第3讲 热力学定律与能量守恒定律
第十五章第3讲 热力学定律与能量守恒定律--2025版高考总复习物理

01
知识梳理 自主落实
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第15章 热学
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第15章 热学
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第15章 热学
1.(多选)下列说法正确的是( ) A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律 B.第二类永动机违背了能量转化的方向性 C.自然界中的能量是守恒的,所以不用节约能源 D.自然界中的能量尽管是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于 利用,所以要节约能源
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第15章 热学
解析:汽缸开口向上时,则p1S=mg+p0S,汽缸开口向下时,则p2S+mg =p0S,则由玻意耳定律可得p1V=p2V′,解得V′=3V,气体体积变大,对 外界做功,即W<0,温度不变,则内能不变,ΔU=0,根据ΔU=W+Q 可知Q>0,气体吸热。
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第15章 热学
02
高考第总1复5章习热学物理 教科版 第3讲 热力学定律与能量守恒定律
知识梳理 自主落实
索
考点突破 提升能力
引
课时跟踪练
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第15章 热学
1.理解热力学第一定律,知道改变内能的两种方式,并能用热力学第一 定律解决相关问题。2.理解热力学第二定律,知道热现象的方向性。3.知 道第一类永动机和第二类永动机不可能制成。
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第15章 热学
3.如图甲所示,一开口向上的导热汽缸内封闭了一定质量的理想气体, 气体体积为V、压强为1.5p0,活塞可无摩擦滑动且不漏气,汽缸外大气 压强为p0,环境温度不变。现将汽缸倒立挂起稳定后如图乙所示,该过 程 中 气 体 __吸__热____( 选 填 “ 吸 热 ” 或 “ 放 热 ”) , 气 体 体 积 变 为 ___3_V____。
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20高考物理:第13章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律

2019年4月27日
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11
• 2.(2018·上海七校联考)下列叙述正确的是 ( )
D
• A.外界对物体做功,物体的内能一定增加
• B.热量不能由低温物体传递到高温物体
• C.温度升高,物体内每个分子的热运动速率都增大
• D.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
2019年4月27日
• D.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
• E.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
2019年4月27日
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• [解析] 物体吸收热量,如果同时对外做功,其温度不一定升高, 故A错误;一定质量的理想气体,分子间相互作用力可忽略不计, 故内能只与温度有关,与体积无关,故B正确;做功和热传递是改 变物体内能的两种方式,故C正确;布朗运动是悬浮在液体中固体 颗粒的无规则运动,它是液体分子无规则运动的反映,但不能反映 固体分子的无规则运动,故D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,故 E正确。
• B.第二类永动机不违反能量守恒定律
• C.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机
• D.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递
• E.气体向真空的自由膨胀的过程是不可逆的
2019年4月27日
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• [解析] 根据热力学第二定律可知,即使科技再进步也不可以使内 燃机成为单一热源的热机,A错误;第二类永动机不违反能量守恒 定律,但违反热力学第二定律,B正确;自然界的总能量是守恒, 能源危机不是因为能量消耗,而是可用能源在减小,故C错误;电 冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递,D正 确;气体膨胀后,我们必须对气体做功,使之恢复原来的状态,所 做的功转化为气体向外界传出的热量,根据热力学第二定律可知, 我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功,所以这个过程是 不可逆的,故E正确。
2025年高考物理总复习专题十三热学第3讲热力学定律

第3讲热力学定律、能量守恒知识巩固练1.(2023年湛江二模)一同学在室内空调显示屏上看到室内的空气温度,为了测出室外的空气温度,他将一近似球形的气球在室内吹大并放置较长一段时间后,测量其直径为L1之后拿到室外并放置较长一段时间后,测量其直径为L2,L2>L1若不考虑气球表皮的弹力变化,且气球吹大后视为球体,大气压不变,室内、外的温度均保持不变,则()A.气球内气体对外界做负功B.气球内气体对外界不做功C.室外温度比室内温度高D.气球在室外放出了热量【答案】C【解析】气球直径变大,说明气体体积变大,说明气体对外界做功,A、B错误;根据V1T1=V2T2,可知体积变大,温度升高,所以室外温度比室内温度高,C正确;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知温度升高,气体内能增大;体积变大,气体对外界做功,所以气体从外界吸收热量,D错误.2.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,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()A.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】A3.(2023年北京东城一模)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经过两个状态变化过程,先后到达状态b和状态c.下列说法正确的是()A.从a 到b 的过程中,气体从外界吸热B.从a 到b 的过程中,气体的内能增加C.从b 到c 的过程中,气体的压强减小D.从b 到c 的过程中,气体对外界做功【答案】C 【解析】从a 到b 的过程中,气体温度不变,内能不变,体积减小,外界对气体做功.ΔU =0,W >0,由热力学第一定律ΔU =W +Q ,得Q <0,气体向外界放热,A 、B 错误;从b 到c 的过程中,体积不变,气体对外界不做功.从b 到c 的过程中,温度降低,体积不变,由查理定律得,气体的压强减小,C 正确,D 错误.综合提升练4.(2022年辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b ,其体积V 和热力学温度T 变化图像如图所示,此过程中该系统 ( )A.对外界做正功B.压强保持不变C.向外界放热D.内能减少【答案】A 【解析】理想气体从状态a 变化到状态b ,体积增大,理想气体对外界做正功,A 正确;由题图V -T 图像可知V =V 0+kT ,根据理想气体的状态方程有pV T =C ,联立有p =Ck +V 0T ,可看出T 增大,p 增大,B 错误;理想气体从状态a 变化到状态b ,温度升高,内能增大,D 错误;理想气体从状态a 变化到状态b ,A 、D 可知,理想气体对外界做正功且内能增大,则根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,C 错误.5.(2022年河北卷)如图,绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后,容器中气球外部气体的压强将________(填“增大”“减小”或“不变”);温度将________(填“升高”“降低”或“不变”).【答案】增大 升高 【解析】假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变,当气球内部的气体缓慢释放到气球外部,容器中气球外部气体的压强将增大.当气球内部的气体缓慢释放到气球外部,原来气球外部气体绝热压缩,与外界无热交换,即Q =0,外界对气体做功,即W >0,根据绝热情况下的热力学第一定律ΔU =W ,可知气体内能增加,温度T 升高.6.如图所示是某种家庭便携式喷雾消毒桶及其原理图,内部可用容积为2 L ,工作人员装入稀释过的1.2 L 药液后旋紧壶盖,关闭喷水阀门,拉动压柄打气,每次打入压强为1 atm ,体积为0.1 L 的气体,此时大气压强为1 atm ,当壶内压强增大到2 atm 时,开始打开喷阀消杀,假设壶内温度保持不变,若不计管内液体体积.下列说法正确的是 ( )A.工作人员共打气9次B.打开阀门,当壶内不再喷出消毒液时,壶内剩余消毒液的体积为0.4 LC.打开阀门,当壶内不再喷出消毒液时,壶内剩余消毒液的体积为0.1 LD.消毒液喷出过程,气体对外做功,对外做功大于从外界吸收热量【答案】B【解析】设工作人员共打气n次,根据玻意耳定律有1 atm×(2 L-1.2 L)+n·1 atm×0.1 L=2 atm×(2 L-1.2 L),解得n=8,故A错误;打开阀门后,根据玻意耳定律有2 atm×(2 L-1.2 L)=1 atm×V气,解得V气=1.6 L,壶内不再喷出消毒液时,壶内气体的体积为1.6 L,则壶内剩余消毒液的体积为0.4 L,B正确,C错误;由于壶内温度保持不变,则壶内气体的内能不变,则根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知气体对外做的功等于从外界吸收的热量,D错误.。
选修3-3 热学 第3讲

Ⅰ
1.热力学第二定律的三种表述 (1)克劳修斯表述: 自发地 热量不能________从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述: 不产生 不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而_______ 其他影响 第二类 _________或表述为________“永动机是不可能制成的。”
(3)用熵的概念表示热力学第二定律。
【解析】(1)选B、C。热力学第一定律是热现象中内能与其他 形式能的转化规律,是能的转化和守恒定律的具体表现,适用
于所有的热学过程,故C正确,D错误。由热力学第二定律可知,
热量不能自发地从低温物体传到高温物体,除非有外界的影响
或帮助。电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压
缩机的帮助并消耗电能,故B正确,A错误。 (2)由热力学第一定律可知,电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了 热量,同时消耗了电能,释放到外界的热量比从冰箱内吸收的 热量多。 答案:(1)B、C (2)见解析
定律名称
热力学第一定律 比较项目 定律揭示的 问题 它从能量守恒的角度揭 它指出自然界中出现的 示了功、热量和内能改 过程是有方向性的 变量三者的定量关系 热力学第二定律
定律名称
热力学第一定律 比较项目 机械能和内能 的转化 热量的传递 当摩擦力做功时,机械 能可以全部转化为内能 热量可以从高温物体自 发传向低温物体 热力学第二定律
违背能量守恒Biblioteka 不违背能量守恒,违背 热力学第二定律
【典例透析2】(2012·新课标全国卷)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
人教版高中物理选修3-3课件第10章第3节热力学第一定律能量守恒定律

A.尾气的温度越低,柴油机越节能
B.尾气的温度越高,柴油机越节能
C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D.以上说法均不正确
A
解析:高温高压的燃气推动活塞向下运动,对活塞做功,燃气的内能大部分转化为活塞的机械能, 在做功的过程中,内能转化为活塞的机械能越多,尾气的温度越低,柴油机越节能,故A正确,BCD错误。
『想一想』 有一种所谓“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。这是不 是一种永动机?如果不是,你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗?
答案:不是永动机,手表戴在手上,手运动的能量一部分转化为手表的能量(动能)。
课内互动探究
探究 一
对热力学第一定律的理解
思考讨论 1
C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高 D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析:形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水,由能量守恒知能量来源于热水,故A、 B、C错;由能量守恒知,叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能,一部分释放于空气中,故D对。
归纳总结
1.能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能:机械运动有机械能,分子的热运动有内能,还有诸如电磁能、化学能、 原子能等。
各种形式的能,通过做功可以相互转化,例如:利用电炉取暖或烧水,电能转化为内能;煤燃烧, 化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度升高,机械能转化为内能
Hale Waihona Puke 2.守恒条件与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的,例如,物体的机械能守恒,必须是只有重力做功; 而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然界现象都遵守的基本规律。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第3章 热力学定律 3.能量守恒定律

应用体验
【例1】 如图所示,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,活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空
中的轻弹簧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
绳拉紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(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其大致原理是先在鸟嘴上滴一些水,水分蒸 发吸热使得头部气压小于肚子的气压,从而使肚子中的部分液体被压入头 部,使鸟的重心上移,鸟的身体变得不稳开始倾斜,倾斜的过程中肚子中的 玻璃管口脱离液面,从而使头部的液体又回流到肚子中,使鸟身体再回到开 始时的竖直状态,而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水,之后鸟回到竖 直状态后,鸟嘴的水分蒸发,重复刚才的过程。综上 所述,饮水鸟上下运动的能量来源是周围空气的内能, 当饮水鸟的嘴不能再“喝”到水后,由于不能造成头部 和肚子的压强差,小鸟显然不能再上下运动了。
体达到平衡状态。经过此过程( D ) A.Ep全部转化为气体的内能 B.Ep一部分转化成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的 弹性势能
C.Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能 D.Ep一部分转化成活塞的重力势能,一部分转化为气体的内能,其余部分仍 为弹簧的弹性势能
解析 当绳子突然断开时,活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体 对活塞向下的压力F'共同作用,其合力向上,经多次往复运动后活塞静止时, 活塞处于三力平衡状态,气体体积必减小,外力对气体做正功,由于容器绝 热,气体的内能增加,而活塞最终的静止位置比初始位置高,其重力势能增 加,最终弹力与另外两个力的合力平衡,弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性 势能为Ep',由能量守恒定律得Ep=Ep'+活塞增加的重力势能+气体增加的内 能,所以D选项正确。
高考物理总复习第十一章 第3讲 热力学定律与能量守恒

图11-3-2
2013-11-27
有志者事竟成
16
高考复习· 物理
A.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
2013-11-27
有志者事竟成
17
高考复习· 物理
解析
对于一定质量的理想气体,内能仅与温度有关,
在猛推推杆的过程中,外界对气体做功,由于推杆的时间极 短,认为气体与外界无热量交换,内能增加,温度升高,所 以C、D项错误.又由理想气体状态方程可知温度升高,体 积减小,则压强一定变大,A项错误,B项正确.
高考复习· 物理
第十一章 热学
2013-11-27
有志者事竟成
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高考复习· 物理
第三讲
热力学定律与能量守恒
回扣教材
题型归类
误区反思
双基限时练
2013-11-27
有志者事竟成
2
高考复习· 物理
回扣教材•自主学习
2013-11-27
有志者事竟成
3
高考复习· 物理
知 识 梳 理
一、改变内能的两种方式 1.做功:外界对物体做了多少功,物体的内能就增加多少; 物体对外界做了多少功,物体的内能就减少多少.
图11-3-1
2013-11-27
有志者事竟成
10
高考复习· 物理
(1)热机是一种将内能转化为机械能的装置. W 热机效率η= ,其中W为热机对外做的功,Q1为热机 Q1 从热源吸收的热量.热机工作时,必向冷凝器散热Q2,故总 有Q1>W.故热机效率不可能达到100%.
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有志者事竟成
2013-11-27
热力学定律能量守恒.ppt

高三总复习 物理 (粤教版)
1.(单选)(2010年广东卷)图13-3-6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( A )
A.温度升高,内能增加600 J B.温度升高,内能减少200 J C.温度降低,内能增加600 J D.温度降低,内能减少200 J
(2)若过程中不做功,即W=0,则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.
高三总复习 物理 (粤教版)
1、关于物体内能,下列说法中正确的是( A,C
)
A、手感到冷时,搓搓手就会感到暖些,这是利用做功
高三总复习 物理 (粤教版)
3.(单选)(2010年重庆卷)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
温度不变,不计分子间势能 ,则胎内气体( A )
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
高三总复习 物理 (粤教版)
1.(双选)某体育馆内有一恒温游泳池,水温等于室温, 现有一个气泡从水池底部缓缓上升,那么在上升过程中,
(B )
A.ΔU=Q B.ΔU<Q C.ΔU>Q D.无法比较
高三总复习 物理 (粤教版)
1.[2011·全国卷] 关于一定量的气体,下列叙述 正确的是( AD )
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
热量Q能自发传给 热量Q不能自发传给
低温物体
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第3讲热力学定律与能量守恒定律主干梳理对点激活知识点热力学第一定律Ⅰ1.改变物体内能的两种方式01做功;(2)热传递。
2.热力学第一定律(1)内容02热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式:ΔU03Q+W。
(3)ΔU=Q+W中正、负号法则物理量意义符号W Q ΔU+外界对物体做功物体04吸收热量内能05增加-物体对外界做功物体06放出热量内能07减少(4)ΔU=Q+W的三种特殊情况①若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU08内能的增加。
②若外界对系统做功为0,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体09内能的增加。
此处的W包含机械功、电流功等一切功。
对于不涉及其他力做功的气体的等容过程,W=0,Q=ΔU。
③对于理想气体,若过程是等温的,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,10外界对物体做的功等于物体放出的热量。
知识点热力学第二定律Ⅰ1.热力学第二定律的三种表述(1)克劳修斯表述热量不能01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02不产生其他影响。
或表述为“03第二类永动机是不可能制成的。
”(3)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04减小。
(熵增加原理)2.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05无序性增大的方向进行。
知识点能量守恒定律Ⅰ1.能量守恒定律的内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从01转化为另一种形式,02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.条件性: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。
例如,机械能守恒定律具有适用条件,而能量守恒定律是无条件的,是一切自然现象都遵守的基本规律。
3.两类永动机(1)第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器。
03能量守恒定律,因此不可能实现。
(2)第二类永动机:从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功,而不产生其他影响的机器。
04热力学第二定律,不可能实现。
4.能源的利用(1)存在能量耗散和05品质降低。
(2)重视利用能源时对06环境的影响。
(3)要开发新能源(如07太阳能、生物质能、风能、水能等)。
一堵点疏通1.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,气体的内能一定减少20 J。
() 3.根据热力学第二定律可知,凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传导中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体,而不能自发地从低温物体传递给高温物体。
()4.熵增加原理说明一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
()5.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度降到-283 ℃。
()6.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机。
() 7.在给自行车打气时,会发现打气筒的温度升高,这是因为外界对气体做功。
()8.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,能量正在消失。
()9.利用河水的能量使船逆水航行的设想,符合能量守恒定律。
()10.热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。
()答案 1.× 2.× 3.√ 4.√ 5.× 6.×7.√8.×9.√10.×二对点激活1.(人教版选修3-3·P56·T1改编)用活塞压缩汽缸里的空气,对空气做了900 J的功,同时汽缸向外散热210 J,汽缸里空气的内能()A.增加了1100 J B.减少了1100 JC.增加了690 J D.减少了690 J答案 C解析由热力学第一定律ΔU=W+Q,得ΔU=900 J-210 J=690 J,内能增加690 J,C正确。
2.(人教版选修3-3·P61·T2改编)(多选)下列现象中能够发生的是()A.一杯热茶在打开杯盖后,茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清,泥、水自动分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案CD解析热量只会自发地从高温物体传到低温物体,而不会自发地从低温物体传到高温物体,故A错误;机械能可以完全转化为内能,而内能却不能完全转化为机械能,故B错误;桶中混浊的泥水在静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清,泥、水自动分离是因为泥沙的密度大于水,故可以分离,C正确;电冰箱通电后由于压缩机做功从而将低温物体的热量传到箱外的高温物体,故D正确。
3.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始,经历三个过程(a到b、b到c、c到a)回到原状态,其V-T图象如图所示,p a、p b、p c分别表示状态a、b、c时气体的压强,下列说法正确的是()A.由a到b的过程中,气体一定吸热B.p c>p b=p aC.由b到c的过程中,气体放出的热量一定大于外界对气体做的功D.由b到c的过程中,每一个气体分子的速率都减小E.由c到a的过程中,气体分子的平均动能不变答案ACE解析由a到b的过程中,气体温度升高,根据一定量的理想气体内能只与温度有关可知,气体内能增大,又因为气体体积不变,外界对气体不做功,由热力学第一定律可知,气体一定吸热,A正确;根据理想气体状态方程可知,p a<p c=p b,B错误;由b到c的过程中,气体做等压变化,气体的体积从3V0等压压缩到V0,外界对气体做功,因温度降低,气体内能减小,由热力学第一定律可知,气体放出的热量等于外界对气体做的功和气体内能减少量之和,即气体放出的热量一定大于外界对气体做的功,C正确;由b到c的过程中,温度降低,气体分子平均动能减小,但不是每一个气体分子的动能都减小,即不是每一个气体分子的速率都减小,D错误;由c到a的过程中,气体温度不变,气体分子的平均动能不变,E正确。
4.地球上有很多的海水,它的总质量约为1.4×1018吨,如果这些海水的温度降低0.1 ℃,将要放出5.8×1023焦耳的热量,有人曾设想将海水放出的热量完全变成机械能来解决能源危机,但这种机器是不能制成的,其原因是() A.内能不能转化成机械能B.内能转化成机械能不满足热力学第一定律C.只从单一热库吸收热量并完全转化成机械能而不产生其他影响的机器不满足热力学第二定律D.上述三种原因都不正确答案 C解析内能可以转化成机械能,如热机,A错误;内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律,B错误;热力学第二定律告诉我们:不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化,C正确。
考点细研悟法培优考点1热力学第一定律改变内能的两种方式的比较方式名称比较项目做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少功,物体的内能减少从能量的角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的例1(多选)如图,一定质量的理想气体从状态1等温变化到状态2,再从状态2绝热变化到状态3,此后,从状态3等温变化到状态4,最后从状态4绝热变化回到状态1。
这种循环称为卡诺循环。
下列说法正确的是()A.从1到2的过程中气体吸收热量B.从2到3的过程中气体对外界做功C.从3到4的过程中气体从外界吸收热量D.一次卡诺循环中,气体对外界做的总功大于气体从外界吸收的总热量E.一次卡诺循环中气体向外界释放的热量小于吸收的热量(1)一定质量的理想气体的内能取决于________。
提示:温度(2)如何判断气体状态变化过程是吸热还是放热?提示:根据体积变化判断做功W的正负,根据温度变化判断ΔU内能变化的正负,最后根据热力学第一定律ΔU=Q+W来判断是吸热还是放热。
尝试解答选ABE。
从1到2的过程中气体的温度不变,内能不变,体积增大,气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体从外界吸收热量,A正确;从2到3的过程中气体体积增大,所以气体对外界做功,B正确;从3到4的过程中气体的温度不变,内能不变,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知气体向外界放出热量,C错误;由p-V图象中图线与横轴围成的面积等于该过程中气体所做的功,可知一次卡诺循环气体向外界做正功,由热力学第一定律可知,一次卡诺循环气体对外界做的总功等于气体从外界吸收的热量,D错误;因为一次卡诺循环总体上气体从外界吸热,所以向外界放出的热量小于吸收的热量,E 正确。
应用热力学第一定律的三点注意(1)做功情况看气体的体积:体积增大,气体对外做功,W为负;体积缩小,外界对气体做功,W为正。
(2)与外界绝热,则不发生热传递,此时Q=0。
(3)如果研究对象是理想气体,由于理想气体没有分子势能,所以当它的内能变化时,体现为分子动能的变化,从宏观上看就是温度发生了变化。
[变式1-1](多选)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是()A.该气体在体积缓慢增大的过程中,温度可能不变B.该气体在压强增大的过程中,一定吸热C.该气体被压缩的过程中,内能可能减少D.该气体经等温压缩后,其压强一定增大,且此过程一定放出热量E.如果该气体与外界没有发生热量交换,则其分子的平均动能一定不变答案ACD解析由理想气体状态方程pVT=C可知V缓慢增大时,当pV不变时则温度不变,A正确。
同理p增大时如果V减小且pV不变,则T不变,内能U不变,外界对系统做正功W,由热力学第一定律ΔU=W+Q=0,知Q为负,放出热量,B错误。
由pVT=C,分析知V减小时T可能减小,即内能可能减小,C正确。
由pVT=C知气体经等温压缩后,T不变,V减小,则p增大,外界对系统做正功,由ΔU =0=W+Q知Q为负,一定放出热量,D正确。
由ΔU=W+Q知,当Q=0时,如果W≠0,则ΔU≠0,即温度变化,分子平均动能变化,E错误。
[变式1-2](2019·四川南充二诊)(多选)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。
现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。
待气体达到稳定后缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。
假设整个系统不漏气。
下列说法正确的是()A.气体自发扩散前后内能减少B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中,气体对外界没做功D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做负功E.气体在被压缩过程中,气体分子的平均动能变大答案BCE解析气体向真空自发扩散,对外界不做功,且没有热传递,气体的内能不会改变,则C正确,A错误;气体在被压缩的过程中,外界对气体做正功,因汽缸绝热,故气体内能增大,故B正确,D错误;气体在被压缩的过程中内能增加,而理想气体无分子势能,故气体分子的平均动能增加,E正确。