高三物理-(基礎(chǔ)考點歸納-重難點突破-隨堂檢測)《熱力學(xué)定律與能量守恒》教學(xué)一體練(共8頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 熱力學(xué)定律與能量守恒 熱力學(xué)第一定律 1.改變物體內(nèi)能的兩種方式 (1)做功；(2)熱傳遞． 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：ΔU＝Q＋W. 3．ΔU＝W＋Q中正、負號法則 物理量意義符號 W Q ΔU ＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 － 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 【針對訓(xùn)練】 1．(2012廣東高考)景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖11－3－1所示，用牛角做套筒，木制

2、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(　　) 圖11－3－1 A．氣體溫度升高，壓強不變 B．氣體溫度升高，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 【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ΔU＝W＋Q知，氣體內(nèi)能增加，溫度升高．由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，氣體壓強增大．選項A、C、D錯誤，選項B正確． 【答案】　B 熱力學(xué)第二定律及微觀意義 1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述 (1)克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化． (2)開爾文

3、表述：不可能從單一熱源吸收熱量，并把它全部用來做功，而不引起其他變化．或表述為“第二類永動機是不可能制成的．” 2．用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律 在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小(填“增大”或“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動的無序性增大的方向進行． 【針對訓(xùn)練】 2．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A．在一定條件下物體的溫度可以降到0 K B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高 【解析】　由熱力學(xué)第三定律知，絕對零度不可能達到，A錯；

4、由熱力學(xué)第二定律知，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，但是將產(chǎn)生其他影響，B對；物體吸收了熱量，若全部用于對外做功，其內(nèi)能不變，C錯；壓縮氣體，若氣體向外放熱，氣體的溫度不一定升高，D錯． 【答案】　B 能量守恒定律和兩類永動機 1.能量守恒定律 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，或者從一個系統(tǒng)(物體)轉(zhuǎn)移到別的系統(tǒng)(物體)，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，其總量保持不變． 2．能源的利用 (1)存在能量耗散和品質(zhì)下降． (2)重視利用能源時對環(huán)境的影響． (3)要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水流能等)． 3．兩類永動機 (1)

5、第一類永動機：不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機器． 違背能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)． (2)第二類永動機：從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化的機器． 違背熱力學(xué)第二定律，不可能實現(xiàn)． 【針對訓(xùn)練】 3. 圖11－3－2 (2011江蘇高考)如圖11－3－2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

6、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 【解析】　形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，伸展劃水時一部分熱量轉(zhuǎn)變?yōu)樗娃D(zhuǎn)輪的動能，另一部分釋放到空氣中，根據(jù)能量守恒定律可知只有D項正確． 【答案】　D (對應(yīng)學(xué)生用書第192頁) 熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用 1.改變物體內(nèi)能的兩種方式 　　方式 區(qū)別　　 做功 熱傳遞 內(nèi)能變化 外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加 物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少 物體吸收熱量，內(nèi)能增加 物體放出熱量，內(nèi)能減少

7、 物理實質(zhì) 其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化 不同物體間或同一物體 不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 相互聯(lián)系 做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的 2.對熱力學(xué)第一定律的理解 (1)在ΔU＝Q＋W中，W表示做功情況，說明內(nèi)能和其他形式的能可以相互轉(zhuǎn)化；Q表示吸熱或放熱的情況，說明內(nèi)能可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而ΔU＝Q＋W是能量守恒定律的具體體現(xiàn)． (2)三種特殊情況 ①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加． ②若過程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加． ③若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能

8、不變，即ΔU＝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． 　(2012新課標(biāo)全國高考)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對物體做功或向它傳遞熱量 B．對某物體做功，必定會使該物體的內(nèi)能增加 C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? D．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體 E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程 【解析】　根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W.A正確，B錯誤．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，C、E正確，D錯誤． 【答案】　ACE 熱力學(xué)第二定律的理解和應(yīng)用 1.在熱力學(xué)第二定律的表述中，“不引起其他變化”的含義

9、 “不引起其他變化”的含義是發(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． 2．熱力學(xué)第二定律的實質(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宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性． 3．熱力學(xué)過程方向性實例 (1)高溫物體低溫物體． (2)功熱． (3)氣體體積V1氣體體積V2(較大)． (4)不同氣體A和B混合氣體AB. 在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．

10、　 圖11－3－3 我國神七航天員的漫步太空已變成現(xiàn)實．神七航天漫步太空，此舉震撼世界，意義重大無比．其中，飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設(shè)施專門做成了一個艙，叫“氣閘艙”，其原理圖如圖11－3－3所示，兩個相通的艙A、B間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換．打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡，則(　　) A．氣體體積膨脹，對外做功 B．氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加 C．體積變大，溫度降低 D．B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中 【解析】　當(dāng)閥門K被打開時，A中的氣體進入

11、B中，由于B中為真空，所以A中的氣體不會做功，則A選項是錯誤的；又因為系統(tǒng)與外界無熱交換，所以氣體內(nèi)能不變，則氣體的溫度也不變，則選項B、C錯誤；由熱力學(xué)第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界作用時，B中氣體不能自發(fā)地全部回到A中，故D正確． 【答案】　D 氣體實驗定律與熱力學(xué)定律綜合 　 圖11－3－4 如圖11－3－4，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的理想氣體，p0和T0分別為大氣的壓強和溫度．已知：氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U＝αT，α為正的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢

12、的．求： (1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V1； (2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q. 【解析】　(1)在氣體由p＝1.2p0下降到p0的過程中，氣體體積不變，溫度由T＝2.4T0變?yōu)門1， 由查理定律得＝ 在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中，體積由V減小到V1，氣體壓強不變， 由蓋—呂薩克定律得＝，解得 (2)在活塞下降過程中，活塞對氣體做的功為 W＝p0(V－V1) 在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少為 ΔU＝α(T1－T0) 由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為 Q＝W＋ΔU， 解得Q＝p0V＋αT0 【答案】　(1)V　(2)p0V＋αT

13、0 熱力學(xué)第一定律在氣體狀態(tài)變化中的應(yīng)用 (1)理想氣體無分子勢能，只有分子動能，一定質(zhì)量的氣體，其內(nèi)能只取決于溫度，而與體積無關(guān)． (2)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＝(或＝C常數(shù))，判斷氣體的內(nèi)能的變化只需分析氣體的溫度，溫度升高(或降低)，內(nèi)能增大(或減小)． (3)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ΔU＝Q＋W確定熱量Q的正、負，判斷出吸熱、放熱． (對應(yīng)學(xué)生用書第193頁) 1．(2013屆太原一中檢測)二氧化碳是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主

14、要原因之一，人類在采取節(jié)能減排措施的同時，也在研究控制溫室氣體的新方法，目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù)．在某次實驗中，將一定質(zhì)量的二氧化碳氣體封閉在一可自由壓縮的導(dǎo)熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減為原來的一半，不計溫度變化，則此過程中(　　) A．封閉氣體對外界做正功 B．封閉氣體向外界傳遞熱量 C．封閉氣體分子的平均動能增大 D．封閉氣體從外界吸收熱量 【解析】　因為氣體的溫度不變，所以氣體分子的平均動能不變，C錯誤；當(dāng)氣體體積減小時，外界對氣體做功，A錯誤；由熱力學(xué)第一定律可得，封閉氣體將向外界傳遞熱量，D錯B正確． 【答案】　B 2. 圖11－

15、3－5 (2012渭南二模)如圖11－3－5所示中汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣．現(xiàn)將活塞桿與外界連接并使之緩慢地向右移動．這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功．若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是(　　) A．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律 B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律 C．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律 D．A、B、C三種說法都不對 【答案】　C 3. 圖11－3－6

16、 如圖11－3－6所示為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(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)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外．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，是因為其消耗了電能 C．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第二定律 【解析】　由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體，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，需要壓縮機工作并消耗電能． 【答案】　B 4．(201

17、1大綱全國高考)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是(　　) A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 B．氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減少 C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 【解析】　由熱力學(xué)第二定律知吸收的熱不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為功，但通過其他方法可以全部轉(zhuǎn)化為功，故A正確；氣體體積增大，對外做功，若同時伴隨有吸熱，其內(nèi)能不一定減少，B錯誤；氣體從外界吸熱，若同時伴隨有做功，其內(nèi)能不一定增加，C錯誤；外界對氣體做功，同時氣體放熱，其內(nèi)能可能減少，D正確． 【答案】　AD 5．(2011福建高考)一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5

18、104 J，氣體對外界做功1.0104 J，則該理想氣體的(　　) A．溫度降低，密度增大　　　B．溫度降低，密度減小 C．溫度升高，密度增大 D．溫度升高，密度減小 【解析】　由ΔU＝W＋Q可得理想氣體內(nèi)能變化ΔU＝－1.0104 J＋2.5104 J＝1.5104 J>0，故溫度升高，A、B兩項均錯．因為氣體對外做功，所以氣體一定膨脹，體積變大，由ρ＝可知密度變小，故C項錯誤D項正確． 【答案】　D 6．(2012江西重點盟校二次聯(lián)考)(1)下列說法正確的是(　　) A．由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算出該種氣體分子的大小 B．懸浮在液體中的固體微粒越小，布

19、朗運動就越明顯 C．分子間的引力隨分子間距離的增大而增大，分子間的斥力隨分子間距離的增大而減小 D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 圖11－3－7 (2)如圖11－3－7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0.2 m，活塞面積10 cm2，大氣壓強1.0105 Pa，物重50 N，活塞質(zhì)量及一切摩擦不計，緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞剛好升到缸口，封閉氣體吸收了60 J的熱量，則封閉氣體的壓強將________(選填“增加”、“減小”或“不變”)，氣體內(nèi)能變化量為________J. 【解析】　(1)由于氣

20、體分子間距離大，所以不能估算分子大小，A錯．布朗運動的顯著程度與溫度和顆粒大小有關(guān)，B正確．分子引力和斥力都是隨分子間距離的增大而減小的，則C錯．熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故D錯． (2)此時氣體壓強p＝p0－恒定． 由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q＝－pΔV＋Q＝50 J. 【答案】　(1)B　(2)不變　50 7．(1)當(dāng)密閉在氣球內(nèi)的空氣(可視為理想氣體)溫度緩慢升高時________________________________________________________________________． A．氣體分子的體積增大 B．氣體分子的動能增大 C．

21、氣體分子的平均動能增大 D．單位體積內(nèi)分子數(shù)增多 (2)若只對一定質(zhì)量的理想氣體做1 500 J的功，可使其溫度升高5 K．若改成只用熱傳遞的方式，使氣體溫度同樣升高5 K，那么氣體應(yīng)吸收________J的熱量．如果對該氣體做了2 000 J的功，使其溫度升高了5 K，表明在該過程中，氣體還________(選填“吸收”或“放出”)熱量________J. 【答案】　(1)C　(2)1 500　放出　500 8．(1)第一類永動機不可能制成是因為其違反了________，第二類永動機不可能制成是因為其違反了_______________________________________

22、_________________________________． (2)在一個大氣壓下，水在沸騰時，1 g水吸收2 263.8 J的熱量后由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài)，其體積由1.043 cm3變成1 676 cm3，求： ①1 g水所含的分子個數(shù)； ②體積膨脹時氣體對外界做的功； ③氣體的內(nèi)能變化．(大氣壓強p0＝1.0105 Pa，水的摩爾質(zhì)量為M＝18 g/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.01023 mol－1) 【解析】　(2)①1 g水所含的分子個數(shù)為n＝61023＝3.31022(個)． ②氣體體積膨脹時對外做的功為W＝p0ΔV＝105(1 676－1.043)10－6

23、J＝167.5 J. ③根據(jù)熱力學(xué)第一定律有： ΔU＝W＋Q＝(2 263.8－167.5) J＝2 096.3 J. 【答案】　(1)能量守恒定律　熱力學(xué)第二定律 (2)①3.31022　②167.5 J?、墼黾印? 096.3 J 9．(1)下列說法正確的是(　　) A．布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運動的反映 B．沒有摩擦的理想熱機可以把吸收的能量全部轉(zhuǎn)化為機械能而不產(chǎn)生其他影響 C．知道某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量和密度可求出阿伏加德羅常數(shù) D．內(nèi)能不同的物體，它們分子熱運動的平均動能可能相同 (2)一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功1.7105 J，氣

24、體內(nèi)能減少1.3105 J，則此過程中氣體________(填“吸收”或“放出”)的熱量是________J．此后，保持氣體壓強不變，升高溫度，氣體對外界做了5.0105 J的功，同時吸收了6.0105 J的熱量，則此過程中，氣體內(nèi)能增加了________J. 【解析】　(1)布朗運動是指懸浮在液體中的固體小顆粒的運動，并不是指顆粒分子的運動，所以A錯誤．熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化，所以B錯誤．知道摩爾質(zhì)量和密度可求摩爾體積，求不出阿伏加德羅常數(shù)，所以C 錯誤．內(nèi)能不同的物體它們分子運動的平均動能可能相同，因為只要物體的溫度相同，分子平均動能就相同，所以D項正確． (2)

25、根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：W＝1.7105 J，ΔU＝－1.3105 J，代入ΔU＝W＋Q可得，Q＝－3.0105 J，Q為負值，說明氣體要放出熱量，放出的熱量為3.0105 J；同理W＝－5105 J，Q＝6105 J，ΔU＝W＋Q＝1.0105 J，即內(nèi)能增加了1.0105 J. 【答案】　(1)D　(2)放出　3.0105　1.0105 10．如圖11－3－8所示，A、B兩個汽缸中裝有體積均為10 L、壓強均為1 atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)、溫度均為27 ℃的空氣，中間用細管連接，細管容積不計．細管中有一絕熱活塞，現(xiàn)將B汽缸中的氣體升溫到127 ℃，若要使細管中的活塞仍停在原位置．(不計摩擦，A汽缸中的氣體溫度保持不變，A汽缸截面積為500 cm2) 圖11－3－8 (1)求A中活塞應(yīng)向右移動的距離； (2)A中氣體是吸熱還是放熱，為什么？ 【解析】　(1)對B：由＝得 P′B＝PB＝PB＝PB 對A：由PAVA＝P′AV′A　得V′A＝ 且：PA＝PB，P′A＝P′B　解得：V′A＝VA 所以Δl＝＝5 cm. (2)放熱，在向右推活塞過程中，A中氣體溫度不變，氣體內(nèi)能不變；體積減小，外界對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知氣體應(yīng)放熱． 【答案】　(1)5 cm　(2)見解析 專心---專注---專業(yè)