高考物理一輪復(fù)習(xí)提分寶典 第38課 熱力學(xué)定律與能量守恒

第38課·熱力學(xué)定律與能量守恒1．對熱力學(xué)第一定律的理解a．絕熱系統(tǒng)中可根據(jù)ΔU＝W判斷內(nèi)能變化(1)(多選)(2017全國Ⅱ，5分)如圖所示，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：氣體向真空擴散過程中不對外做功，且又因為汽缸絕熱，可知氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同，故A項正確，C項錯誤。氣體在被壓縮的過程中，活塞對氣體做功，因此氣體內(nèi)能增加，故B項、D項均正確。氣體在被壓縮的過程中，因氣體內(nèi)能增加，則溫度升高，氣體分子的平均動能增加，故E項錯誤。b．根據(jù)ΔU＝Q＋W判斷內(nèi)能變化(2)(2015北京理綜，6分)下列說法正確的是()A．物體放出熱量，其內(nèi)能一定減小B．物體對外做功，其內(nèi)能一定減小C．物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能增加D．物體放出熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能不變答案：C解析：物體放出熱量，若外界對物體做的功大于其放出的熱量，內(nèi)能可能增加，故A項錯誤。物體對外做功，若同時從外界吸收的熱量大于對外做的功，則內(nèi)能增加，故B項錯誤。物體吸收熱量，同時對外做功，若物體吸收的熱量大于對外做的功，則內(nèi)能增加，故C項正確。物體放出熱量，Q<0，同時對外做功，W<0，則ΔU<0，內(nèi)能一定減少，故D項錯誤。2．對熱力學(xué)第二定律的理解a．根據(jù)“自發(fā)”和“不產(chǎn)生其他影響”進行相關(guān)判斷(3)(多選)(2018匯編，5分)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體(2016全國Ⅰ)B．熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞(2008四川理綜)C．根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機的效率可以達到100%(2013安徽理綜)D．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功(2009四川理綜)答案：AD解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A項正確。熱量能夠從低溫物體傳向高溫物體，但要產(chǎn)生其他影響，故B項錯誤。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機的效率不可能達到100%，故C項錯誤。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，物體從單一熱源吸收的熱量不能全部用于做功而不產(chǎn)生其他影響，所以在產(chǎn)生其他影響的情況下物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，故D項正確。b．依據(jù)能量守恒與熱力學(xué)第二定律判定永動機不能制成(4)(經(jīng)典題，4分)如圖所示，一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是()A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身C．轉(zhuǎn)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答案：D解析：轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的過程中克服摩擦力做功，轉(zhuǎn)輪的速度越來越小，所以要維持轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動需要外力做功，故A項錯誤。要維持轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動需要外力做功，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量不能由轉(zhuǎn)輪自己提供，故B項錯誤。轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水的過程是水對轉(zhuǎn)輪做功的過程，同時水會向四周放出熱量，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知水的內(nèi)能減小，故水溫降低，故C項錯誤。根據(jù)能量守恒定律，葉片在熱水中吸收的熱量一部分在空氣中釋放，還有一部分轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)輪的機械能，故葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，故D項正確。3．氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用a．查理定律、玻意耳定律與熱力學(xué)第一定律結(jié)合解題(5)(經(jīng)典題，8分)一太陽能空氣集熱器，底面及側(cè)面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積為V0，開始時內(nèi)部封閉氣體的壓強為p0。經(jīng)過太陽曝曬，氣體溫度由T0＝300K升至T1＝350K。①求此時氣體的壓強；②保持T1＝350K不變，緩慢抽出部分氣體，使氣體壓強再變回到p0。求集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值。判斷在抽氣過程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并簡述原因。(5)答案：①eq\f(7,6)p0(2分)②eq\f(6,7)(4分)吸熱，因為抽氣過程中剩余氣體溫度不變，故內(nèi)能不變ΔU＝0，而剩余氣體膨脹對外做功W<0，所以根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知Q>0，即剩余氣體要吸熱。(2分)解析：①設(shè)升溫后氣體的壓強為p1，由查理定律得eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1)①(1分)代入數(shù)據(jù)得p1＝eq\f(T1,T0)p0＝eq\f(7,6)p0②(1分)②抽氣過程可等效為等溫膨脹過程，設(shè)膨脹后氣體的總體積為V，由玻意耳定律得p1V0＝p0V③(1分)聯(lián)立②③式得V＝eq\f(7,6)V0④(1分)設(shè)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值為k，由題意得k＝eq\f(V0,V)⑤(1分)聯(lián)立④⑤式得k＝eq\f(6,7)⑥(1分)吸熱，因為抽氣過程中剩余氣體溫度不變，故內(nèi)能不變ΔU＝0，而剩余氣體膨脹對外做功W<0，所以根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知Q>0，即剩余氣體要吸熱。(2分)b．理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C與熱力學(xué)第一定律結(jié)合解題(6)(2015重慶理綜，6分)某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大。若這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么()A．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能