高中物理 第5章 热力学定律章末小结与测评教学案 鲁科版选修3-3

第5章 热力学定律对应学生用书P53热力学定律热力学第一定律应用(1)热力学第一定律的表达式：UQW。(2)符号法则外界对物体做功，则W为正；物体对外界做功，则W为负。物体从外界吸热，则Q为正；物体放出热量，则Q为负。物体内能增加，U为正；物体内能减少，U为负。(3)三个物理量正负的判断方法外界对气体做功W的正负的判断：对于气体一般要看体积如何变化，体积变大，对外做功，W为负；体积变小，外界对气体做功，W为正。提示：气体向真空扩散，尽管体积变大，但并不对外做功。在热传递过程中热量Q的正负的判断：物体温度低于外界环境温度，物体吸热，Q为正；物体温度高于外界环境温度，物体放热，Q为负。内能变化情况的判断：对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志，温度升高，内能增加，U为正；温度降低，内能减少，U为负。例1带有活塞的汽缸内封闭有一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过程ab到达状态b或经过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，VT图像如图1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1Apbpc，QabQacBpbpc，QabQacCpbQac Dpbpc，QabVc，则由玻意耳定律有pbVbpcVc，可知pbpc；又因为TbTc，所以过程ab和ac理想气体温度变化相同，其内能变化相同，即U相同，ab过程体积变大，气体对外做功，WQac。答案：C热力学第一定律与热力学第二定律的比较规律区别联系热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的宏观过程都具有方向性的经验总结联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)不可制成的原因违背能量守恒定律违背热力学第二定律例2关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是()A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律解析：根据热力学第一定律和热力学第二定律的内容可知A错，B正确；热力学第一定律是能量守恒在热现象中的表现，热力学第二定律揭示的是与热现象有关的过程是有方向性的，二者有本质的区别，故C、D错。故正确选项为B。答案：B(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，多选题全选对得6分，选不全得3分，错选不得分。)1(福建高考)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解析：选D根据热力学第一定律，气体内能变化与做功和热传递有关，选项A错误。根据热力学第二定律可知热量不可自发的由低温物体传到高温物体，但热量还是可以通过外界的方法由低温物体传到高温物体，选项B错误。分子内能与分子间的距离有关，当rr0时，分子间距离越大，分子势能越大，rr0时，分子间距离越大，分子势能减小，选项C错误。分子间的引力和斥力都随分子间距离的变化而变化，距离减小，引力和斥力都要增大，选项D正确。2(多选)(新课标全国卷改编)关于一定量的气体，下列说法正确的是()A气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和B只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低C在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零D气体从外界吸收热量，其内能一定增加解析：选AB本题考查气体的特性、热力学第一定律及其相关知识点，意在考查考生对相关知识的掌握情况。由于气体分子之间的作用力很小，气体分子可以自由运动，所以气体的体积指的是气体的分子所能够到达的空间的体积，而不是该气体所有分子的体积之和，选项A正确。根据温度是分子平均动能的标志可知，只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低，选项B正确。根据气体压强的产生原因，在完全失重的情况下，气体的压强不为零，选项C错误。气体从外界吸收热量，若同时对外做功，其内能不一定增加，选项D错误。3下列说法正确的是()A冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律B空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等C自发地热传导是不可逆的D不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背热力学第一定律解析：选C有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量；不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背了热力学第二定律。选项C正确。4关于永动机不能制成的原因，下列说法正确的是()A第一类永动机违反了热力学第二定律B第二类永动机违反了能量守恒定律C第一类永动机不能制成，说明了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性D第二类永动机不能制成，说明了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性解析：选D第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律。故正确选项为D。5(多选)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图1所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，正确说法是()图1A这一实验过程不违反热力学第二定律B在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温C在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能D在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能解析：选AB在实验过程中，热水内能的一部分转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能，因为在转化过程中电路要发热，此实验遵守热力学第二定律，因此A、B正确，C、D错误。6下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律()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电冰箱不通电即可把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体解析：选CA、B、D都违背了热力学第二定律，都不能发生；C中系统的势能减少了，所以不违背热力学第二定律，是可能发生的。7机械能向热能的转化，属于从有序向无序的转化，会导致()A熵增大，机械能可以全部转化为内能B熵减小，机械能可以全部转化为内能C熵增大，机械能只能部分转化为内能D熵减小，机械能只能部分转化为内能解析：选A机械能向热能的转化过程，属于从有序向无序的转化，这种过程熵增大，机械能可以全部转化为内能，也可以部分转化为内能。8如图2所示，活塞将气缸分成两个气室，气缸壁、活塞、拉杆是绝热的，且都不漏气，UA和UB分别表示A、B气室中气体的内能。则将拉杆向外拉动的过程中()图2AUA不变，UB变小BUA增大，UB不变CUA增大，UB变小 DUA不变，UB增大解析：选C该题中的气缸壁、活塞、拉杆是绝热的，说明气缸中的气体与外界不发生热交换。对A气室中的气体，若以UA表示其内能的增量，则由热力学第一定律有UAQAWA，因为QA0，则UAWA。在题述过程中，因A气室中气体的体积减小，外界(活塞)对气体做功，WA0，所以UA0，即UA增大。同理，B气室中气体的体积增大，气体对外界(活塞)做功，WB0，所以UB0，即UB减小。故选C。二、非选择题(共4小题，共52分。将答案填在题中横线上或按要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)9(10分)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小_ kJ，空气_(选填“吸收”或“放出”)的总热量为_ kJ。解析：因为理想气体的内能只跟温度有关，第一个过程是等温压缩，所以内能不变，第二个过程中，体积不变，说明只与外界发生热传递，根据热力学第一定律UWQ，所以U05 kJ5 kJ，故空气内能减小5 kJ，空气放出29 kJ的热量。答案：5放出2910(10分)如图3所示，气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h0.2 m，活塞横截面积S10 cm2，封闭气体的压强p5104 Pa。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。在此过程中封闭气体吸收了Q60 J的热量，假设气缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦不计，则在此过程中气体的内能增加了多少？图3解析：活塞在上升过程中，气体对外做功WpSh根据热力学第一定律UQW代入数据解得U60 J5104101040.2 J50 J答案：50 J11(14分)(山东高考)如图4所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，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4(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。(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”或“放热”)。解析：(1)设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为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得，UQW且W0，气体将吸热。答案：(1)50 cmHg(2)做正功吸热12(18分)(江苏高考)如图5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5(1)该循环过程中，下列说法正确的是_。AAB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。(3)若该循环过程中的气体为1 mol，气体在A状态时的体积为10 L，在B状态时压强为A状态时的。求气体在B状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1，计算结果保留一位有效数字)解析：(1)考查气体状态变化图像问题，意在考查考生根据图像分析问题的能力。AB过程中，气体体积变大，气体对外做功，A项错误；BC为绝热过程，气体体积增大，气体对外界做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B项错误；CD为等温过程，气体的温度不变，体积减小，压强增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C项正确；DA过程中，气体的温度升高，因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移，D项错误。(2)该循环过程中，BC气体温度降低，内能减小。由于一个循环中气体的内能不