第十三章第十三章 熱熱 學(xué)學(xué)第第3 3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律講熱力學(xué)定律與能量守恒定律過好雙基關(guān)一、熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1) ；(2)熱傳遞.2.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的 與外界對(duì)它所做功的和.(2)表達(dá)式：U .做功熱量QW(3)U 中正、負(fù)號(hào)法則：QW物理量意義符號(hào)WQU外界對(duì)物體做功物體 熱量?jī)?nèi)能_物體對(duì)外界做功物體 熱量?jī)?nèi)能_吸收放出增加減少答案自測(cè)自測(cè)1一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做功7.0104 J，氣體內(nèi)能減少1.3105 J，則此過程A.氣體從外界吸收熱量2.0105 JB.氣體向外界放出熱量2.0105 JC.氣體從外界吸收熱量6.0104 JD.氣體向外界放出熱量6.0104 J二、熱力學(xué)第二定律二、熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能 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.或表述為“ 永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.”2.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(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì) .自發(fā)地第二類減小3.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(yùn)動(dòng)的 增大的方向進(jìn)行.4.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了 .無序性熱力學(xué)第二定律答案自測(cè)自測(cè)2教材P61第2題改編(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(huì)自動(dòng)變得更熱B.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C.桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、 水自動(dòng)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三、能量守恒定律三、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者是從一個(gè)物體 到別的物體，在轉(zhuǎn)化或 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.3.第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了 .轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移能量守恒定律答案自測(cè)自測(cè)3木箱靜止于水平地面上，現(xiàn)在用一個(gè)80 N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10 m，木箱受到地面的摩擦力為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(dòng)能Ek分別是(空氣阻力不計(jì))A.U200 J，Ek600 J B.U600 J，Ek200 JC.U600 J，Ek800 J D.U800 J，Ek200 J解析解析UFfx6010 J600 JEkFxU8010 J600 J200 J解析研透命題點(diǎn) 命題點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透1.熱力學(xué)第一定律的理解熱力學(xué)第一定律的理解(1)內(nèi)能的變化都要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析.(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正.(3)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q0.(4)如果研究對(duì)象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化.2.三種特殊情況三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；(2)若過程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；(3)若過程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量.例例1(多選)(2017全國(guó)卷33(1)如圖1，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.現(xiàn)將隔板抽開，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸.待氣體達(dá)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(gè)系統(tǒng)不漏氣.下列說法正確的是A.氣體自發(fā)擴(kuò)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(kuò)散過程中，氣體對(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變答案解析圖1解析解析因?yàn)槠?、活塞都是絕熱的，隔板右側(cè)是真空，所以理想氣體在自發(fā)擴(kuò)散的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對(duì)外界做功.根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體自發(fā)擴(kuò)散前后，內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大，又因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以氣體溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)E錯(cuò)誤.變式變式1(多選)(2016全國(guó)卷33(1)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(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能越大C.氣體被壓縮時(shí)，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)能一定增加答案解析解析解析質(zhì)量和溫度都相同的氣體，雖然分子平均動(dòng)能相同，但是不同的氣體，其摩爾質(zhì)量不同，即分子個(gè)數(shù)不同，所以分子總動(dòng)能不一定相同，A錯(cuò)誤；宏觀運(yùn)動(dòng)和微觀運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系，所以宏觀運(yùn)動(dòng)速度大，內(nèi)能不一定大，B錯(cuò)誤；根據(jù) C可知，如果等溫壓縮，則內(nèi)能不變；等壓膨脹，溫度增大，內(nèi)能一定增大，C、E正確；理想氣體的分子勢(shì)能為零，所以一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與分子平均動(dòng)能有關(guān)，而分子平均動(dòng)能和溫度有關(guān)，D正確.例例2(多選)(2017全國(guó)卷33(1)如圖2，一定質(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(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)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(duì)氣體做功C.在過程ab中氣體對(duì)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 命題點(diǎn)二熱力學(xué)第一定律與圖象的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透圖2答案解析解析解析在過程ab中，體積不變，氣體對(duì)外界不做功，壓強(qiáng)增大，溫度升高，內(nèi)能增加，故選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；在過程ca中，氣體的體積縮小，外界對(duì)氣體做功，壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能變小，氣體向外界放出熱量，故選項(xiàng)B正確，E錯(cuò)誤；在過程bc中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項(xiàng)D正確.變式變式2(多選)(2016全國(guó)卷33(1)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p-T圖象如圖3所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過原點(diǎn)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(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)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(duì)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(duì)外界做的功E.在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功答案解析圖3理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定，而TaTc，故氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，選項(xiàng)B正確；由熱力學(xué)第一定律UQW知，cd過程溫度不變，內(nèi)能不變，則QW，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；da過程溫度升高，即內(nèi)能增大，則吸收的熱量大于對(duì)外界做的功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；基本思路基本思路 命題點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研例例3(2017河北冀州2月模擬)如圖4甲所示，橫截面積為S，質(zhì)量為M的活塞在汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，現(xiàn)對(duì)缸內(nèi)氣體緩慢加熱，使其溫度從T1升高了T，氣柱的高度增加了L，吸收的熱量為Q.不計(jì)汽缸與活塞的摩擦，外界大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g.求：(1)此加熱過程中氣體內(nèi)能增加了多少？圖4答案答案Q(p0SMg)L答案解析解析解析設(shè)缸內(nèi)氣體的溫度為T1時(shí)壓強(qiáng)為p1，活塞受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡，則有Mgp0Sp1S氣體膨脹對(duì)外界做功為Wp1SL根據(jù)熱力學(xué)第一定律有QWU聯(lián)立可得UQ(p0SMg)L(2)若保持缸內(nèi)氣體溫度不變，再在活塞上放一砝碼，如圖乙所示，使缸內(nèi)氣體的體積又恢復(fù)到初始狀態(tài)，則所放砝碼的質(zhì)量為多少？答案解析解析解析設(shè)所放砝碼的質(zhì)量為m，缸內(nèi)氣體的溫度為T2時(shí)壓強(qiáng)為p2，活塞和砝碼整體受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡，則有(Mm)gp0Sp2S變式變式3(2017廣東華南三校聯(lián)考)如圖5所示，汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體，活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡，已知活塞距缸口h50 cm，活塞面積S10 cm2，封閉氣體的體積為V11 500 cm3，溫度為0 ，大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa，重物重力G50 N，活塞重力及一切摩擦不計(jì).緩慢升高環(huán)境溫度，封閉氣體吸收了Q60 J的熱量，使活塞剛好升到缸口.整個(gè)過程重物未觸地，求：(1)活塞剛好升到缸口時(shí)，氣體的溫度是多少？答案解析圖5答案答案364 K解析解析封閉氣體的初態(tài)：V11 500 cm3，T1273 K末態(tài)：V21 500 cm35010 cm32 000 cm3緩慢升高環(huán)境溫度，封閉氣體做等壓變化解得T2364 K(2)汽缸內(nèi)氣體對(duì)外界做多少功？答案解析答案答案25 J解析解析設(shè)封閉氣體做等壓變化時(shí)的壓強(qiáng)為p對(duì)活塞：p0SpSG汽缸內(nèi)氣體對(duì)外界做功WpSh解得W25 J(3)氣體內(nèi)能的變化量為多少？答案解析答案答案35 J解析解析由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量UQW得U35 J故汽缸內(nèi)的氣體內(nèi)能增加了35 J1.熱力學(xué)第二定律的涵義熱力學(xué)第二定律的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助.(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等.在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過程.命題點(diǎn)四熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透2.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.3.熱力學(xué)過程的方向性實(shí)例熱力學(xué)過程的方向性實(shí)例4.兩類永動(dòng)機(jī)的比較兩類永動(dòng)機(jī)的比較 第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律例例4如圖6所示為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外.圖6答案解析(1)(多選)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?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律解析解析熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)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(jī)的幫助并消耗電能，故B項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤.(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？答案解析解析解析由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱量，同時(shí)消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多.答案答案見解析變式變式4(多選)(2016全國(guó)卷33(1)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(duì)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(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系 統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡答案解析解析解析氣體內(nèi)能的改變UQW，故對(duì)氣體做功可改變氣體的內(nèi)能，B選項(xiàng)正確；氣體吸熱為Q，但不確定外界做功W的情況，故不能確定氣體溫度的變化，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律，D選項(xiàng)正確；根據(jù)熱平衡性質(zhì)，E選項(xiàng)正確.課時(shí)作業(yè)1.(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是A.熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體C.第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律D.氣體向真空膨脹的過程是不可逆過程E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是可逆過程答案雙基鞏固練雙基鞏固練1234567891011122.(多選)在裝有食品的包裝袋中充入氮?dú)猓缓竺芊膺M(jìn)行加壓測(cè)試，測(cè)試時(shí)，對(duì)包裝袋緩慢施加壓力，將袋內(nèi)的氮?dú)庖暈槔硐霘怏w，在加壓測(cè)試過程中，下列說法中正確的是A.包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膲簭?qiáng)增大B.包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膬?nèi)能不變C.包裝袋內(nèi)氮?dú)鈱?duì)外做功D.包裝袋內(nèi)氮?dú)夥懦鰺崃縀.包裝袋內(nèi)氮?dú)獾乃蟹肿舆\(yùn)動(dòng)速率都保持不變答案1234567891011123.(多選)下列說法中正確的是A.物體速度增大，則分子動(dòng)能增大，內(nèi)能也增大B.一定質(zhì)量氣體的體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能減小C.相同質(zhì)量的兩種物體，提高相同的溫度，內(nèi)能的增量一定相同D.物體的內(nèi)能與物體的溫度和體積都有關(guān)系E.凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性答案解析123456789101112解析解析速度增大，不會(huì)改變物體的分子的動(dòng)能，故A錯(cuò)誤；體積增大時(shí)，氣體對(duì)外做功，不吸熱也不放熱時(shí)，內(nèi)能減小，故B正確；質(zhì)量相同，但物體的物質(zhì)的量不同，故溫度提高相同的溫度時(shí)，內(nèi)能的增量不一定相同，故C錯(cuò)誤；物體的內(nèi)能取決于物體的溫度和體積，故D正確；由熱力學(xué)第二定律可知，凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，故E正確.1234567891011124.(2018青海格爾木調(diào)研)根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí)，判斷下列說法中正確的是A.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從 高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.盡管科技不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)卻可以使溫 度降到293 D.第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律， 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來答案1234567891011解析12解析解析機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引起其他變化時(shí)也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A正確；凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B錯(cuò)誤；盡管科技不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)也不能使溫度降到293 ，只能無限接近273.15 ，C錯(cuò)誤；第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來，D錯(cuò)誤.1234567891011125.關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說法正確的是A.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi) 能，但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能D.由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單 一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的答案解析123456789101112解析解析第一類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，A、B錯(cuò)；由熱力學(xué)第一定律可知W0，Q0，但UWQ可以等于0，C錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但會(huì)引起其他變化，D對(duì).1234567891011126.景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖1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(diǎn)燃.對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中A.氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變B.氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大C.氣體對(duì)外界做正功，氣體內(nèi)能增加D.外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少答案1234567891011圖1127.(2015福建理綜29(2)如圖2，一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)狀態(tài)c.設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則A.TbTc，QabQacB.TbTc，QabQacC.TbTc，QabQacD.TbTc，QabQac答案1234567891011圖2解析121234567891011由熱力學(xué)第一定律，ab：WabQabUabac：WacQacUac又Wab0，Wac0，UabUac0，則有QabQac，故C項(xiàng)正確.128.如圖3所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，AB和CD為等溫過程，BC和DA為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，這就是著名的“卡諾循環(huán)”.(1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是_.A.AB過程中，外界對(duì)氣體做功B.BC過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大C.CD過程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子 數(shù)增多D.DA過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化答案解析1234567891011圖312解析解析由理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律分析，AB為等溫過程，內(nèi)能不變，氣體的體積增大，氣體對(duì)外做功，A錯(cuò)；BC過程為絕熱過程，氣體體積增大，氣體對(duì)外做功，因此內(nèi)能減小，氣體分子的平均動(dòng)能減小，B錯(cuò)；CD為等溫過程，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，C正確；DA為絕熱過程，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增大，溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線變化，D錯(cuò).123456789101112(2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是_(選填“AB”“BC”“CD”或“DA”).若氣體在AB過程中吸收63 kJ的熱量，在CD過程中放出38 kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為_kJ.答案解析1234567891011BC25解析解析在以上循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是BC.由熱力學(xué)第一定律UQW得W25 kJ.129.如圖4所示，用輕質(zhì)活塞在汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計(jì)，開始時(shí)活塞距離汽缸底部高度H10.60 m，氣體的溫度T1300 K；現(xiàn)給汽缸緩慢加熱至T2480 K，活塞緩慢上升到距離汽缸底部某一高度H2處，此過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能U300 J.已知大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa，活塞橫截面積S5.0103 m2.求：(1)活塞距離汽缸底部的高度H2；答案解析1234567891011綜合提升練綜合提升練圖4答案答案0.96 m121234567891011解得H20.96 m12(2)此過程中缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q.答案解析1234567891011答案答案480 J解析解析在氣體膨脹的過程中， 氣體對(duì)外做功為：W0p0V1.0105(0.960.60)5.0103 J180 J根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體內(nèi)能的變化量為UW0Q，得QUW0480 J.1210.如圖5所示，豎直放置的汽缸內(nèi)壁光滑，橫截面積為S103 m2，活塞的質(zhì)量為m2 kg，厚度不計(jì).在A、B兩處設(shè)有限制裝置，使活塞只能在A、B之間運(yùn)動(dòng)，B下方汽缸的容積為1.0103 m3，A、B之間的容積為2.0104 m3，外界大氣壓強(qiáng)p01.0105 Pa，開始時(shí)活塞停在B處，缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.9p0，溫度為27 ，現(xiàn)緩慢加熱缸內(nèi)氣體，直至327 .g10 m/s2，求：(1)活塞剛離開B處時(shí)氣體的溫度t2；答案解析1234567891011圖5答案答案127 121234567891011解得p21.2105 Pa12(2)缸內(nèi)氣體最后的壓強(qiáng).答案解析1234567891011答案答案1.5105 Pa因?yàn)閜3p2，故活塞最終移動(dòng)到A處的假設(shè)成立.1211.一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，如圖6所示水平放置.活塞的質(zhì)量m20 kg，橫截面積S100 cm2，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)但不漏氣，開始時(shí)汽缸水平放置，活塞與汽缸底的距離L112 cm，離汽缸口的距離L23 cm.外界氣溫為27 ，大氣壓強(qiáng)為1.0105 Pa，將汽缸緩慢地轉(zhuǎn)到開口向上的豎直位置，待穩(wěn)定后對(duì)缸內(nèi)氣體逐漸加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平，已知g10 m/s2，求：(1)此時(shí)氣體的溫度為多少？答案解析答案答案450 K1234567891011圖612解析解析當(dāng)汽缸水平放置時(shí)，p01.0105 Pa，V0L1S，T0(27327) K300 K當(dāng)汽缸口朝上且活塞到達(dá)汽缸口時(shí)，活塞的受力分析如圖所示，有p1Sp0SmgV1(L1L2)S123456789101112(2)在對(duì)缸內(nèi)氣體加熱的過程中，氣體膨脹對(duì)外做功，同時(shí)吸收Q370 J的熱量，則氣體增加的內(nèi)能U多大？答案解析答案答案310 J123456789101112解析解析當(dāng)汽缸口向上且未穩(wěn)定時(shí)：氣體發(fā)生等溫變化，由玻意耳定律得p0L1Sp1LS1234567891011穩(wěn)定后加熱氣體，氣體做等壓變化，外界對(duì)氣體做功為Wp0(L1L2L)Smg(L1L2L)60 J根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ得U310 J.1212.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖7所示的ABCDA循環(huán)，該過程每個(gè)狀態(tài)視為平衡態(tài)，各狀態(tài)參數(shù)如圖所示.A狀態(tài)的壓強(qiáng)為1105 Pa，求：(1)B狀態(tài)的溫度；圖7答案答案600 K解析解析理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中，壓強(qiáng)保持不變，根據(jù)蓋呂薩克定律有1234567891011答案解析12(2)完成一次循環(huán)，氣體與外界熱交換的熱量.答案答案放熱150 J答案解析123456789101112解析解析理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中，外界對(duì)氣體做功W1pA(VBVA)解得W1100 J氣體從B狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中，體積保持不變，根據(jù)查理定律有解得pC2.5105 Pa從C狀態(tài)到D狀態(tài)的過程中，壓強(qiáng)保持不變，外界對(duì)氣體做功W2pC(VCVD)pC(VBVA)解得W2250 J123456789101112一次循環(huán)過程中外界對(duì)氣體所做的總功WW1W2150 J理想氣體從A狀態(tài)完成一次循環(huán)，回到A狀態(tài)，始末溫度不變，所以內(nèi)能不變.根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UWQ解得Q150 J故完成一次循環(huán)，氣體向外界放熱150 J.123456789101112