高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒

课时作业33 热力学定律和能量守恒时间：45分钟满分：100分一、选择题(8×8′＝64′)1.2011·大纲全国关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )A．气体吸收的热量可以完全转化为功B．气体体积增大时，其内能一定减少C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．外界对气体做功，气体内能可能减少解析：由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功，但通过其他方法可以全部转化为功，故A正确；气体体积增大，对外做功，若同时伴随有吸热，其内能不一定减少，B错误；气体从外界吸热，若同时伴随有做功，其内能不一定增加，C错误；外界对气体做功，同时气体放热，其内能可能减少，D正确．答案：AD2．下列说法中正确的是( )A．任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行解析：物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，所以A选项错误．将内能全部转化为机械能而不引起其他变化是不可能的，B选项错误．在热力学第二定律中，热传导是有方向性的，不违背能量转化和守恒定律，但不能自发进行，D选项错误．做功和热传递是改变内能的两种方式，C选项正确．答案：C图13．如图1，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，则( )A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小解析：水温恒定且金属筒缓慢下降，则空气的温度始终不变，气体的内能不变，B、D错误．筒内空气体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律，气体必须向外界放热，A 错误，所以C正确．答案：C4．图2为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是( )图2A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析：在电冰箱的热量传递过程中是由于压缩机消耗电能做功才使热量从冰箱内传到冰箱外，并不是自发地进行，所以A项错误，B项正确．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律和能量守恒定律，所以C项正确，D项错误．答案：BC5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有( )A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1＞Q2解析：理想气体的初态和末态相同，则温度相同，理想气体的内能变化为零．由热力学第一定律：ΔU＝W总＋Q总＝(W1－W2)＋(Q1－Q2)，0＝(W1－W2)＋(Q1－Q2)，所以W2－W1＝Q1－Q2，所以A选项正确．答案：A图36．如图3所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上．弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E p(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态．经过此过程( )A．E p全部转换为气体的内能B．E p一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能C．E p全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D．E p一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能解析：依题可知，断开绳子，活塞最终静止后的位置高于初始位置，E p的能量转化有三种形式：活塞的重力势能、气体的内能及弹簧的弹性势能，故D正确．答案：D图47．(2010·全国卷Ⅱ)如图4，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中( )A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变解析：由于b内为真空，容器绝热，所以a内气体进入b时不做功，且内能不变，温度不变，选项B正确，A、C错误；根据气体压强微观解释可知，气体等温膨胀，则压强变小，选项D正确．答案：BD8．(2010·重庆高考)给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加解析：缓慢放水过程中，胎内气体体积增大、温度不变，内能不变，分子平均动能不变，选项C、D错误；由体积增大可知气体对外界做功，或克服外界做功，选项B错误．由热力学第一定律可知气体从外界吸热，选项A正确．答案：A二、计算题(3×12′＝36′)9．(2009·山东高考)一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知V A＝0.3 m3，T A＝T C＝300K，T B＝400 K.(1)求气体在状态B时的体积．(2)说明B→C过程压强变化的微观原因．(3)设A→B过程气体吸收热量为Q1，B→C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因．解析：(1)设气体在B 状态时的体积为V B ，由盖·吕萨克定律得V A T A ＝V B T B① 代入数据得V B ＝0.4 m 3.②(2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小)．(3)Q 1大于Q 2；因T A ＝T C ，故A →B 增加的内能与B →C 减少的内能相同，而A →B 过程气体对外做正功，B →C 过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q 1大于Q 2.答案：(1)0.4 m 3(2)见解析 (3)Q 1>Q 2，原因见解析图510．如图5所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部由一细管连通(忽略细管的容积)．两气缸各有一活塞，质量分别为m 1和m 2，活塞与气缸壁无摩擦．活塞的下方为理想气体，上方为真空．当气体处于平衡状态时，两活塞位于同一高度h .(已知m 1＝3m ，m 2＝2m )(1)在两活塞上同时各放一质量为m 的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差(假定环境的温度始终保持为T 0)(2)在达到上一问的终态后，环境温度由T 0缓慢上升到T ，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？气体是吸收还是放出了热量？(假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部)解析：(1)设左、右活塞的面积分别为A ′和A .由于气体处于平衡状态，故两活塞对气体的压强相等，即3mg A ′＝2mg A由此得A ′＝ 32A ①在两个活塞上各加一质量为m 的物块后，右活塞降至气缸底部，所有气体都在左气缸中． 在初态，气体的压强为2mg A ，体积为5Ah 2；在末态，气体的压强为8mg 3A ，体积为3Ax2(x 为左活塞的高度)．由波意耳—马略特定律得mg A 5Ah ＝4mg3A3Ax ②由上式解得x ＝54h ③即两活塞的高度差为54h .(2)当温度由T 0上升到T 时，气体的压强始终为8mg3A .设x ′是温度达到T 时左活塞的高度，由盖·吕萨克定律得x ′＝T T 0x ＝5Th 4T 0④气体对活塞做的功为W ＝Fs ＝4mg 54h (T T 0－1)＝5mgh (TT 0－1)⑤在此过程中气体吸收热量．答案：(1)54h (2)5mgh (TT 0－1) 吸收热量11．现有m ＝0.90 kg 的硝酸甘油[C 3H 5(NO 3)3]被密封于体积V 0＝4.0×10－3m 3的容器中，在某一时刻被引爆，瞬间发生剧烈的化学反应，反应的产物全是氮、氧等气体．假设：反应中每消耗1 kg 硝酸甘油释放能量U ＝6.00×106J ；反应产生的全部混合气体温度升高1 K 所需能量Q ＝1.00×103J ；这些混合气体满足理想气体状态方程pVT＝C (恒量)，其中恒量C ＝240 J/K.已知在反应前硝酸甘油的温度T 0＝300 K ．若设想在化学反应发生后容器尚未破裂，且反应释放的能量全部用于升高气体的温度．求器壁所受的压强．解析：化学反应完成后，硝酸甘油释放的总能量W ＝mU ①设反应后气体的温度为T ，根据题意，有W ＝Q (T －T 0)②器壁所受的压强p ＝CT V 0③联立①②③式并代入数据得p ＝3.4×108Pa. 答案：3.4×108Pa.。

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热力学定律与能量守恒定律1．如图所示,一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为T b和T c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac.则（）A．T b>T c，Q ab>Q ac B．T b>T c，Q ab<Q acC．T b＝T c，Q ab>Q ac D．T b＝T c，Q ab〈Q ac答案：C解析：根据理想气体状态方程有：错误!＝错误!＝错误!,所以有T a<T b＝T c，在ab过程中,吸收的热量Q ab＝ΔU＋W，在ac过程中，吸收的热量Q ac＝ΔU，所以Q ab〉Q ac,所以C项正确，A、B、D项错误．2．（2014·重庆卷）重庆出租车常以天然气作为燃料．加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)( ) A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小答案：B解析：储气罐中气体体积不变,气体不做功，当温度升高时,气体压强增大，气体内能增大,分子平均动能增大；由热力学第一定律可知，气体一定吸热，故选项B正确．3．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2。

高三物理热力学定律与能量守恒试题答案及解析1.一个晴朗的天气，小明觉得湖水中鱼儿戏水时吐出小气泡的情景很美，于是画了一幅鱼儿戏水的图画（如图所示）。

但旁边的同学认为他的画有不符合物理规律之处，请根据你所掌握的物理知识正确画出草图，并指出这样画的物理依据。

①（2分）请在答题纸上画上你认为正确的草图②（3分）依据③（2分）如果认为小气泡在水中缓慢上升，则小气泡中的气体对外做的功（填“大于”、“等于或“小于”）气体吸收的热量。

【答案】①如图所示②因上层水温较高和压强较小，故小气泡在上升过程中气泡内压强减小，温度升高，体积增大。

③“小于”【解析】①、②晴朗天气，上层水温较高，压强较小，故小气泡在上升过程中气泡内压强减小，温度升高，体积增大，所以正确的草图如图③由题意知，气泡在上升过程中，温度升高△U>0，体积增大W＜0，吸收热量Q>0，根据热力学第一定律△U=W+Q，可知气体对外做的功小于气体吸收的热量。

【考点】本题考查热力学定律2.某一密闭容器中密封着一定质量的某种气体，气体分子间的相互作用力表现为引力．下列说法中正确的是 ()．A．在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁的顶部没有作用力B．若气体膨胀对外界做功，则分子势能一定增大C．若气体被压缩，外界对气体做功，则气体内能一定增加D．若气体从外界吸收的热量等于气体膨胀对外界做的功，则气体分子的动能一定不变【答案】B【解析】在完全失重的情况下，密闭容器内的气体仍然有压强，气体对器壁的顶部有作用力，所以选项A错误；气体膨胀，分子间距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增大，选项B正确；外界对气体做功，但气体有可能向外界放热，所以内能的变化情况不能确定，选项C错误；气体从外界吸收的热量等于气体膨胀对外界做的功，所以内能不变，但分子势能增大了，所以分子动能一定减小，选项D错误．3.一质点竖直向上运动，运动过程中质点的机械能与高度的关系的图象如图所示，其中0～h1过程的图线为水平线，h1～h2过程的图线为倾斜直线．根据该图象，下列判断正确的是A．质点在0～h1过程中除重力外不受其他力的作用B．质点在0～h1过程中动能始终不变C．质点在h1～h2过程中合外力与速度的方向一定相反D．质点在h1～h2过程不可能做匀速直线运动【答案】CD【解析】质点在0～h1过程中，械能E随上升高度h不变，也就是机械能守恒，物体可能不受外力，也可能受外力，但外力做功为零，A错误；质点在0～h1过程中机械能不变，重力势能增加，所以动能减小， B错误；质点在h1～h2过程中械能E随上升高度h均匀减小，所以物体动能减小，即物体做减速运动，所以合外力与速度的方向一定相反， CD正确。

课时规范练41热力学定律与能量守恒定律基础对点练1.(多选)(热力学定律的理解)关于热力学定律,下列说法正确的是()A.根据热力学第一定律可知,一定质量的理想气体等压膨胀对外做功,内能一定减少B.第一类永动机制不成,是因为它违反了热力学第一定律C.热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律D.从微观意义上讲,热力学第二定律是一个统计规律2.(热力学第一定律与气体状态方程的综合)如图所示,导热良好的圆筒形汽缸竖直放置在水平地面上,用活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,活塞上堆放着铁砂,系统处于静止状态。

现缓慢取走铁砂,忽略活塞与汽缸之间的摩擦,外界环境温度不变,则在此过程中缸内气体()A.对外做功,其内能减少B.温度不变,与外界无热量交换C.分子碰撞缸壁时的平均作用力减小D.分子单位时间内对活塞的碰撞次数减少3.(多选)(热力学定律与图像)一定质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V-T图像如图所示,p a、p b、p c分别表示a、b、c的压强,下列判断正确的是()A.状态a、b、c的压强满足p c=p b=3p aB.过程a到b中气体内能增大C.过程b到c中气体吸收热量D.过程c到a中气体吸收的热量等于对外做的功4.(热力学定律与图像)右图为一定质量的理想气体状态的两段变化过程,一个从c到b,另一个是从a到b,其中c与a的温度相同,比较两段变化过程,则()A.c到b过程气体放出热量较多B.a到b过程气体放出热量较多C.c到b过程内能减少较多D.a到b过程内能减少较多5.(多选)(热力学定律与图像综合)如图,一定量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环,A、B、C、D分别位于矩形的四个顶点上。

下列说法正确的是()T0A.状态C的温度为32B.A→B过程,分子的平均动能减少C.D→A过程,气体压强增大、内能减小D.经历A→B→C→D→A一个循环,气体吸收的热量大于释放的热量6.(热力学第二定律)(2022山东枣庄期末)“天宫”空间站是“天和核心舱”“问天实验舱”和“梦天实验舱”的三舱组合体,三舱皆有“气闸舱”;航天员出站时,要途经“气闸舱”“减压”后才能出站;从太空返回空间站时要途经“气闸舱”“升压”后才能进站。

13·4热力学定律与能量守恒1．(2018·济南模拟)下列说法正确的是( )A．单晶体冰糖磨碎后熔点不会发生变化B．足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果C．一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，其内能一定增加D．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的E．一定质量的理想气体体积保持不变，单位体积内分子数不变，温度升高，单位时间内撞击单位面积上的分子数不变2. (2016·高考全国卷Ⅱ)一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图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是________．A．气体在a、c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中气体从外界吸收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3．(2018·湖北襄阳四中周考)下列对热力学定律的理解正确的是( ) A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功B．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能C．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量D．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能可能减少4.(多选)(2018·昆明模拟)关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列论述错误的是( )A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能,故这两条定律是相互矛盾的B.内能可以全部转化为其他形式的能,只是会产生其他影响,故两条定律并不矛盾C.两条定律都是有关能量转化的规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别D.能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律E.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的5.(多选)(2018·石家庄模拟)下列说法中正确的是( )A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片放入火罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。

第3讲　热力学定律与能量守恒知识一　热力学第一定律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＋W.3．ΔU＝W＋Q中正、负号法则物理量W QΔU意义符号＋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　(1)内能的变化与做功和热传递有关，只确定一个因素不能判断内能增加或减少．(2)应用热力学第一定律，一定要弄清各物理量的符号．知识二　热力学第二定律及微观意义1．热力学第二定律的两种表述(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．或表述为“第二类永动机是不可能制成的．”2．用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(填“增大”或“减小”)．3．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．知识三　能量守恒定律和两类永动机1．能量守恒定律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．能源的利用(1)存在能量耗散和品质下降．(2)重视利用能源时对环境的影响．(3)要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等)．3．两类永动机(1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器．违背能量守恒定律，因此不可能实现．(2)第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器．违背热力学第二定律，不可能实现.考点一　热力学第一定律的理解和应用一、在ΔU＝Q＋W中，W表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；Q表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而ΔU＝Q＋W是能量守恒定律的具体体现．二、三种特殊情况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．2．若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．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．————————————　(2013·北京高考)下列说法正确的是( )A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动B．液体分子的无规则运动称为布朗运动C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加D．物体对外界做功，其内能一定减少【解析】　布朗运动是颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，故A正确，B错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能也不一定减少，故C、D错误．【答案】　A————————————　一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？【解析】　(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.【答案】　(1)增加了160 J　(2)外界对气体做功　80 J考点二　热力学第二定律的理解和应用一、在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的含义1．“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．2．“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．二、热力学第二定律的实质　热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．三、热力学过程方向性实例1．高温物体低温物体．热量Q 能自发传给热量Q 不能自发传给2．功热．能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为3．气体体积V 1气体体积V 2(较大)．能自发膨胀到不能自发收缩到4．不同气体A 和B 混合气体AB .能自发混合成不能自发分离成————————————　如图11－3－1所示中汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )图11－3－1A ．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B ．气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C ．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D ．A 、B 、C 三种说法都不对【解析】　热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．本题中如果没有外界的帮助，比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动，使气体膨胀对外做功，导致气体温度略微降低，是不可能从外界吸收热量的，即这一过程虽然是气体从单一热源吸热，全用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律．【答案】　C ————————————　(多选)(2012·新课标全国高考)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【解析】　根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W ，A 正确，B 错误．根据热力学第二定律，C 、E 正确，D 错误．【答案】　ACE　考点三　热力学定律与气体实验定律的综合应用————————————　图11－3－2(2012·山东高考)如图11－3－2所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U 型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l 1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h ＝10 cm.(环境温度不变，大气压强p 0＝75 cmHg)(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．(2)此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)．【解析】　(1)设U 型管横截面积为S ，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p 1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p 2，气柱长度为l 2，稳定后低压舱内的压强为p .左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p 1V 1＝p 2V 2①p 1＝p 0②p 2＝p ＋p h ③V 1＝l 1S ④V 2＝l 2S ⑤由几何关系得h ＝2(l 2－l 1)⑥联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p ＝50 cmHg.⑦(2)左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，ΔU ＝0，根据热力学第一定律，ΔU ＝Q ＋W 且W ＜0，所以Q ＝－W ＞0，气体将吸热．【答案】　(1)50 cmHg (2)做正功　吸热————————————　如图11－3－3，体积为V 、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T 0、压强为1.2p 0的理想气体，p 0和T 0图11－3－3分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U 与温度T 的关系为U ＝αT ，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V 1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q .【解析】　(1)在气体由p ＝1.2p 0下降到p 0的过程中，气体体积不变，温度由T ＝2.4T 0变为T 1，由查理定律得＝T 1T p 0p在气体温度由T 1变为T 0的过程中，体积由V 减小到V 1，气体压强不变，由盖—吕萨克定律得＝，解得Error!V V 1T 1T 0(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W ＝p 0(V －V 1)在这一过程中，气体内能的减少量为ΔU ＝α(T 1－T 0)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q ＝W ＋ΔU ，解得Q ＝p 0V ＋αT 012【答案】　(1)V (2)p 0V ＋αT 01212　(1)理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内能只取决于温度，而与体积无关．(2)在气体状态变化过程中，三个状态参量(p 、V 、T )遵循理想气体状态方程＝(或＝C 常数)，判断气体的内能的变化只需分析气体的温度，温度升高(或降低)，p 1V 1T 1p 2V 2T 2pV T 内能增大(或减小)．(3)由气体体积变化情况分析做功情况，气体体积增大，气体对外做功，气体体积减小，外界对气体做功．然后由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 确定热量Q 的正、负，判断出吸热、放热.1．物体的内能增加了20 J ，下列说法中正确的是( )A ．一定是外界对物体做了20 J 的功B ．一定是物体吸收了20 J 的热量C ．一定是物体分子动能增加了20 JD ．物体的分子平均动能可能不变【解析】　做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J ，其方式是不确定的，因此A 、B 错误．而物体内能包括所有分子的平均动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、势能三者决定，因此答案C 错误．物体内能增加20 J 温度可能不变，故平均动能可能不变，D 正确．【答案】　D2．(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是( )A ．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机B ．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C ．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D ．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化【解析】　根据第二类永动机的定义可知A 选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以B 选项错误．机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C 选项错误，D 选项正确．【答案】　AD3．若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是( )A ．气体分子间的作用力增大B ．气体分子的平均速率增大C ．气体分子的平均动能减小D ．气体组成的系统的熵增加【解析】　考虑气体分子间作用力时，若分子力是引力，分子间距从r 0增大，则分子力先增大后减小，A 错误．气泡上升过程中温度不变，分子平均动能不变，分子平均速率也不变，B 、C 错误．气泡上升过程中体积膨胀，分子势能增加，内能增大，而对外做功，故气体一定吸收热量，又因为温度不变，故其熵必增加，D 正确．【答案】　D4．(2011·福建高考)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则该理想气体的( )A ．温度降低，密度增大B ．温度降低，密度减小C ．温度升高，密度增大D ．温度升高，密度减小【解析】　由ΔU ＝W ＋Q 可得理想气体内能变化ΔU ＝－1.0×104 J ＋2.5×104 J ＝1.5×104 J>0，故温度升高，A 、B 两项均错．因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由ρ＝可知密度变小，故C 项错误，D 项正确．m V 【答案】　D5．如图11－3－4是密闭的汽缸，外力推动活塞P 压缩气体，对缸内气体做功800 J ，若同时气体向外界放热200 J ，缸内气体的( )图11－3－4A ．温度升高，内能增加600 JB ．温度升高，内能减少200 JC ．温度降低，内能增加600 JD ．温度降低，内能减少200 J【解析】　对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，ΔU ＝800J ＋(－200 J)＝600 J ，ΔU 为正表示内能增加了600 J ，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A 正确．【答案】　A6．(多选)(2011·大纲全国高考)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )A ．气体吸收的热量可以完全转化为功B ．气体体积增大时，其内能一定减少C ．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D ．外界对气体做功，气体内能可能减少【解析】　由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功，但通过其他方法可以全部转化为功，故A 正确；气体体积增大，对外做功，若同时伴随有吸热，其内能不一定减少，B 错误；气体从外界吸热，若同时伴随有做功，其内能不一定增加，C 错误；外界对气体做功，同时气体放热，其内能可能减少，D 正确．【答案】　AD7．(2013·山东高考)下列关于热现象的描述正确的一项是( )A ．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%B ．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C ．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D ．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的【解析】　根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此，热机的效率不可能达到100%，选项A 错误；做功是通过能量的转化改变系统的内能，热传递是通过能量转移改变系统的内能，选项B 错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，选项C 正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，选项D 错误．【答案】　C8．(2012·广东高考)景颇族的祖先发明的点火器如图11－3－5所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )图11－3－5A ．气体温度升高，压强不变B ．气体温度升高，压强变大C ．气体对外界做正功，气体内能增加D ．外界对气体做正功，气体内能减少【解析】　筒内封闭气体被压缩过程中，外界对气体做正功．由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，气体内能增加，温度升高．由理想气体状态方程＝C 知，气体压强增pV T 大．选项A 、C 、D 错误，选项B 正确．【答案】　B9．(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)关于一定量的气体，下列说法正确的是( )A ．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和B ．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低C ．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零D ．气体从外界吸收热量，其内能一定增加E ．气体在等压膨胀过程中温度一定升高【解析】　气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，因为气体分子之间有很大的空隙，不是所有分子体积之和，选项A 正确；温度是大量气体分子平均动能的标志，反映了物体内分子热运动的剧烈程度，选项B 正确；气体压强是大量分子无规则热运动对器壁的碰撞产生的，与失重无关，选项C 错误；气体从外界吸收热量，如果气体对外做功，其内能可能减小，选项D 错误；根据pV /T ＝常量可知，在等压膨胀过程中，温度一定升高，选项E 正确．【答案】　ABE10．如图11－3－6所示，A 、B 两个汽缸中装有体积均为10 L 、压强均为1 atm(标准大气压)、温度均为27 ℃的空气，中间用细管连接，细管容积不计．细管中有一绝热活塞，现将B 汽缸中的气体升温到127 ℃，若要使细管中的活塞仍停在原位置．(不计摩擦，A 汽缸中的气体温度保持不变，A 汽缸截面积为500 cm 2)图11－3－6(1)求A 中活塞应向右移动的距离；(2)A 中气体是吸热还是放热，为什么？【解析】　(1)对B ：由＝得pB TB p ′BT ′B p ′B ＝p B ＝p B ＝p BT ′B TB 40030043对A ：由p A V A ＝p ′A V ′A 得V ′A ＝pAVAp ′A且：p A ＝P B ，p ′A ＝p ′B 解得：V ′A ＝V A 43所以Δl ＝＝5 cm.14VA S (2)放热，在向右推活塞过程中，A 中气体温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知气体应放热．【答案】　(1)5 cm (2)见解析。

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第3讲热力学定律能量守恒一、多项选择题（下列选项中有三个选项为正确答案)1．下列关于热现象的描述不正确．．．的是（）A．根据热力学定律,热机的效率可以达到100％B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C．温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D．物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的E．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的2．（2016年河南开封高三冲刺)如图K12­3。

1所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b 两部分．已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b,最终达到平衡状态．在此过程中（）图K12.3。

1A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度不变D．气体压强变大,温度不变E．单位时间内撞击容器壁的分子数减少3．下列说法不正确．．．的是（)A．机械能全部转变成内能是不可能的B．第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第一定律C．根据热力学第二定律可知,热量不可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的E．自然界中有的能量便于利用，有的不便于利用4．关于热力学定律,下列说法中正确的是( )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5．如图K12­3。

热力学定律与能量守恒
图象的变化图线的延长线经过坐标原点可以判断，理想气体经历一个等压变化．由盖·吕萨克定律得V A T A ＝V B T B ，解得V B ＝8.0×10－3m 3
，气体对外做的功－6.0×10－3) J ＝2×102 J ，根据热力学第一定律－2.0×102 J ＝5.0×102 J.
变化到状态B，再变化到状态
图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27 ℃.求：
的过程中与外界交换的热量．
200 J
．如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2 cm
．管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长
＝7 ℃，外界大气压取
0.1 kg的砝码，保持气体的温度
(3)8.95 J
一个绝热的汽缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性能良好的隔板，隔板将汽缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体，与隔板相距h .现通过电热丝缓慢加热气体，当，此时气体的温度为T 1.已知大气压强为气体内能增加了ΔU ，求B 气体＋m ＋m g ，＝p 2V 2T 2。

选修3-3 第十一章第3讲(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(每小题5分，共30分)1．下列说法中正确的是( )A．任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行解析 C 内能的改变有两种方式：做功是不同形式能之间的转化，热传递是同种能之间的转移，故C正确．内能是物体内所有分子动能和势能之和，故A错．由热力学第二定律可知：热机的效率达不到100%，且一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，故B、D均错．2．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( )A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负解析 C 该公式以物体为研究对象，物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正，故选C.3.如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中( )A．外力对乙做功，甲的内能不变B．外力对乙做功，乙的内能不变C．乙传递热量给甲，乙的内能增加D．乙的内能增加，甲的内能不变解析 C P向B移动，外力对乙做功，使其内能增加，温度升高，所以乙传递热量给甲，使甲、乙的温度均升高，内能都增加．4．A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至如图所示位置停止．假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是( )A ．A 中水银的内能增量大于B 中水银的内能增量 B ．B 中水银的内能增量大于A 中水银的内能增量C ．A 和B 中水银体积保持不变，故内能增量相同D ．A 和B 中水银温度始终相同，故内能增量相同解析 B 外界大气压力对水银做功，使水银进入试管内．两装置将同样多的水银压入管中，故大气压力做功是相同的．这些功一部分增加了水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能．由于A 管中水银重心高，增加的重力势能大，故A 管中水银内能的增量小．5．(2011·福建理综)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则该理想气体的( )A ．温度降低，密度增大B ．温度降低，密度减小C ．温度升高，密度增大D ．温度升高，密度减小 解析 D 从外界吸热，Q ＝2.5×104 J ，对外界做功，W ＝－1.0×104 J ，由ΔU ＝Q＋W 可得，ΔU ＝1.5×104 J ，内能增大，这说明温度升高；又气体对外界做功，体积增大，由ρ＝m V可知，密度减小．D 正确．6.如图所示，导热性能良好的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑，现用水平外力F 作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，如果环境温度保持恒温，则在此过程中，下列说法正确的是( )A ．每个气体分子的速率都不变B ．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击次数减少C ．气体内能不变，从外界吸热，并对外界做功D ．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律解析 BCD 气体分子因与器壁、分子间的碰撞，其速率会发生变化，A 错误．二、非选择题(共70分)7．(2011·江苏物理)(8分)如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p 0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q 后，体积由V 1增大为V 2.则在此过程中，气体分子平均动能________(选填“增大”“不变”或“减小”)，气体内能变化了________．解析 气体吸热过程等压膨胀，由V T＝C ，体积V 增大，故温度T 升高；温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，气体分子平均动能增大．根据热力学第一定律得：ΔU ＝Q ＋W ，而W ＝－p 0S ΔL ＝－p 0ΔV ＝－p 0(V 2－V 1)，所以气体内能变化了ΔU ＝Q －p 0(V 2－V 1)．【答案】 增大 Q －p 0(V 2－V 1)8．(10分)如图所示，p ­V 图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB 过程至状态B ，气体对外做功160 J ，吸收热量240 J ；气体又从状态B 经BDA 过程回到状态A ，这一过程中外界对气体做功200J ．求：(1)ACB 过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)BDA 过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？解析 (1)ACB 过程中W 1＝－160 J ，Q 1＝240 J ，由热力学第一定律U B －U A ＝W 1＋Q 1＝80 J ，气体内能增加80 J.(2)因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA 过程中气体内能变化量U A －U B ＝－80 J.由题知W 2＝200 J ，由热力学第一定律U A －U B ＝W 2＋Q 2， Q 2＝－280 J ，放出热量280 J.【答案】 (1)增加80 J (2)放热280 J9．(10分)一定质量的气体分子之间的作用力表现为引力，从外界吸收了 4.2×105J 的热量，同时气体对外做了6×105 J 的功．(1)物体的内能变化多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子平均动能如何变化？解析 (1)因气体从外界吸收热量，所以Q ＝4.2×105 J ，气体对外做功6×105 J ，则外界对气体做功W ＝－6×105 J ，据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J，所以物体内能减少了1.8×105 J.(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量．【答案】(1)减少了1.8×105 J (2)增加(3)减少10．(18分)(1)分子甲固定，分子乙从无穷远处以动能E k向分子甲运动，直到不能再靠近为止，其分子势能E p随距离r变化如图所示，则两分子在逐渐靠近至d的过程中，分子乙的动能________(选填“先增大后减小”“先减小后增大”或“保持不变”)，在d点时，两分子间的作用力为________(填“引力”“斥力”或“零”)．(2)如图为一定质量的某种理想气体由状态A经过状态C变为状态B的图象，下列说法正确的是( )A．该气体在状态A时的内能等于在状态B时的内能B．该气体在状态A时的内能等于在状态C时的内能C．该气体由状态A至状态B为吸热过程D．该气体由状态A至状态C对外界所做的功大于从状态C至状态B对外界所做的功(3)如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的理想气体，容器横截面积为S，活塞质量为m，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞处于静止状态，现对容器缓缓加热使容器内的气体温度升高t℃，活塞无摩擦地缓慢向上移动了h，在此过程中气体吸收的热量为Q，问：①被密封的气体对外界做了多少功？②被密封的气体内能变化了多少？解析(1)分子乙在向分子甲靠近过程中，分子力做功实现了分子势能和分子动能的转化；由分子势能和距离的关系图象，可以看出，分子势能先减小后增大，则分子动能是先增大后减小．分子势能最小的时候，正好分子引力和分子斥力相等，d点分子势能为零，此时分子力为斥力．(2)由气体的状态方程，p A V AT A＝p B V BT B＝p C V CT C，可求得T A＝T B>T C，而理想气体的内能是由温度决定的，温度高内能大，温度低内能小．故气体在状态A 时的内能等于在状态B 时的内能大于在状态C 时的内能．(3)①活塞缓慢上移，气体推动活塞的力F ＝p 0S ＋mg ，则气体对活塞做功W ＝(p 0S ＋mg )h . ②由热力学第一定律得W ＋Q ＝ΔU ，其中因为是气体对外界做功，功代入负值运算，得到ΔU ＝－(p 0S ＋mg )h ＋Q .【答案】 (1)先增大后减小 斥力 (2)AC(3)①W ＝(p 0S ＋mg )h ②ΔU ＝－(p 0S ＋mg )h ＋Q11．(12分)如图所示，为一汽缸内封闭的一定质量的理想气体的p ­V 图线，当该系统从状态a 沿过程a →c →b 到达状态b 时，有335 J 热量传入系统，系统对外界做功126 J ，求：(1)若沿a →d →b 过程，系统对外做功42 J ，则有多少热量传入系统？(2)若系统由状态b 沿曲线过程返回状态a 时，外界对系统做功84 J ，问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？解析 (1)沿a →c →b 过程，ΔU ＝W ＋Q ＝(－126＋335)J ＝209 J.沿a →d →b 过程，ΔU ＝W ′＋Q ′，Q ′＝ΔU －W ′＝[209－(－42)]J ＝251 J ，即有251 J 的热量传入系统．(2)由a →b ，ΔU ＝209 J ，由b →a ，ΔU ′＝－ΔU ＝－209 J.ΔU ′＝W ″＋Q ″＝84 J ＋Q ″，Q ″＝(－209－84)J ＝－293 J.负号说明系统放出热量．【答案】 (1)251 J (2)放热293 J12．(12分)一辆汽车正在平直的公路上以速度v 匀速行驶，此时汽车的功率为P ，已知汽车的总效率为η，所使用的汽油的热值为q (每完全燃烧单位质量的燃料产生的热量叫热值)，现油箱中还有质量为m 的汽油，则汽车还能行驶多远？(设汽车的质量为M ，汽油消耗引起的汽车质量的减少忽略不计)解析 汽油燃烧放出的能量E ＝qm ，设汽车匀速行驶x 1，需要的能量E ′＝Pt ＝P x 1v，而E ′＝ηE ，设汽油用完后汽车做匀减速运动的距离为x 2，则由动能定理知：－F f x 2＝－12Mv 2，又P ＝F f v ， 汽车行驶的距离x ＝x 1＋x 2，以上各式联立解得：x ＝mqηv P ＋Mv 32P. 【答案】 mqηv P ＋Mv 32P。

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第3讲热力学定律与能量守恒定律一、热力学第一定律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功的和．(2）表达式:ΔU＝Q＋W。

(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则:符号意义物理量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二、能量守恒定律1．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，或者是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．能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的，第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．1．判断下列说法是否正确．(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的．（×)(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J,气体的内能可能不变．( ×)（3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高,这是因为打气筒从外界吸热．( ×) 2．一定质量的理想气体在某一过程中,外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1。

第3课时 热力学定律(时间：45分钟 满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后括号内)1．如图所示，用细线将一块玻璃板水平地悬挂在弹簧秤下端，并使玻璃板贴在水面上，然后缓慢提起弹簧秤，在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧秤读数会突然增大，主要原因是( )A ．水分子做无规则热运动B ．玻璃板受到大气压力作用C ．水与玻璃间存在万有引力作用D ．水与玻璃间存在分子引力作用2．“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴”是南宋诗人陆游《村居书喜》中的两句．前一句的科学依据是( )A ．气温高时，人的嗅觉灵敏B ．气温低时，人的嗅觉灵敏C ．气温高时，分子无规则运动加剧D ．气温低时，分子无规则运动加剧3．钻石首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m 3)，摩尔质量为M (单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为N A .已知1克拉＝0.2克．则( )A ．a 克拉钻石所含有的分子数为0.2×10－3aN A MB ．a 克拉钻石所含有的分子数为aN A MC ．每个钻石分子直径的表达式为36M ×10－3N A ρπ(单位为m) D ．每个钻石分子直径的表达式为6M N A ρπ(单位为m)4．(2013·重庆卷，10(1))某未密闭房间内的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时()A．室内空气的压强比室外的小B．室内空气分子的平均动能比室外的大C．室内空气的密度比室外的大D．室内空气对室外空气做了负功5．某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究自行车内胎打气→打气结束→突然拔掉气门芯放气→放气后静置一段时间的整个过程中内能的变化情况，车胎内气体的温度随时间变化的情况如图所示，可获取的信息是()A．从开始打气到打气结束的过程中由于气体对外做功，内能迅速增加B．从打气结束到拔掉气门芯前由于气体对外做功，其内能缓慢减少C．拔掉气门芯后由于气体冲出对外做功，其内能急剧减少D．放气后静置一段时间由于再次对气体做功，气体内能增加6．下列说法中正确的是()A．在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274℃C．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律D．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化7．(2015·上海松江区一模)如图所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法中正确的是()A ．ab 为斥力曲线，cd 为引力曲线，e 点横坐标的数量级为10－10 m B ．ab 为引力曲线，cd 为斥力曲线，e 点横坐标的数量级为10－10 mC ．若两个分子间距离大于e 点的横坐标，则分子间作用力的合力表现为斥力D ．若两个分子间距离越来越大，则分子势能亦越来越大8．(2015·山东青岛模拟)某气体的摩尔质量为M mol ，摩尔体积为V mol ，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m 和V 0，则阿伏加德罗常数N A 不可表示为( )A ．N A ＝M mol mB ．N A ＝ρV mol mC ．N A ＝V mol V 0D ．N A ＝M mol ρV 09．(2012·全国新课标卷，改编)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10．关于物体内能，下列说法中正确的是( )A ．相同质量的两个物体，升高相同的温度，内能增量一定相同B ．在一定条件下，一定量0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减小C ．一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小D ．一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减小二、综合应用(本题共2小题，共30分，解答时应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)11．(12分)在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，将6 mL 的纯油酸制成104 mL 的油酸酒精溶液，经测定1 mL 油酸酒精溶液有50滴液滴．现取1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，待稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用水彩笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，随后在坐标纸上描绘出油酸膜的形状，如图，已知坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm.则油酸膜的面积是______，油酸分子的直径是________(保留2位有效数字)．12．(18分)如右图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，已知容器横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0.若活塞固定，密封气体温度升高1 ℃需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q2.(1)Q1和Q2哪个大些？气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同？(2)求在活塞可自由滑动时，密封气体温度升高1 ℃，活塞上升的高度h.答案; 1. 【解析】 在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧秤读数会突然增大的主要原因是：水与玻璃间存在分子引力作用，选项D 正确．【答案】 D2. 【解析】 花香是由花朵分泌的芳香油分子在空气中传播形成的，气温高时空气中分子无规则运动加剧，芳香油分子也因此传播的更快更远，故选项C 对．【答案】 C3. 【解析】 a 克拉钻石物质的量为n ＝0.2a M ，所含分子数为N ＝nN A ＝0.2aN A M，钻石的摩尔体积为V m ＝M ×10－3ρ(单位为m 3/mol)，每个钻石分子体积为V 0＝V m N A ＝M ×10－3N A ρ，设钻石分子直径为d ，则V 0＝43π⎝⎛⎭⎫d 23，联立解得d ＝36M ×10－3N A ρπ m. 【答案】 C4. 【解析】 因为室内、外相通，内、外压强始终相等，A 错误；温度是分子平均动能的标志，室内温度高，分子平均动能大，B 正确；室内原有空气体积膨胀对外做功，密度减小，C 、D 错误．【答案】 B5. 【解析】 从开始打气到打气结束的过程是外界对气体做功的过程，A 错误；从打气结束到拔掉气门芯前由于热传递气体温度下降，内能减少，B 错误；拔掉气门芯后气体冲出对外界做功，气体内能急剧减少，C 正确；放气后静置一段时间由于热传递气体温度上升，内能增加，D 错误．【答案】 C6. 【解析】 根据能量守恒定律，在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，电能转化为内能，室内温度就会升高，选项A 错误；根据热力学第三定律，从目前的理论看来，不管实验设备如何高级，都不可以使温度降低到－274℃，选项B 错误；第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律，选项C 正确；机械能可以自发地全部转化为内能，根据热力学第二定律，内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化，选项D 错误．【答案】 C7. 【解析】 e 点横坐标等于分子平衡距离r 0，其数量级应为10－10 m ．因平衡距离之内，分子斥力大于分子引力，分子力表现为斥力，故ab 为引力曲线，cd 为斥力曲线，A 错误，B 正确．当两分子间距离大于e 点的横坐标，即r >r 0时，作用力的合力表现为引力，C 错误．若r <r 0，当两分子间距离增大时，合力做正功，分子势能减小，D 错误．【答案】 B8. 【解析】 阿伏加德罗常数N A ＝M mol m ＝ρV mol m ＝V mol V，其中V 应为每个气体分子所占有的体积，而V 0是气体分子的体积，故C 错误．ρV 0不是气体分子的质量，D 错误．【答案】 CD9. 【解析】 由ΔU ＝Q ＋W 可知做功和热传递是改变内能的两种途径，它们具有等效性，故A 正确、B 错误；由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之全部变为功，但会产生其他影响，故C 正确；同样热量只是不能自发的从低温物体传向高温物体，则D 错；一切与热现象有关的宏观过程不可逆，则E 正确．【答案】 ACE10. 【解析】 升高相同的温度，分子的平均动能增量相同，而物体的内能是物体内所有的分子的动能和势能的总和．分子的平均动能增量相同，分子数不同，分子的势能也不一定相同，所以内能增量不一定相同，即A 错误；0 ℃的水变成0 ℃的冰，需放出热量，外界不对其做功，因而内能就一定减少，即B 正确；一定量的气体体积增大，气体对外做功，又因不吸热不放热，所以，内能一定减少，即C 正确．一定量气体吸热但体积不变，即不对外做功，外界也不对气体做功，内能一定增加，即D 错误．【答案】 BC11. 【解析】 油膜所覆盖的坐标纸方格约为140个，所以油膜面积S ＝140×(20×10－3)2＝5.6×10－2(m 2)；1 mL 油酸酒精溶液中有液滴50滴，1滴油酸酒精溶液的体积为150mL ，又因为每104 mL 溶液中有纯油酸6 mL ，150 mL 溶液中纯油酸 体积：V ＝6×150104×10－6＝1.2×10－11(m 3)；油酸分子直径L ＝V S ＝1.2×10－11m 35.6×10－2 m 2＝2.1×10－10 m.【答案】 5.6×10－2 m 2 2.1×10－10 m12. 【解析】 (1)设密封气体温度升高1 ℃，内能的增量为ΔU .则有ΔU ＝Q 1①ΔU ＝Q 2＋W ②对活塞应用动能定理得：W 内气＋W 大气－Gh ＝0③W 大气＝－p 0Sh ④W ＝－W 内气⑤解②③④⑤得：Q 2＝ΔU ＋(p 0S ＋G )h ⑥∴Q 1<Q 2⑦由此可见，质量相等的同种气体，在定容和定压两种不同情况下，尽管温度变化相同，但吸收的热量不同，所以同种气体在定容下的比热容与在定压下的比热容是不同的．(2)解①⑥两式得：h ＝Q 2－Q 1p 0S ＋G. 【答案】 (1)Q 2 见解析 (2)Q 2－Q 1p 0S ＋G。