【小初高学习】2018年高考物理一轮复习专题15.3热学定律与能量守恒定律高效演练
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第三节热力学定律与能量守恒一、热力学第一定律和能量守恒定律1.改变物体内能的两种方式(1)做功;(2)热传递.2.热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.(2)表达式:ΔU=Q+W3.能的转化和守恒定律(1)内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变.(2)第一类永动机:违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机.它是不可能制成的.1.判断正误(1)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变.( )(2)做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化的过程.( )(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,说明能量正在消失.()(4)一定质量的理想气体向真空中自由膨胀,体积增大,对外做功,熵增加.( )提示:(1)√(2)√(3)×(4)×二、热力学第二定律1.常见的两种表述(1)克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.(2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.2.第二类永动机:违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机.这类永动机不违背能量守恒定律,但它违背了热力学第二定律,也是不可能制成的.2.关于热力学定律,下列说法正确的是( )A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程提示:选ACE.内能的改变可以通过做功或热传递进行,故A 正确;对某物体做功,物体的内能不一定增加,B错误;在引起其他变化的情况下,可以从单一热源吸收热量,将其全部变为功,C正确;在有外界影响的情况下,可以使热量从低温物体传向高温物体,D错误;涉及热现象的宏观过程都具有方向性,故E正确.热力学第一定律【知识提炼】1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.2.对公式ΔU=Q+W符号的规定符号W QΔU+外界对物体做功物体吸收热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能减少3.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量.(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量.(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量.做功与热传递在改变内能的效果上是相同的,但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的:做功是其他形式的运动和热运动的转化,是其他形式的能与内能之间的转化;而热传递则是热运动的转移,是内能的转移.【典题例析】在如图所示的坐标系中,一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程:第一种变化是从状态A到状态B,外界对该气体做功为6 J;第二种变化是从状态A到状态C,该气体从外界吸收的热量为9 J.图线AC的反向延长线过坐标原点O,B、C两状态的温度相同,理想气体的分子势能为零.求:(1)从状态A到状态C的过程,该气体对外界做的功W1和其内能的增量ΔU1;(2)从状态A到状态B的过程,该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.[解析](1)由题意知从状态A到状态C的过程,气体发生等容变化该气体对外界做的功W1=0根据热力学第一定律ΔU1=W1+Q1内能的增量ΔU1=Q1=9 J。
第3讲热力学定律与能量守恒知识点一热力学第必定律改变内能的两种方式(1).(2).热力学第必定律(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传达的与外界对它所做的功的和.表达式:U=.U=Q+W中正、负号法例答案:1.(1)做功(2)热传达 2.(1) 热量(2)Q+W(3)汲取增添放出减少知识点二热力学第二定律热力学第二定律的三种表述(1)克劳修斯表述:热量不可以自觉地.(2)开尔文表述:不行能从单调热源,使之完整变为功,而不产生.或表述为“第二类永动机不行能制成”.(3)用熵的观点表述:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵(热力学第二定律又叫做熵增添原理).热力学第二定律的微观意义:全部自觉过程老是沿着分子热运动的无序性的方向进行.1.(1)(3) 2.(2)知识点三能量守恒定律内容能量既不会凭空产生,也不会凭空消逝,它只好从一种形式为另一种形式,或许从一个物体到其余物体,在转变或转移的过程中,能量的保持不变.能源的利用存在能量耗散和.重视利用能源时对的影响.要开发新能源(如、生物质能、风能、水流能等).答案:1.转变转移总量2.质量降低环境(3)太阳能(1)物体汲取热量,同时对外做功,内能可能不变.()(2)做功改变物体内能的过程是内能与其余形式的能互相转变的过程.()(3)自由摇动的秋千摆幅度愈来愈小,说明能量正在消逝.()(4)热量不行能从低温物体传到高温物体.()(5)热机中,燃气的内能能够所有变为机械能而不引其余变化.()(6)必定质量的理想气体向真空中自由膨胀,体积增大,对外做功,熵增添.()答案:(1)√(2)√(3)(4)(5)(6)考点对热力学第必定律的理解内能和改变内能的两种方式内能是物体内所有分子动能和势能的总和,它是由大批分子的热运动和分子的相对地点所决定的能.做功和热传达能够改变物体的内能,两者在改变内能上是等效的,可是从运动形式、能量转变的角度上看是不一样的:做功是其余形式的运动和热运动的转变,是其余形式的能与内能之间的转变;而热传达则是热运动的转移,是内能的转移.2.对公式U=Q+W符号确实定符号W Q U+外界对物体做功物体汲取热量内能增添-物体对外界做功物体放出热量内能减少3.三种特别状况若过程是绝热的,则Q=0,W=U,外界对物体做的功等于物体内能的增添.(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=U,物体汲取的热量等于物体内能的增添.(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即U=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量.考向1对内能的理解[典例1] (2016·新课标全国卷Ⅲ)(多项选择)对于气体的内能,以下说法正确的选项是()质量和温度都同样的气体,内能必定同样气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大C.气体被压缩时,内能可能不变D.必定量的某种理想气体的内能只与温度有关必定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能必定增添[解题指导] (1)物体的内能与物体的机械运动没关.必定量的本质气体的内能与气体体积、温度都有关,而必定量的理想气体的内能只与温度有关.[分析]温度同样的气体分子均匀动能同样,仅质量同样,分子质量不一样的气体,所含分子数不一样,气体的动能也不一样,所之内能不必定同样,A项错误;气体的内能与整体运动的机械能没关,B项错误;理想气体等温压缩过程中,其内能不变,C项正确;理想气体不考虑分子间互相作使劲,分子势能为零,必定量的气体,分子数目必定,温度同样时分子平均动能同样,因为内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和,所以D项正确;由盖—吕萨克定律可知,必定量的理想气体,等压膨胀过程中,温度必定高升,则其内能必定增添,E项正确.[答案]CDE考向2对热力学第必定律的理解[典例2](多项选择)对于必定质量的理想气体,以下表达正确的选项是()气体体积增大时,其内能必定减少外界对气体做功,气体内能可能减少C.气体从外界汲取热量,其内能必定增添D.气体温度高升,其分子均匀动能必定增添气体温度高升,气体可能向外界放热[分析]做功和热传达是改变物体内能的两种方式,气体体积增大时,可能同时从外界汲取热量,其内能不必定减少;气体从外界汲取热量,可能同时对外做功,其内能不必定增加,同理,外界对气体做功,气体内能不必定增添,选项A、C错误,B正确.温度是分子均匀动能的标记,气体温度高升,其分子均匀动能必定增添,内能增添,若外界对气体做的功大于内能的增添量,则气体向外放热,故D、E正确.[答案]BDE考向3热力学第必定律的计算[典例3]以下图-图象中,必定质量的理想气体由状态A 经过过程至状态,pV ACB B 气体对外做功280J,放出热量410J;气体又从状态B经BDA过程回到状态A,这一过程中(1)(2)(3)外界对气体做功200J.(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)ACB过程中气体的内能怎样变化?变化了多少?BDA过程中气体汲取仍是放出多少热量?[分析](1)ACB过程中W1=-280J,Q1=-410J由热力学第必定律U B-U A=W1+Q1=-690J气体内能的减少许为690J.因为必定质量理想气体的内能不过温度的函数,BDA过程中气体内能变化量U A-U B=690J由题知W2=200J由热力学第必定律U A-U B=W2+Q2解得Q2=490J,即气体汲取热量490J.[答案](1)减少了690J(2)汲取490J对于U=W+Q中正、负号的掌握,有以下规律:能使系统内能增添的过程取正,如吸热或外界对系统做功;会使系统内能减少的过程则取负,如放热或系统对外做功;内能增添时U为正,反之则为负.考点对热力学第二定律的理解对热力学第二定律要点词的理解在热力学第二定律的表述中,“自觉地”、“不产生其余影响”的涵义.“自觉地”指了然热传达等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界供给能量的帮助.“不产生其余影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内达成,对四周环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.2.热力学第二定律的本质自然界中进行的波及热现象的宏观过程都拥有方向性.如:热量Q能自觉传给(1)高温物体低温物体热量Q不可以自觉传给能自觉地完整转变为(2)功热不可以自觉地且不可以完整转变为能自觉膨胀到(3)气体体积V1气体体积V2(较大)不可以自觉缩短到能自觉混淆成(4)不一样气体A和B混淆气体AB不可以自觉分别成两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料,却能不从单调热源汲取热量,使之完整变为功,而不设计要求断地对外做功的机器产生其余影响的机器不行能制违反能量守恒定律不违反能量守恒定律,违反热力学第二定律成的原由考向1对热力学第二定律的理解[典例4] (多项选择)依据你学过的热学中的有关知识,判断以下说法中正确的选项是()机械能能够所有转变为内能,内能也能够所有用来做功转变为机械能凡与热现象有关的宏观过程都拥有方向性.在热传达中,热量只好从高温物体传达给低温物体,而不可以从低温物体传达给高温物体C.只管技术不停进步,热机的效率仍不可以达到100%D.制冷机在制冷过程中,从室内汲取的热量少于向室外放出的热量第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机不违反能量守恒定律,跟着科技的进步和发展,第二类永动机能够制造出来[分析]机械能能够所有转变为内能,而内能在惹起其余变化时也能够所有转变为机械能,A正确;凡与热现象有关的宏观过程都拥有方向性,在热传达中,热量能够自觉地从高温物体传达给低温物体,也能从低温物体传达给高温物体,但一定借助外界的帮助,B错误;只管科技不停进步,热机的效率仍不可以达到100%,C正确;由能量守恒知,制冷过程中,从室内汲取的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量,故D正确;第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机不违反能量守恒定律,而是违反了热力学第二定律,第二类永动机不行能制造出来,E错误.[答案]ACD考向2热力学定律的综合应用[典例5](多项选择)以下表达和热力学定律有关,此中正确的()选项是A.第一类永动机不行能制成,是因为违反了能量守恒定律能量耗散过程中能量不守恒C.电冰箱的制冷系统能够不停地把冰箱内的热量传到外界,违反了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转变的角度反应出自然界中的宏观过程拥有方向性物体从单调热源汲取的热量可所有用于做功[分析]第一类永动机既不用耗能量又能络绎不绝对外做功,违反了能量守恒定律,所以不行能制成,故A正确;能量耗散过程中能量也守恒,故B错误;电冰箱的致冷系统能够不停地把冰箱内的热量传到外界,是因为压缩机做功,其实不违反热力学第二定律,故C错误;能量耗散是从能量转变的角度反应出自然界中的宏观过程拥有方向性,故D正确;依据热力学第二定律可知:气体不行能从单调热源吸热,并所有用来对外做功,而不惹起其余变化,若惹起外界变化则能够,故E正确.[答案] ADE热力学第二定律的进一步理解对于热力学第二定律,要点应抓住两种表述的等效性,抓住定律的本质,即自然界中进行的波及热现象的宏观过程均拥有方向性,同时要明确,依据热力学第二定律,即便切合能量守恒定律的过程,也未必都能发生,如扩散、热传达、摩擦生热等过程均有不行逆性,这里的不行逆性是指要返回到初始状态,一定借助外界的帮助.考点热力学定律与气体图象的综合应用判断理想气体内能变化的方法(1)若做功和热传达两种过程同时发生时,内能的变化要用热力学第必定律进行剖析.若过程是绝热的,则Q=0,W=U,即外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能的增添量(减少许).等容变化,W=0,Q=U,即物体汲取(放出)的热量等于物体内能的增添量(减少许).等温变化,U=0,则W+Q=0或W=-Q,即外界对物体做的功等于物体放出的热量(物体对外界做的功等于物体汲取的热量).理想气体与热力学第必定律相联合的解题步骤(1)以必定质量的理想气体作为研究对象.(2)应用气体实验定律或理想气体状态方程剖析气体的状态变化规律.(3)联合理想气体状态方程与热力学第必定律,抓住不变量,共同确立内能与其余物理量的变化状况.[典例6] (2016·新课标全国卷Ⅱ)(多项选择)必定量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其p-T图象以下图,此中对角线ac的延伸线过原点O.以下判断正确的选项是()A.气体在、两状态的体积相等B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D.在过程da中气体从外界汲取的热量小于气体对外界做的功E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功pV[分析]由T=C可知,p-T图象中过原点的一条倾斜的直线是等容线,A项正确;气体从状态c到状态d的过程温度不变,内能不变,从状态d到状态a的过程温度高升,内能增添,B项正确;因为过程cd中气体的内能不变,依据热力学第必定律可知,气体向外放出的热量等于外界对气体做的功,C项错误;在过程da中气体内能增添,气体从外界汲取的热量大于气体对外界做的功,D项错误;过程bc中,外界对气体做的功W bc=p b(V b-V c)=p b V b -p c V c,过程da中气体对外界做的功W da=p d(V a-V d)=p a V a-p d V d,因为p b V b=p a V a,p c V c=p d V d,所以过程bc中外界对气体做的功与过程da中气体对外界做的功相等,E项正确.[答案]ABE[变式]以下图,必定质量的理想气体经历A→B、B→C、C→A三个变化过程,则:切合查理定律的变化过程是;C→A过程中气体(填“汲取”或“放出”)热量,(填“外界对气体”或“气体对外界”)做功,气体的内能(填“增添”“减少”或“不变”).已知理想气体在状态A时的温度是27℃,求气体在状态C时的温度.答案:(1)B→C汲取气体对外界增添(2)150K分析:(1)→过程中,体积不变,为等容变化过程,切合查理定律;→A 过程为等压BC C变化,跟着温度高升,气体内能增添,气体膨胀对外界做功,依据热力学第必定律可知:气体汲取热量.(2)C→A过程中气体压强不变,由盖—吕萨克定律可知:V C V A=,可得T C=150K. T C T A气体做功状况的判断方法若气体体积增大,则气体对外做功,W<0,气体向真空膨胀除外.若气体体积减小,则外界对气体做功,W>0.若气体体积不变,即等容过程,则W=0.理想气体内能变化状况的判断方法对必定质量的理想气体,因为无分子势能,其内能只包括分子无规则热运动的动能,其内能只与温度有关.1.[对热力学第必定律的理解]在一锅正在沸腾的水中,一个吝啬泡由基层迟缓地升到液面,上涨过程中气泡的压强不停减小,则气泡在上调过程中()A.内能增大B.内能减小C.外界对气泡做功D.汲取热量答案:D分析:在沸腾的水中,此环境下,气泡的温度恒定,则气泡的内能不变,应选项A、B错误;依据玻意耳定律,pV=C,气泡在上涨过程中,压强减小,则体积增大,即气泡对外做功,应选项C错误;经过上述剖析,得悉气泡内能不变,且对外做功,依据U=W+Q,则气泡汲取了热量,应选项D正确.2.[对热力学第二定律的理解](多项选择)依据热力学定律,以下说法中正确的选项是()A.电冰箱的工作过程表示,热量能够从低温物体向高温物体传达B.空调机在制冷过程中,从室内汲取的热量少于向室外放出的热量C.D.E.F.答案:AB分析:热力学第二定律的表述之一是热量不可以自觉地从低温物体传到高G.温物体,即自觉的热传达拥有方向性,选项A中热量并不是自觉地从低温物体传到高温物体,H.选项A正确;空调体制冷过程中一方面从室内汲取热量,另一方面所耗费电能中的一部分又I.变为热量消散在室外,使排放到室外的热量多于从室内汲取的热量,选项B正确;由热力学J.第二定律的表述“不行能从单调热源汲取热量,并把它所有用来做功,而不惹起其余变化”可知选项C错误;内能的变化决定于做功和热传达两个方面,压缩气体的同时向外界放热,K.气体的温度可能不变,也可能降低,选项D错误.L.3.[热力学第一、第二定律综合]对于两类永动机和热力学的两个定律,以下说法正确的M.是()第二类永动机不行能制成是因为违犯了热力学第必定律第一类永动机不行能制成是因为违犯了热力学第二定律由热力学第必定律可知做功不必定改变内能,热传达也不必定改变内能,但同时做功和热传达必定会改变内能D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单调热源汲取热量,完整变为功也是可能的答案:D分析:第一类永动机违犯能量守恒定律,第二类永动机违犯热力学第二定律,A、B错误;由热力学第必定律可知W≠0,Q≠0,但U=W+Q能够等于零,C错误;由热力学第二定律可知D中现象是可能的,但会惹起其余变化,D正确.4.[气体图象](多项选择)以下图是必定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V-t图象,气体由状态A变化到状态B的过程中,以下说法正确的选项是()气体的内能增大气体的内能不变气体对外做功,同时从外界汲取热量答案:ACE分析:由状态A到状态B,温度高升,内能增大,A正确,B错误;由理想气体状态方程可知,由状态A 到状态,压强减小,C正确,D错误;气体内能增添,从外界吸B收热量,压强减小,对外做功,E正确.5.[气体图象](多项选择)必定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其-图象以下图,以下判断正确的选项是()pTA.过程B.过程C.过程ab中气体必定吸热bc中气体既不吸热也不放热ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D.a、b和c三个状态中,状态a分子的均匀动能最小E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内遇到气体分子撞击的次数不一样pVp答案:ADE分析:因为T=常数,从题图中可看出,ab过程T不变,则体积V不变,所以ab过程是温度高升、压强增大、体积不变,依据热力学第必定律可知,过程ab必定是精选文档11吸热过程,A 正确;bc 过程温度不变,可是压强减小,体积膨胀对外做功,应当是汲取热量, B 错误;ca 过程压强不变、温度降低、体积减小,外界对气体做功,但因为温度降低,说明对外放热大于外界对其做的功,故 C 错误;状态 a 温度最低,而温度是分子均匀动能的标记,所以状态 a 分子的均匀动能最小, D 正确; bc 过程体积增大了,容器内分子数密度减小,温度不变,分子均匀速率不变,所以c 状态单位面积容器壁在单位时间内遇到分子碰撞的次数减少了, E 正确.。
专题15.3 热学定律与能量守恒定律1.(2017新课标Ⅱ 33(1))(1)(5分)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。
现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。
待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。
假设整个系统不漏气。
下列说法正确的是________(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。
A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中,气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变【答案】ABD【名师点睛】此题考查学生对热力学第一定律的理解和运用能力;要知道气体在向真空膨胀时不对外做功;绝热状态时Q=0;理想气体的内能只与温度有关.2.(2017新课标Ⅲ 33(1))如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。
下列说法正确的是_______(填正确答案标号。
选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。
每选错1个扣3分,最低得分为0分)。
A.在过程ab中气体的内能增加 B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功 D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量【答案】ABD【名师点睛】本题考查了判断气体吸热与放热情况、气体内能如何变化,分析清楚图示图象、由理想气体状态方程与热力学第一定律即可正确解题。
解题关键是弄清图线的物理意义,并能从图象中获取信息;热力学第一定律也是常考的知识点,要掌握表达式ΔU=Q+W,并能理解公式中各个物理量的含义及符号法则。
3.(1)(2017江苏卷,12A(1))一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C,其V–T图象如图12A–1图所示。
高中物理能量守恒定律知识点总结物理学中的守恒定律是古典物理学和现代物理学的基础,它的概念贯穿于各个领域,描述物质和能量在物理反应中的守恒作用。
在高中物理中,能量守恒定律是一个重要的概念,学生们在理解它时要把它与其它物理知识结合起来,以便更好地学习和应用这一定律。
下面将对高中物理能量守恒定律的知识点进行总结。
首先,要了解能量守恒定律的概念,就要弄清楚什么是能量以及它的守恒原理。
能量是指物质能在其它物质之间转化成其它形式的能力。
能量守恒定律可以用一句话来概括:在任何一个物理反应过程中,物质与能量总是守恒的,因此物质与能量的转化总是保持平衡的。
也就是说,当一种物质发生转化时,另一种能量就会产生,而这些能量也会被物质所耗费。
其次,要深入理解能量守恒定律,就要了解它的应用。
能量守恒定律的应用范围很广,几乎涉及到物理中的每一个领域。
比如,电磁力学、声学、机械能学、光学以及热力学中的一些概念都与能量守恒定律有关。
它的应用之一是能量平衡的概念,比如说压强的变化是由能量的转化而引起的,使得在物理反应中能量的变化保持平衡,也就是说,能量没有丢失,而是从一种形式转变成另外一种形式。
同时,能量守恒还可以用于描述物质转化过程中能量的流动情况,从而使我们对物质及能量的流动有更深入地了解。
第三,要掌握能量守恒定律,就要学习如何利用它。
一般来说,当我们遇到物理反应中涉及到能量变化问题时,就可以利用能量守恒定律来解决问题。
比如说有一个问题要求求解两个物质的能量变化,那么就可以利用能量守恒定律将物质间的能量变化转化为对物质守恒关系,然后根据这一关系利用物理知识解决问题。
此外,为了更好地掌握能量守恒定律,还可以结合实验进行实践,比如模拟一些物理实验,检测物质与能量的转化过程,使学生更加熟悉守恒定律的应用。
综上所述,能量守恒定律是高中物理中一个重要的概念,学生在学习和理解它时要熟悉它的概念、应用及其利用原理。
只有系统地学习,才能更好地掌握能量守恒定律,运用它分析、解决物理问题,从而提高高中物理学习成绩。
专题15.3 热学定律与能量守恒定律
1.(多选)如图,将一空的铝制易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中,则金属罐在水中缓慢下降过程中,罐内空气(可视为理想气体)( )
A.内能增大
B.分子间的平均距离减小
C.向外界放热
D.对外界做正功
【答案】BC.
2.(多选)下列说法中正确的是( )
A.一定质量的理想气体温度升高时,分子的平均动能一定增大
B.不可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,而不产生其他变化
C.不可能使热量从低温物体传向高温物体
D.当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大
E.分子间距离增大时,分子力一定减小
【答案】ABD.
【解析】温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子平均动能增大,A正确.热力学第二定律可以表示为:不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其他变化,B正确.通过做功的手段可以使热量从低温物体传向高温物体,C错误.当分子力表现为引力时,增大分子间的距离,需要克服分子间的引力做功,所以分子势能增大,D正确.分子间的作用力随分子间的距离增大先增大后减小,因此分子力可能增大,也可能减小,E错误.
3.(多选)下列说法正确的是( )
A.1 g100 ℃的水的内能小于1 g100 ℃的水蒸气的内能
B.气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关
C.热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象,能量耗散不符合热力学第二定律
D.第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
E.某种液体的饱和蒸汽压与温度有关
【答案】ABE.
【解析】1 g100 ℃的水的势能小于1 g 100 ℃的水蒸气的势能,温度相同,二者的分子平均动能相同,故A正确.气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关,B正确.热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象,能量耗散符合热力学第二定律,C错误.第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律,第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律,D错误.某种液体的饱和蒸汽压与温度有关,E正确.
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.气体总是充满容器,说明气体分子间只存在斥力
B.对于一定质量的理想气体,温度升高,气体内能一定增大
C.温度越高布朗运动越剧烈,说明水分子的运动与温度有关
D.物体内能增加,温度一定升高
E.热量可以从低温物体传到高温物体
【答案】BCE.
5.(多选)如图所示,汽缸和活塞与外界均无热交换,中间有一个固定的导热性良好的隔板,封闭着两部分气体A和B,活塞处于静止平衡状态.现通过电热丝对气体A加热一段时间,后来活塞达到新的平衡,不计气体分子势能,不计活塞与汽缸壁间的摩擦,大气压强保持不变,则下列判断正确的是( )
A.气体A吸热,内能增加
B.气体B吸热,对外做功,内能不变
C.气体A分子的平均动能增大
D.气体A和气体B内每个分子的动能都增大
E.气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少
【答案】ACE.
6.(多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V 和摄氏温度变化关系的V -t 图象,气体由状态A 变化到状态B 的过程中,下列说法正确的是( )
A .气体的内能增大
B .气体的内能不变
C .气体的压强减小
D .气体的压强不变
E .气体对外做功,同时从外界吸收热量 【答案】ACE.
【解析】由状态A 到状态B ,温度升高,内能增大,A 正确,B 错误;由理想气体状态方程可知,由状态A 到状态B ,压强减小,C 正确、D 错误;气体内能增加,从外界吸收热量,压强减小,对外做功,E 正确. 7.一定质量的理想气体,状态从A →B →C →D →A 的变化过程可用如图所示的p -V 图描述,图中p 1、p 2、V 1、
V 2和V 3为已知量.
(1)气体状态从A 到B 是______(填“等容”“等压”或“等温”)过程;
(2)状态从B 到C 的变化过程中,气体的温度________(填“升高”“不变”或“降低”); (3)状态从C 到D 的变化过程中,气体________(填“吸热”或“放热”). (4)状态从A →B →C →D 的变化过程中,气体对外界所做的总功为________. 【答案】 (1)等压 (2)降低 (3)放热 (4)p 2(V 3-V 1)-p 1(V 3-V 2) 【解析】(1)由p -V 图象可以看出,从A 到B 是等压变化.
(2)从B 到C 状态,气体体积不变,压强减小,则pV
T
等于定值可知,气体温度降低.
(3)从C 到D 状态,气体压强不变,体积减小,由pV T
等于定值可知,气体温度降低,内能减少,ΔU <0;由
于气体体积减小,外界对气体做功,W>0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q<0,放热.
(4)从A→B,气体体积增大,气体对外界做功W1=p2 (V3-V1);从B→C,气体体积不变,W2=0;从C→D,气体体积减小,外界对气体做功或气体对外界做负功,即W3=-p1(V3-V2);故从A→B→C→D的变化过程中,气体对外界做总功W=W1+W2+W3=p2(V3-V1)-p1(V3-V2).
8.气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A内充有理想气体.通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm.已知外界大气压为1个标准大气压,1标准大气压相当于76 cmHg.
(1)求恒温槽的温度;
(2)此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”);气体不对外做功,气体将________(填“吸热”或“放热”).
【答案】 (1)364 K(或91 ℃) (2)增大吸热
9.一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳暴晒,气体温度由T0=300 K升至T1=350 K.
(1)求此时气体的压强;
(2)保持T1=350 K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值.判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因.
【答案】 (1)76p 0 (2)6
7
吸热,原因见解析
10.如图所示,一根两端开口、横截面积为S =2 cm 2
足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深).管中有一个质量不计的光滑活塞,活塞下封闭着长L =21 cm 的气柱,气体的温度为t 1=7 ℃,外界大气压取p 0=1.0×105
Pa(相当于75 cm 高的汞柱的压强).
(1)若在活塞上放一个质量为m =0.1 kg 的砝码,保持气体的温度t 1不变,则平衡后气柱为多长?(g =10 m/s 2
)
(2)若保持砝码的质量不变,对气体加热,使其温度升高到t 2=77 ℃,此时气柱为多长? (3)若在(2)过程中,气体吸收的热量为10 J ,则气体的内能增加多少? 【答案】 (1)20 cm (2)25 cm (3)8.95 J
【解析】 (1)被封闭气体的初状态为p 1=p 0=1.0×105
Pa
V 1=LS =42 cm 3,T 1=280 K
末状态压强p 2=p 0+mg
S
=1.05×105
Pa
V 2=L 2S ,T 2=T 1=280 K
根据玻意耳定律,有p 1V 1=p 2V 2,即p 1L =p 2L 2 得L 2=p 1p 2
L =20 cm.
(2)对气体加热后,气体的压强不变,p 3=p 2,V 3=L 3S ,T 3=350 K 根据盖-吕萨克定律,有V 2T 2=V 3T 3,即L 2T 2=L 3T 3
得L 3=T 3T 2
L 2=25 cm.
(3)气体对外做的功W=p2Sh=p2S(L3-L2)=1.05 J
根据热力学第一定律得ΔU=W+Q=-1.05 J+10 J=8.95 J。