高三物理第一轮复习集体备课热学 附习题！（精品打包4套）全国通用35.内能、热力学三大定律.ppt

内能 热力学三大定律 一 内能 1 分子的平均动能 物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能 温度是分子平均动能的标志 温度越高 分子的平均动能就越大 对个别分子讲温度无意义 2 分子势能 由分子间的相对位置所决定的势能 叫做分子势能 分子势能与分子间的距离有关系 分子间距离的变化表现为物体体积的变化 一般来说体积改变时物体内部分子势能的总量就会改变 气体分子间的距离较大 分子间的作用力很小 分子势能为零 当然和体积无关 在分子间的距离减小的过程中 且分子间的距离r r0时 分子的势能减小 在分子间的距离减小的过程中 且分子间的距离r r0时 分子的势能增大 当分子间的距离r r0时 分子的势能有极小值 例1 用r表示两个分子间的距离 ep表示两个分子间相互作用的势能 当r r0时两分子间斥力等于引力 设两分子间距离有很远时ep 0 则 a 当r r0时 ep随r的增大而增加b 当r r0时 ep随r的减小而增加c 当r r0时 ep不随r而变d 当r r0时 ep 0 解析 r r0时 分子间的引力大于斥力 分子间相互吸引 r增大 分子克服引力做功 ep增加 r r0时 分子间的引力小于斥力 分子间互相排斥 r减小 分子克服斥力做功 ep也要增加 因此a b正确 7 下列关于分子和分子势能的说法中 正确的是 a 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大 b 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小c 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增大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 例2 2005年江苏卷7 c 提示 在平衡位置时 分子势能最小 a 乙分子在p点 x x2 时 加速度最大b 乙分子在p点 x x2 时 其动能为e0c 乙分子在q点 x x1 时 处于平衡状态d 乙分子的运动范围为x x1 例3 如图所示 甲分子固定在坐标原点o 乙分子沿x轴运动 两分子间的分子势能 p与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示 图中分子势能的最小值为 e0 若两分子所具有的总能量为0 则下列说法中正确的是 点拨 在平衡位置时 分子间距为r0 分子势能的最小 bd 例4 2003年江苏卷3 如图 甲分子固定在坐标原点o 乙分子位于x轴上 甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示 f 0为斥力 f 0为引力 a b c d为x轴上四个特定的位置 现把乙分子从a处由静止释放 则 a 乙分子从a到b做加速运动 由b到c做减速运动b 乙分子由a到c做加速运动 到达c时速度最大c 乙分子由a到b的过程中 两分子间的分子势能一直减少d 乙分子由b到d的过程中 两分子间的分子势能一直增加 bc 从下式能更好的理解上述结论 e n ek ep 式中e表示物体的内能 ek表示分子的平均动能 ep表示分子的平均势能 n表示物体的总分子数 3 物体的内能 物体里所有分子无规则热运动的动能和分子间相互作用势能的总和 叫做物体的内能 由于物体分子的平均动能跟温度有关系 分子的势能跟物体的体积及物态有关系 所以物体的内能除了跟分子的总数多少有关 还跟物体的温度 体积及物态有关系 对于理想气体来说 由于忽略分子力作用 所以没有分子势能 其内能由物质的量和温度所决定 4 物体内能的变化 做功和热传递都可改变物体的内能 但它们有着本质的区别 做功是其他形式的能和内能之间的转化 热传递则是物体间内能的转移 做功过程中 内能改变量的多少用功的大小来量度 热传递过程中 内能转移的多少用热量来量度 做功和热传递都是过程量 内能则是状态量 说明 内能与机械能的区别 内能是由于物体内分子做热运动和分子间存在相互作用力而具有的由微观运动状态决定的能 机械能是由于物体做机械运动和物体间 物体与地球 物体与弹簧 存在相互作用力而具有的由宏观运动状态决定的能 机械能可以为零 而内能不可以为零 因分子作永不停息的无规则运动 任何物体都具有内能 机械能可以测量 内能不可以测量 二 能的转化和守恒定律 1 热力学第一定律 做功和热传递都能改变物体的内能 即做功和热传递对改变物体的内能是等效的 如果物体与外界同时发生做功和热传递 则物体内能的改变由做功的多少和传热的多少 热量 共同决定 e 0 物体的内能增加 e 0 内能减少 e q w在物理学中叫做热力学第一定律 e w q w为正值 表达外界对物体做功 w为负值 表示物体对外界做功 q为正值 表示物体从外界吸热 q为负值 表示物体对外界放热 e为正值 表示物体内能增加 e为负值 表示物体内能减少 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 在转化或转移过程中其总量不变 第一类永动机 不消耗任何能量 而能源源不断地向外做功的机器 2 能的转化和守恒定律 1 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一 违背该定律的第一类永动机是无法实现的 2 物质的不同运动形式对应不同形式的能 各种形式的能在一定的条件下可以转化或转移 在转化或转移过程中 能的总量守恒 例5 07广东卷图7为焦耳实验装置图 用绝热性能良好的材料将容器包好 重物下落带动叶片搅拌容器里的水 引起水温升高 关于这个实验 下列说法正确的是a 这个装置可测定热功当量b 做功增加了水的热量c 做功增加了水的内能d 功和热量是完全等价的 无区别 ac 例6 在墙壁与外界无热传递的封闭房间里 夏天为了降低温度 同时打开电冰箱和电风扇 二电器工作较长时间后 房内的气温度将会怎样变化 说明原因 解析 电冰箱是把里面热量转移到外面 达到降温的效果 电风扇通过风扇转动 带动空气流动 使身体汗液蒸发起到人体降温作用 但从总体上电冰箱 电风扇消耗的电能最后都转化为内能 因而房内温度升高 例7 2004年全国卷 16 一定量的气体吸收热量 体积膨胀并对外做功 则此过程的末态与初态相比 a 气体内能一定增加b 气体内能一定减小c 气体内能一定不变d 气体内能是增是减不能确定 d 例8 如图所示 固定容器及可动活塞p都是绝热的 中间有一导热的固定隔板b b的两边分别盛有气体甲和乙 现将活塞p缓慢地向b移动一段距离 已知气体的温度随其内能的增加而升高 则在移动p的过程中a 外力对乙做功 甲的内能不变 b 外力对乙做功 乙的内能不变 c 乙传递热量给甲 乙的内能增加 d 乙的内能增加 甲的内能不变 分析与解 在移动p的过程中 外界对乙气体做功 乙的内能要增加 所以乙的温度要升高 乙的温度升高后 甲 乙两部分气体就存在温度差 乙的温度较高 这样乙传递热量给甲 所以正确答案为c 例9 如图所示 直立容器内部有被隔板隔开的a b两部分气体 a的密度小 b的密度较大 抽去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程中气体吸热为q 气体内能增加量为 e 则 a e q b e qc e qd 无法比较 解析 由于a b气体开始的合重心在中线下 混合均匀后在中线 所以系统重力势能增大 由能量守恒有 吸收热量一部分增加气体内能 一部分增加重力势能 所以b正确 例10 07重庆卷氧气钢瓶充气后压强高于外界人气压 假设缓慢漏气时瓶内外温度始终相等且保持不变 氧气分子之间的相互作用 在该漏气过程中瓶内氧气 a 分子总数减少 分子总动能不变b 密度降低 分子平均动能不变c 吸收热量 膨胀做功d 压强降低 不对外做功 bc 例11 如图所示的a b是两个管状容器 除了管较粗的部分高低不同之外 其他一切全同 将此两容器抽成真空 再同时分别插入两个水银池中 当水银柱停止运动时 问二管中水银的温度是否相同 为什么 设水银与外界没有热交换 分析 不同 a管中水银的温度略高于b管中水银的温度 两管插入水银池时 大气压强均为p0 进入管中的水银的体积均为v 所以大气压力对两池中水银所做的功相同 但两装置中水银重力势能的增量不同 所以两者内能改变量也不同 由图可知 a管中水银的重力势能较小 所以a管中水银的内能增量较多 其温度应略高 例12 07江苏卷分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质 据此可判断下列说法中错误的是a 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动 这反映了液体分子运动的无规则性b 分子间的相互作用力随着分子间距离的增大 一定先减小后增大c 分子势能随着分子间距离的增大 可能先减小后增大d 在真空 高温条件下 可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素 c 例13 质量为mkg的铅块固定不动 质量为mkg的铅弹以一定速率击中铅块并留在其中 它们的温度升高了120c 若铅块放置在光滑的水平面上 同样以铅弹以相同的速率击中它并留在其中 它们的温度升高了110c 求铅块与铅弹的质量比 解析 在第一种情况下铅弹原来所具有的动能全部转化为铅弹与铅块的内能 而使它们在温度上升了12 因此有q1 mv02 c m m 12 c表示铅的比热 在第二种情况下 铅弹与铅块在光滑的水平面上发生完全非弹性碰撞 整体动量守恒 但将损失动能 由能量守恒 系统损失的动能转化为铅弹与铅块的内能 使其温度升高有mv0 m m v q2 mv02 m m v2 c m m 11 故m m 11 1 三 热力学第二定律 1 热传导的方向性 两个温度不同的物体相互接触时 热量会自发地从高温物体 不会自发地从低温物体传向高温物体 一种把内能转化为机械能的装置 表示热机的效率 q1是热机得到的热量 w是热机做的功 任何热机的效率都小于1 热机 2 机械能与内能转化的方向性 机械能可以全部转化为内能 而内能不可能全部转化为机械能而不引起其它的变化 第二类永动机 这类热机没有冷凝器 只有单一的热源 它从这个单一的热源吸收热量 可以全部用来做功 而不引起其他变化 1 表述 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 按热传导的方向性表述 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 按机械能和内能转化过程的方向性表述 或第二类永动机是不可能制成的 2 意义 自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性 3 能量耗散 自然界的能量是守恒的 但是有的能量便于利用 有些能量不便于利用 很多事例证明 我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用 这种现象叫做能量的耗散 它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性 3 热力学第二定律 例14 根据热力学第二定律 可知下列说法中正确的有 a 热量能够从高温物体传到低温物体 但不能从低温物体传到高温物体 b 热量能够从高温物体传到低温物体 也可能从低温物体传到高温物体 c 机械能可以全部转化为热量 但热量不可能全部转化为机械能 d 机械能可以全部转化为热量 热量也可能全部转化为机械能 解析 根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体 当外界对系统做功时 可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去 致冷机 如冰箱和空调 就是这样的装置 但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体 选项a错误 b正确 一个运动的物体 克服摩擦阻力做功 最终停止 在这个过程中机械能全部转化为热量 外界条件发生变化时 热量也可以全部转化为机械能 如在等温膨胀过程中 系统吸收的热量全部转化为对外界做的功 选项c错误 d正确 正确答案是b d 例15 图中气缸内盛有定量的理想气体 气缸壁是导热的 缸外环境保持恒温 活塞与气缸壁的接触是光滑的 但不漏气 现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动 这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功 若已知理想气体的内能只与温度有关 则下列说法正确的是a 气体是从单一热源吸热 全用来对外做功 因此此过程违反热力学第二定律b 气体是从单一热源吸热 但并未全用来对外做功 所以此过程不违反热力学第二定律c 气体是从单一热源吸热 全用来对外做功 但此过程不违反热力学第二定律d abc三种说法都不对 c 例16 关于第二类永动机 下列说法正确的是 a 没有冷凝器 只有单一的热源 能将从单一热源吸收的热量全部用来做功 而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机 b 第二类永动机违反了能量守恒定律 所以不可能制成 c 第二类永动机不可能制成 说明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 d 第二类永动机不可能制成 说明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 同时不引起其他变化 分析与解 根据第二类永动机的定义可a正确 第二类永动机不违反了能量守恒定律 是违反第二定律 所以b选项错误 机械能可以全部转化为内能 内能在引起其他变化时是可能全部转化为机械能 c错误 d选项正确 例17 2006年广东卷4 关于永动机和热力学定律的讨论 下列叙述正确的是 a 第二类永动机违反能量守恒定律b 如果物体从外界吸收了热量 则物体的内能一定增加c 外界对物体做功 则物体的内能一定增加d 做功和热传递都可以改变物体的内能 但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的 d 例18 2006年广东卷8 8 图3为电冰箱的工作原理示意图 压缩机工作时 强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量 经过冷凝器时致冷剂液化 放出热量到箱体外 下列说法正确的是 a 热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外b 电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界 是因为其消耗了电能c 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律d 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 bc 例19 热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象 所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集 重新加以利用 下列关于能量耗散的说法中正确的是 a 能量耗散说明能量不守恒b 能量耗散不符合热力学第二定律c 能量耗散过程中能量仍守恒d 能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性 cd 4 热力学第三定律 1 内容 热力学零度不可达到 宇宙中存在着温度的下限 273 15 以这个温度为起点的温度叫热力学温度 t t 273 15k 一些实际的温度 氢弹爆炸中心 108k星际空间 2 7k太阳中心 1 5 107k氦的沸点 4 2k实验室得到的最高温度 6 0 10k实验室得到的最低温度 2 4 10k 11 7 2 意义 只需要温度不是绝对零度 就总可能降低 它促进人类想方设法尽可能降低温度 以探索更多的物理奥秘 四 能源与环境 1 能源 能够提供可利用能量的物质2 能源的分类 1 常规能源有 煤 石油 天然气等 存量有限 利用时对环境有污染 2 新能源有 风能 水能 太阳能 沼气 原子能等 资源丰富 可再生 使用时污染少或没有污染 例20 07海南卷 有以下说法 气体的温度越高 分子的平均动能越大b 即使气体的温度很高 仍有一些分子的运动速度是非常小的c 对物体做功不可能使物体的温度升高d 如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计 则气体的内能只与温度有关e 一由不导热的器壁做成的容器 被不导热的隔板分成甲 乙两室 甲室中装有一定质量的温度为 的气体 乙室为真空 如图所示 提起隔板 让甲室中的气体进入乙室 若甲室中气体的内能只与温度有关 则提起隔板后当气体重新达到平衡时 其温度仍为 f 空调机作为制冷机使用时 将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外 所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的 g 对于一定量的气体 当其温度降低时 速度大的分子数目减少 速率小的分子数目增加h 从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的其中正确的是 abeg 气缸中装有某种气体 下列哪种变化一定能使这部分气体的内能增加 a 放出热量且外界对这部分气体做功b 放出热量且对外做功c 吸收热量且外界对这部分气体做功d 吸收热量且对外做功 c 1 真空中两物体彼此接触 但它们之间没有发生热传递 其原因是 a 它们具有相同的内能b 它们具有相同的分子平均速率c 它们具有相同的温度d 它们具有相等的比热 c 2004年广西卷4 4 下列说法正确的是 a 外界对一物体做功 此物体的内能一定增加b 机械能完全转化成内能是不可能的c 将热量传给一个物体 此物体的内能一定改变d 一定量气体对外做功 气体的内能不一定减少 d 15 下列说法正确的是 a 外界对气体做功 气体的内能一定增大b 气体从外界吸收热量 气体的内能一定增大c 气体的温度越低 气体分子无规则运动的平均动能越大d 气体的温度越高 气体分子无规则运动的平均动能越大 2004年北京理综卷15 d 2004年全国理综16 16 一定质量的理想气体 从某一状态开始 经过一系列变化后又回一开始的状态 用w1表示外界对气体做的功 w2表示气体对外界做的功 q1表示气体吸收的热量 q2表示气体放出的热量 则在整个过程中一定有 a q1 q2 w2 w1b q1 q2c w1 w2d q1 q2 点拨 整个过程的内能不变 e 0 由热力学第一定律 e w总 q总 0 q总 w总 q1 q2 w2 w1 a 2005年全国卷 19 19 一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程 设气体分子间的势能可忽略 则在此过程中 a 外界对气体做功 气体分子的平均动能增加b 外界对气体做功 气体分子的平均动能减少c 气体对外界做功 气体分子的平均动能增加d 气体对外界做功 气体分子的平均动能减少 解 绝热膨胀过程q 0 v增大 气体对外界做功 w 0 d 由热力学第一定律 e w q 0内能减小 温度降低 气体分子的平均动能减少 2006年高考北京卷15 15 如图所示 两个相通的容器p q间装有阀门k p中充满气体 q为真空 整个系统与外界没有热交换 打开阀门k后 p中的气体进入q中 最终达到平衡 则 a 气体体积膨胀 内能增加b 气体分子势能减少 内能增加c 气体分子势能增加 压强可能不变d q中气体不可能自发地全部退回到p中 d 2006年重庆卷16 16 如题图 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 则被掩没的金属筒在缓慢下降过程中 筒内空气体积减小 a 从外界吸热b 内能增大c 向外界放热d 内能减小 解 金属筒在缓慢下降过程中 水温恒定 则内能不变 筒内空气体积减小 则外界对气体做功w 0 由热力学第一定律 e q w 0 q 0 气体向外界放热 c 如图所示 密闭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 活塞与器壁的摩擦忽略不计 置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部 另一端固定在活塞上 弹簧被压缩后用绳扎紧 此时弹簧的弹性势能为ep 弹簧处于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 经过多次往复运动后活塞静止 气体达到平衡态 经过此过程 a ep全部转换为气体的内能b ep一部分转换成活塞的重力势能 其余部分仍为弹簧的弹性势能c ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能d ep一部分转换成活塞的重力势能 一部分转换为气体的内能 其余部分仍为弹簧的弹性势能 2004年全国理综17 d 07四川卷 如图所示 厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针 另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞 用打气筒慢慢向筒内打气 使容器内的压强增加到一定程度 这时读出温度计示数 打开卡子 胶塞冲出容器后a 温度计示数变大 实验表明气体对外界做功 内能减少b 温度计示数变大 实验表明外界对气体做功 内能增加c 温度计示数变小 实验表明气体对外界做功 内能减少d 温度计示数变小 实验表明外界对气体做功 内能增加 c 07江苏卷如图所示 绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定 隔板质量不计 左右两室分别充有一定量的氢气和氧气 视为理想气体 初始时 两室气体的温度相等 氢气的压强大于氧气的压强 松开固定栓直至系统重新达到平衡 下列说法中正确的是 初始时氢分子的平均去动能大于氧分子的平均动能 系统重新达到平衡时 氢气的内能比初始时的小 松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气 松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中 氧气的内能先增大后减小 1 下列说法正确的是 a 空调机制冷说明热量可以从低温物体传到高温物体而不引起其他变化b 第一类永动机是不可能制成的 因为它违反了能量守恒定律c 第二类永动机是不可能制成的 因为它违反了能量守恒定律d 根据能量守恒定律 担心能源枯竭实在是杞人忧天 b 4 下列说法正确的是 a 热量能够由高温物体传到低温物体 但不能由低温物体传到高温物体b 功可以全部转化为热 但热不能全部转化为功c 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化d 凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现 c 6 根据热力学定律 下列判断正确的是 a 我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖b 利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机 将海水的一部分内能转化为机械能 这在原理上是可行的c 制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气 而不引起其它变化d 满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行 b 9 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2点插在冷水中 如图所示 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 a 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 ab 1