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1、热力学定律 一、 热力学第一定律 在一般情况下， 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程， 那么， 外界对物体所做的功W 加上物体从外界吸收的热量 Q，等于物体内能的增加U，即U= W + Q 内容：物体内能的增量E 等于外界对物体做的功 W 和物体吸收的热量 Q 的总和。 表达式：W+Q=U 符号规则： 物体内能增加，U0；物体内能减少，U 0 外界对物体做功 W 0；物体对外界做功 W 0 物体从外界吸热 Q0； 物体向外界放热 Q 0 二. 热力学第二定律 表述形式 1：热量总是从高温物体传到低温物体，但是不可能自动从低温物体传递到高温物 体，而不引起其它变化。 （这是按照热传导的方向
2、性来表述的。 ） 表述形式 2：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化。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而不引起其它变化。 （这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的。 ） 注意：两种表述是等价的，并可从一种表述导出另一种表述。 表述形式 3、第二类永动机是不可能制成的。 三、能量转化和守恒定律 功是能量转化的量度热力学第一定律表示，做功和热传递提供给一个物体多少能量，物体 的内能就增加多少，能量在转化或转移过程中守恒 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别的形式，或者从一个物 体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量
3、不变。 12(选修 3-3) (2) 若对一定质量的理想气体做 1500 J 的功，可使其温度升高 5改用热传 递的方式，使气体温度同样升高 5，那么气体应吸收 J 的热量如果对该气体做了 2000 J 的功，其温度升高了 8，表明该过程中，气体还 （填“吸收”或“放出”）热量 J 答：（2）1500、吸收、400 前两空各 2 分，第 3 个空 4 分 12.A （选修模块33） 空气压缩机在一次压缩过程中， 活塞对气缸中的气体做功为2.0105J， 同时气体的内能增加了1.5l05J 试问 ： 此压缩过程中， 气体 （填 “吸收” 或 “放 出”）的热量等于 J 答：放出； 5104； 解
4、析：由热力学第一定律U = WQ，代入数据得 ： 1.5105 = 2.0105Q， 解得 Q =5104J；12.（2）一定质量的理想气体，在绝热膨胀过程中对外做功 5J，则其 内能 （选填“增加”或“减少”） J; 试从微观角度分析其压强变化情况. 答：减小 5 气体体积增大，则单位体积内的分子数减少 ； 内能减少，则温度降低，其分子运动的平均 速率减小；则气体的压强减小。14、下列说法正确的是 （ D ） A物体吸收热量，其温度一定升高 B热量只能从高温物体向低温物体传递 C遵守热力学第一定律的过程一定能实现 D做功和热传递是改变物体内能的两种方式 解析：由热力学第一定律可知，做功与热传
5、递可以改变物体的内能，D 正确；故物体吸收热 量时，其内能不一定增大，A 错；由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，但若通 过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，B、C 错10对于一定质量的理想气 体，下列说法正确的是 （ A D ） A体积不变，压强减小的过程，气体一定放出热量，内能减少 B若气体内能增加，则外界一定对气体做功 C若气体的温度升高，则每个气体分子的速度一定增大 D若气体压强不变，气体分子平均距离增大时，则气体分子的平均动能一定增大 9下列说法正确的是 ( C D ) A机械能全部变成内能是不可能的 B第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不
6、会凭空消失， 只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式。 C根据热力学第二定律可知，热量也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 10被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度增加，压强保持不变，则 ( C ) A气缸中每个气体分子的速率都增大 B气缸中单位体积气体分子数增多 C气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量 D气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量 13 （9 分） （选做，适合选修 33 的同学）注意观察的同学会发现，用来制冷的空调室内 机通常挂在高处， 而用来取暖的暖气片却安装在较低处， 这是由于要利用热空气密度小而冷 空
7、气密度大来形成对流的缘故。 请你解释， 为什么热空气密度小而冷空气密度大？将一氢气 球放飞，随着气球高度的不断增大，若高空气压不断降低，气球的体积也不断增大，而温度 基本不变。请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的？ 解 ： （1）根据盖吕萨克定律可知，对于质量一定的气体（2分） ，在压强一定的情况下（1 分） ，温度越高，体积越大（2分） ，故密度越小。 （2）气球要不断从外界吸热（2 分） ，将吸取的能量用来不断对外做功（2 分） 。 13 （1） （6 分） （选做，适合选修 33 的同学） 汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时， 气体体积膨胀推动活塞对外做功。 已知在某次 对外做功的冲程中汽油燃
8、烧释放的化学能为 1103J， 因尾气排放、 汽缸发热等 对外散失的热量为 2.5102J， 则该内燃机对外所做的功为 J,该内燃 机的效率为 。随着科技的进步，不断设法减小热量损失，则内燃机 的效率不断提高，效率 （填“有可能”、“仍不可能”）达到 100%。 本小题考查对热力学第一定律和效率概念的理解，考查实验探究能力。 7.5102J（2 分） ，75%（2 分） 。仍不可能（2 分） 9如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体（不计分子势能） ，用电阻丝对气体缓慢加 热，绝热活塞可无摩擦地缓慢上升，下列说法正确的是（ D ） A气体对外做功，其内能减少 B气体分子在单位时间内撞击活塞的
9、个数增加 C气体分子在单位时间内对活塞的冲量增大 D对气体加热产生的热量一定大于气体对外所做的功 12 （3） （本题 4 分）如图所示，绝热隔板 S 把绝热的气缸分隔成体积相等的两 部分，S 与气缸壁的接触是光滑的 两部分中分别盛有相同质量、 相同温度的同 种气体 a 和 b 气体分子之间相互作用可忽略不计 现通过电热丝对 气体 a 缓慢加热一段时间后， a、 b 各自达到新的平衡状态 试分析 a、 b 两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？ 答：气缸和隔板绝热，电热丝对气体 a 加热，a 温度升高，体积增大，压强增大，内能增 大； （2 分） a 对 b 做功，b 的体
10、积减小，温度升高，压强增大，内能增大（2 分） 36、 （8 分） 【物理物理 33】 喷雾器内有10 L水，上部封闭有1 atm的空气2 L关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再 充 入1 atm的空气3 L（设外界环境温度一定，空气可看作理想气体） E ab S U 当水面上方气体温度与外界温度相等时， 求气体压 强， 并从微观上解释气体压强变化的原因 打开喷雾阀门， 喷雾过程中封闭气体可以看成等温 膨胀， 此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由 解：设气体初态压强为 p1，体积为 V1；末态压强 为 p2，体积为 V2，由玻意耳定律 p1V1 p1V1 代入数据得：p22.5 atm 微观解
11、释：温度不变，分子平均动能不变，单位体 积内分子数增加，所以压强增加 吸热气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热 14 【物理 33】(8 分)如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的 空气柱长度为 22cm，现用竖直向下的外力 F 压缩气体，使封闭的空气柱长度变为 2cm，人对活塞做功 100J，大气压强为 p0=1105Pa，不计活塞的重力问： 若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大? 若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为 20J，则气体的内能增加多少?(活 塞的横截面积 S=1cm2) 解：(8 分)解设压缩后气体的压强为 p，活塞的横截面
12、积为 S， l0=22cm，l =2cm，V0= l0S，V=LS缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律： p0V0=pV (3 分) 解出 p=1.1106 Pa (1 分) 大气压力对活塞做功 W1 =p0 S ( l0-l ) =2J，人做功 W2=l00J， (1 分) 由热力学第一定律： U=W1+W2+Q (2 分) 将 Q20J 等代入，解出U=82J (1 分)12.I(12 分)(选修 3-3 试题) 如图所示，一气缸竖直放置，用一质量为 m 的活塞在缸内封闭了一定量的理想气体，在气 缸的底部安装有一根电热丝，用导线和外界电源相连，已知气缸壁和活塞都是绝热的，气缸 壁与活塞间接触光滑且不漏气现接通电源，电热丝对缸内气体缓慢加 热 (1)关于气缸内气体，下列说法正确的是_ A单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少 B所有分子的速率都增加 C分子平均动能增大 D对外做功，内能减少 (2)设活塞横截面积为 S， 外界大气压强为 p0， 电热丝热功率为 P， 测得通电 t 时间内活塞缓慢向上移动高度 h，求： 气缸内气体压强的大小； t 时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量 解：(1) CD (2) 由活塞受力平衡， p S mg p 0 气体对外做功 W=pSh=p0Sh+mgh 内能的变化量E=Q-W=Pt-mgh- p0Sh F 电源 电热丝