小于”或“等于"）.已知阿伏加德羅常數(shù)為 6.0X 1023 mol1,在標(biāo)準(zhǔn)狀況（壓弓雖po=1 atm、溫度to=0C）下 理想氣體的摩爾體積都為22.4 L,已

15、知理想氣體在狀態(tài)C時的溫度為27 C,求該氣體的分子數(shù).（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） 答案 （1）B （2）等于 7.3X 1022個解析（2）設(shè)該理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為V,對狀態(tài)C一標(biāo)準(zhǔn)狀況，由氣體實驗定律"V Vc信 T0=Tc3則 V= 330X273 L = 2.73 L該氣體的分子數(shù) N = Jna= 7.3X 1022個.Vo高考模擬提能訓(xùn)練走近嬴考檢測課堂效果提升解題能力高考題組1. （2012廣東理綜14）景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖5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(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中A.氣體溫度升高，壓強不變B.氣

16、體溫度升高，壓強變大C.氣體對外界做正功，氣體內(nèi)能增加D.外界對氣體做正功，氣體內(nèi)能減少答案解析筒內(nèi)封閉氣體被壓縮過程中，外界對氣體做正功.由熱力學(xué)第一定律AU= W+Q知，氣體內(nèi)能增加，溫度升高.由理想氣體狀態(tài)方程p=C知，氣體壓強增大.選項A、C、D錯誤，選項B正確.2. （2011廣東理綜14）圖6為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在 M向下滑動的過程中（）圖6A.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大B.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小C.氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大D.氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小答案 A解析

17、 M向下滑動的過程中，氣體被壓縮，外界對氣體做功，又因為與外界沒有熱交換，所以氣體內(nèi)能增大.模擬題組3. 密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶內(nèi)空氣（不計分子勢能）（）A.內(nèi)能增大，放出熱量B.內(nèi)能減小，吸收熱量C.內(nèi)能增大，對外界做功D.內(nèi)能減小，外界對其做功 答案 D4.某同學(xué)給四只一樣的氣球充入了質(zhì)量相同的空氣（視為理想氣體），分兩排并列放在光滑的水平面上，再在上面放一輕質(zhì)硬板， 而后他慢慢地站到硬板上， 在此過程中氣球未爆，且認為氣球中氣體溫度不變，外界對氣球中的氣體做了6 J的功，則此過程中氣球（填“吸收”或“放出”）的熱量為 J;若換上另外一個人表演時，某個氣 球突然爆炸，

18、則該氣體內(nèi)的氣體的內(nèi)能 （填“增大”或“減小”），氣體的溫度（填“升高”或“降低”）答案放出 6減小降低練出高分（限時：30分鐘）?題組1熱力學(xué)第一定律的理解1.圖1為焦耳實驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高.關(guān)于這個實驗，下列說法正確的是圖1A.這個裝置可測定熱功當(dāng)量B.做功增加了水的熱量C.做功增加了水的內(nèi)能D.功和熱量是完全等價的，無區(qū)別答案 AC解析 做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能發(fā)生改變，焦耳實驗中是通過做功來增加水的內(nèi)能，所以選項 C正確；就物體內(nèi)能的改變來說，做功和熱傳遞是等效的，這是研究熱功當(dāng)量的前提，通過焦耳實驗可測定熱功當(dāng)

19、量，所以選項A正確；一個物體的內(nèi)能是無法測量的，而在某個過程中物體內(nèi)能的變化卻是可以測定的，熱量就是用來測定內(nèi)能變化的一個物理量，所以選項B和D都錯誤.2. （2011重慶理綜15）某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成.開箱時，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖 2所示.在此過程中, 若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體圖2A.對外做正功，分子的平均動能減小B.對外做正功，內(nèi)能增大C.對外做負功，分子的平均動能增大D.對外做負功，內(nèi)能減小 答案 A解析 氣體膨脹，氣體對外界做正功，又因氣體與外界無熱交換，由熱力學(xué)第一定律可知氣體內(nèi)能減小，

20、因忽略氣體分子間相互作用，即不考慮分子勢能， 所以分子的平均動能減小，選項A正確.3. （2010全國n理綜16）如圖3,一絕熱容器被隔板 K隔開成a、b兩部分.已 知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空.抽開隔板 K后，a內(nèi)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(nèi)能減少圖3B.氣體不做功，內(nèi)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 因b內(nèi)為真空，所以抽開隔板后，a內(nèi)氣體可以“自發(fā)”進入b,氣體不做功.又因容器絕熱，不與外界發(fā)生熱量傳遞，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可以判斷其內(nèi)能不變，溫度不變.由理想氣體狀態(tài)方程可知：氣體體積增大，溫度不變，壓

21、強必然變小，綜上可判斷 B、D項正確.4.某校開展探究性課外活動，一同學(xué)用如圖4所示的裝置研究氣體壓強、體積、溫度三量之間的變化關(guān)系.該同學(xué)選用導(dǎo)熱良好的汽缸將其開口向下，內(nèi)有理想氣體，并將汽缸固定不動， 缸內(nèi)活塞可自由滑動且不漏氣.把一溫度計通過缸底小孔插入缸內(nèi)，插口處密封良好，活塞下掛一個沙桶，沙桶裝滿沙子時，活塞恰好靜止，現(xiàn)給沙桶底部鉆一個小洞，讓細沙慢慢漏出，外部環(huán)境溫度恒定，則 () 圖4A.外界對氣體做功，內(nèi)能增大B.外界對氣體做功，溫度計示數(shù)不變C.氣體體積減小，溫度計示數(shù)減小D.外界對氣體做功，溫度計示數(shù)增加答案 B解析 細沙漏出，汽缸內(nèi)氣體壓強增大，體積減小，外界對氣體做功；

22、汽缸導(dǎo)熱良好，細沙慢慢漏出，外部環(huán)境溫度穩(wěn)定，氣體溫度不變，即內(nèi)能不變，選項B正確.?題組2熱力學(xué)定律與氣體實驗定律的組合應(yīng)用5.圖5是密閉的汽缸，外力推動活塞界P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800 J,同時氣體向外()圖5放熱200 J,缸內(nèi)氣體的A.溫度升高，內(nèi)能增加 600 JB.溫度升高，內(nèi)能減少 200 JC.溫度降低，內(nèi)能增加 600 J D,溫度降低，內(nèi)能減少 200 J 答案 A解析對一定質(zhì)量的氣體，由熱力學(xué)第一定律AU = W+ Q 可知,AU = 800 J+ ( 200 J)= 600 J, AU為正表示內(nèi)能增加了 600 J,對氣體來說，分子間距較大，分子勢能為零,內(nèi)能等于

23、所有分子動能的和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動能增加，溫度升高，選項A正確.6 .如圖6所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側(cè)裝有氣體，右側(cè)為真空，現(xiàn)將隔板抽掉,讓左側(cè)氣體自由膨脹到右側(cè)直至平衡，在此過程中圖6A.氣體對外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少 B.氣體對外界做功，溫度不變，內(nèi)能不變 C.氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變 D.氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少 答案 C解析 氣體向真空膨脹，不對外做功，容器絕熱，氣體內(nèi)能不變.7 .固定的水平汽缸內(nèi)由活塞 B封閉著一定量的理想氣體， 氣體分子之間的相互作用力可以忽略.假設(shè)汽缸壁的導(dǎo)熱性能很好，環(huán)境的溫度保持不變.若用外力 F將活塞B緩慢地向右拉動，如圖

24、7所示，則在拉動活塞的過程中，關(guān)于汽缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論，其中正確的是圖7A.氣體對外做功，氣體內(nèi)能不變8 .氣體對外做功，氣體內(nèi)能減小C.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變D.氣體從外界吸熱，氣體內(nèi)能減小 答案 A解析 因汽缸導(dǎo)熱性能良好， 故氣體溫度等于環(huán)境溫度，因環(huán)境溫度不變，故氣體溫度不變，內(nèi)能不變；又因為氣體體積增大，故氣體對外做功，所以選項A正確.8. （2011山東理綜36）氣體溫度計結(jié)構(gòu)如圖 8所示.玻璃測溫泡 A內(nèi)充有理想氣體， 通過 細玻璃管B和水銀壓強計相連.開始時 A處于冰水混合物中，左管 C中水銀面在。點 處，右管D中水銀面高出 O點hi= 14 cm,后將A放入待測恒溫槽中

25、，上下移動D,使C中水銀面仍在 O點處，測得D中水銀面高出 O點h2= 44 cm.（已知外界大氣壓為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于 76 cmHg)(1)求恒溫槽的溫度.(2)此過程A內(nèi)氣體內(nèi)能 (填“增大”或“減小”)，氣體不對外做功，氣體將 (填“吸熱”或“放熱”).郴蹄圖8答案 (1)364 K(或 91C)(2)增大吸熱解析(1)設(shè)恒溫槽的溫度為丁2,由題意知Ti = 273 KA內(nèi)氣體發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律得p!=應(yīng)T1 T2p1 = Po+ Ph1 P2 = P0 + Ph2 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得T2 =364 K(或91 C )(2)內(nèi)能增大，氣體將吸熱9. (1)下列說法正確的是()A .晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化B.布朗運動是由于液體分子撞擊的不平衡引起的C. 0c的冰融化成0c的水的過程中，分子平均動能增大D.用油膜法測定油酸分子直徑時，用一滴油酸酒精溶液的體積除以油膜的面積就得到 油酸分子的直徑(2)某冰箱冷藏室容積為V,已知此狀態(tài)下空氣的摩爾體積為Vmol,阿伏加德羅常數(shù)為Na,則該冷藏室內(nèi)有 個空氣分子，空氣分子間的平均距離為 .圖9(3)如圖9所示的導(dǎo)熱汽缸固定于水平面上，缸內(nèi)用活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，外界大氣壓強保持不變.