1、第3课时热力学定律与能量守恒考纲解读 1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律.2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律.3.掌握能量守恒定律及其应用1热力学第一定律的理解一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0104 J，气体内能减少1.3105 J，则此过程()A气体从外界吸收热量2.0105 JB气体向外界放出热量2.0105 JC气体从外界吸收热量6.0104 JD气体向外界放出热量6.0104 J答案B解析根据热力学第一定律，UWQ，所以QUW1.3105 J7.0104 J2.0105 J，即气体向外界放出热量2.0105 J.2能量守恒定律
2、的应用木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是()AU200 J，Ek600 J BU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek200 J答案B解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能的大小，即U6010 J600 J，由能量守恒定律可得EkW总U8010 J600 J200 J故正确答案为B.3热力学定律与理想气体状态方程的综合应用景颇族的祖先发明的点火器如图1所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾
3、绒即可点燃对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()图1A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，气体内能减少答案B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UWQ知，气体内能增加，温度升高由理想气体状态方程C知，气体压强增大选项A、C、D错误，选项B正确4热力学定律与气体实验定律的综合应用如图2所示，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，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小()图2A从外界吸热 B内能增大C向外界放热 D内能减小答案C解析筒内空气体积减
4、小，外界对气体做正功，而温度不变，由热力学第一定律UWQ，可知气体向外界放热，故C正确1物体内能的改变(1)做功是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用做功的数值来量度(2)热传递是物体间内能的转移过程，内能的转移量用热量来量度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：UQW.3能量守恒定律(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另一个物体，但在转化或转移过程中其总量保持不变(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的不消耗能量而对外做功的第一类永动机是
5、不可能制成的.考点一对热力学第一定律的理解及应用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UQW符号的规定符号WQU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Q0，WU，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W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量例1在如图3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
6、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：图3(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U1；(2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量U2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W10根据热力学第一定律有U1W1Q1内能的增量U1Q19 J.(2)从状态A到状态B的过程，体积减小，温度升高该气体内能的增量U2U19 J根据热力学第一定律有
7、U2W2Q2从外界吸收的热量Q2U2W23 J.答案(1)09 J(2)9 J3 JUWQ，使用时注意符号法则(简记为：外界对系统取正，系统对外界取负)对理想气体，U仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q0.气体向真空膨胀不做功突破训练1一定质量的气体，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？答案(1)增加了160 J(2)外界对气体做功80 J解析(1)由热力学第一定律可得UWQ120
8、 J280 J160 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U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功80 J.突破训练2图4为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()图4A外界对气体做功，气体内能增大B外界对气体做功，气体内能减小C气体对外界做功，气体内能
9、增大D气体对外界做功，气体内能减小答案A解析M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大46.热力学定律与理想气体实验定律综合的解题模型例2如图5所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l120 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h10 cm.(环境温度不变，大气压强p075 cmHg)图5(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”做单位)(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
10、”或“放热”)审题与关联解析(1)设U形管横截面积为S，右端与大气相通时，左管中封闭气体的压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，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p1V1p2V2p1p0p2pphV1l1SV2l2S由几何关系得h2(l2l1)联立式，代入数据得p50 cmHg(2)左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，U0，根据热力学第一定律UQW且W0，气体将吸热答案(1)50 cmHg(2)做正功吸热突破训练3一定质量的理想气体由状态A经状态B变成状态C，其中AB过程为等压变化，BC过程为等容变化已知VA0
11、.3 m3，TATC300 K，TB400 K.(1)求气体在状态B时的体积(2)说明BC过程压强变化的微观原因(3)设AB过程气体吸收热量为Q1，BC过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因答案(1)0.4 m3(2)见解析(3)Q1Q2，原因见解析解析(1)设气体在状态B时的体积为VB，由盖吕萨克定律得，代入数据得VB0.4 m3.(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)Q1大于Q2；因为TATC，故AB增加的内能与BC减少的内能相同，而AB过程气体对外界做正功，BC过程气体不做功，由热力学
12、第一定律可知Q1大于Q2.高考题组1.(2013广东18)图6为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L水，上部密封1 atm的空气0.5 L，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 L，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有()图6A充气后，密封气体压强增加B充气后，密封气体的分子平均动能增加C打开阀门后，密封气体对外界做正功D打开阀门后，不再充气也能把水喷光答案AC解析由pVnRT知，当V、T不变时，n增加，p增大，故A对物体的温度不变，分子的平均动能就不变，故B错通过公式p1V1p2V2pV1计算出，密封气体压强变为1.2 atm，大于外界压强，故打开阀门后气体就
13、会压水把水喷出，显然气体对外界做正功，体积变大，压强变小，当密封气体压强与装置内剩余水的压强之和与外界压强相等的时候，就不再喷水了，故C对，D错2(2012福建理综28(1)关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是()A一定量的气体吸收热量，其内能一定增大B不可能使热量由低温物体传递到高温物体C若两分子间距离增大，分子势能一定增大D若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大答案D解析由热力学第一定律UWQ知，一定量的气体吸收热量内能不一定增大，例如气体对外做功，且WQ，那么内能将会减小，故A项错误；不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，如果“引起其他变化”，完全可以实现将
14、热量从低温物体传递到高温物体，故B项错误；当r0，所以气体对外做负功，同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律UWQ知气体放热；(4)从D到A是等压变化，由得VDVA.模拟题组4二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中()A封闭气体对外界做正功B封闭气体向外界传递热量C封闭气体分子的平均动能增大D封闭气体从外界吸收热量答案B解析因为气体的温度不变，
15、所以气体分子的平均动能不变，C错误；当气体体积减小时，外界对气体做功，A错误；由热力学第一定律可得，封闭气体将向外界传递热量，B正确，D错误5一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图象如图8所示，AB、BC分别与p轴和T轴平行，气体在状态A时的压强为p0、体积为V0，在状态B时的压强为2p0，则气体在状态B时的体积为_；气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了U，则此过程气体_(选填“吸收”或“放出”)的热量为_图8答案吸收UW解析对AB过程，温度不变，由玻意耳定律可知，气体在状态B时的体积为V；气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增
16、加了U，由热力学第一定律，此过程气体吸收的热量为UW.(限时：30分钟)题组1热力学第一定律的理解1.如图1所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体()图1A温度升高，压强增大，内能减少B温度降低，压强增大，内能减少C温度升高，压强增大，内能增加D温度降低，压强减小，内能增加答案C解析向下压活塞，力F对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故选项C正确2.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装
17、置，它主要由汽缸和活塞组成开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图2所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()图2A对外做正功，分子的平均动能减小B对外做正功，内能增大C对外做负功，分子的平均动能增大D对外做负功，内能减小答案A解析气体膨胀，气体对外界做正功，又因气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，即不考虑分子势能，所以分子的平均动能减小，选项A正确3“温泉水滑洗凝脂，冬浴温泉正当时”，在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢设水温恒定，则温泉中正在缓慢
18、上升的气泡()图2A压强增大，体积减小，吸收热量B压强增大，体积减小，放出热量C压强减小，体积增大，吸收热量D压强减小，体积增大，放出热量答案C解析气泡上升的过程中，压强减小，体积增大，温度不变，必然会吸收热量，对比各选项可知，答案选C.4.如图3，一绝热容器被隔板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3A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，温度不变答案BD解析因b内为真空，所以抽开隔板后，a内气体可以“自发”进入b，气体不做功又因容器绝热，不与外界发生热量传递，
19、根据热力学第一定律可以判断其内能不变，温度不变由理想气体状态方程可知：气体体积增大，温度不变，压强必然变小，综上可判断B、D项正确题组2热力学定律与气体实验定律的组合应用5被活塞封闭在汽缸中的一定质量的理想气体，温度增加，压强保持不变，则()A汽缸中每个气体分子的速率都增大B汽缸中单位体积气体分子数减小C汽缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量D汽缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量答案BD解析温度升高分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，A错；温度增加，压强保持不变，体积增大，汽缸中单位体积气体分子数减少，由UQW可知气体吸收的热量大于气体内能的增加量，C错，B、D对6.如图4
20、所示，倒悬的导热汽缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A，活塞A的下面吊着一个重物，汽缸中封闭着一定质量的理想气体起初各部分均静止不动，大气压强保持不变对于汽缸内的气体，当其状态缓慢发生变化时，下列判断正确的是()图4A若环境温度升高，则气体的压强一定增大B当活塞向下移动时，外界一定对气体做正功C保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体一定会吸热D若环境温度降低，缓慢增加重物的质量，气体体积可能保持不变答案CD解析若环境温度升高，气体等压膨胀，气体的压强不变，选项A错误；当活塞向下移动时，气体对外界做正功，选项B错误；保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体体积增大，对外做功，内能不变
21、，气体一定会吸热，选项C正确；若环境温度降低，气体温度降低，缓慢增加重物的质量，气体压强减小，气体体积可能保持不变，选项D正确7.固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略假设汽缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图5所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的下列结论，其中正确的是()图5A气体对外做功，气体内能不变B气体对外做功，气体内能减小C外界对气体做功，气体内能不变D气体从外界吸热，气体内能减小答案A解析因汽缸导热性能良好，故气体温度等于环境温度，因环境温度不变，故气体温度不变，内能不变；又因为气体体积增大，
22、故气体对外做功，所以选项A正确8.图6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，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()图6A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答案A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律UWQ可知，U800 J(200 J)600 J，U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9带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体气体开始处于状态a，然后经过过程ab达到状态b
23、或经过过程ac达到状态c，b、c状态温度相同，如图7所示设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc ，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则()图7Apbpc，QabQac Bpbpc，QabQacCpbQac Dpb pc，QabQac，C正确10.气体温度计结构如图8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h114 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h244 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 cmH
24、g)图8(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)增大吸热解析(1)设恒温槽的温度为T2，由题意知T1273 KA内气体发生等容变化，根据查理定律得p1p0ph1p2p0ph2联立式，代入数据得T2364 K(或91)(2)内能增大，气体将吸热11(2013江苏12)如图9所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)，这就是著名的“卡诺循环”图9(1)该循环过程中，下列说法正确的是_A
25、AB过程中，外界对气体做功BBC过程中，气体分子的平均动能增大CCD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多DDA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“AB”、“BC”、“CD”或“DA”)若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量，在CD过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kJ.答案(1)C(2)BC25解析(1)由理想气体状态方程和热力学第一定律分析，AB为等温过程，内能不变，气体的体积增大，气体对外做功，A错；BC过程为绝热过程，气体体积增大对外做功，因此内能减小，气体分子的平均动能减小，B错；CD为等温过程，气体
26、体积减小，单位体积内的分子数增多，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C正确； DA为绝热过程，气体体积减小，外界对气体做功，内能增大，温度升高，因此气体分子的速率分布曲线变化，D错(2)在以上循环过程中，内能减少的过程是BC.由热力学第一定律UQW得W25 kJ.12(1)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是_A晶体的物理性质都是各向异性的B露珠呈球状是由于液体表面张力的作用C布朗运动是固体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动D当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小(2)一定质量的理想气体从状态(p1、V1)做等温膨胀，状
27、态变化如图10中实线所示若该部分气体从状态(p1、V1)做与外界无热交换的膨胀至体积V2，则对应的状态变化图线可能是图中虚线_(填图中虚线代号)，在这一过程中气体的内能_(填“增大”“减小”或“不变”)图10(3)现在轿车已进入普通家庭，为保证驾乘人员人身安全，汽车增设了安全气囊，它会在汽车发生一定强度的碰撞时，利用叠氮化钠(NaN3)爆炸时产生气体(假设都是N2)充入气囊，以保护驾乘人员若已知爆炸瞬间气囊容量为7102 m3，氮气的密度1.25102 kg/m3，氮气的平均摩尔质量M0.028 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，试估算爆炸瞬间气囊中N2分子的总个数N(结果保留一位有效数字)答案(1)B(2)d减小(3)21026个解析(1)晶体包括单晶体与多晶体，单晶体的物理性质是各向异性，但多晶体的物理性质是各向同性，选项A错误；液体的表面张力具有使液体表面积收缩的趋势，所以露珠呈球状，选项B正确；布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动，选项C错误；当分子力表现为斥力时，分子力、分子势能都随分子间距离的减小而增大，选项D错误(2)该部分气体在与外界无热交换的情况下膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，由理想气体状态方程可知压强比第一次的还要低，虚线d正确(3)设N2气体的摩尔数为n，则n，气体分子数NnNA，联立解得N21026个