1、第 3 講熱力學定律與能量守恒定律高考題源于教材重做教材經典習題過好雙基關D基礎知識梳理一、熱力學第一定律i 改變物體內能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞.2 熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做功的和.(2)表達式：U=U=防W中正、負號法則:符號意義物理量WQU+外界對物體做功物體吸收熱量內能增加一物體對外界做功物體放出熱量內能減少二、能量守恒定律1能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者是 從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變.2能量守恒定律是自然界的普遍規律，某一種形式的

2、能是否守恒是有條件的，第一類永動 機是不可能制成的，它違背了能量守恒定律.基礎題組自測1.判斷下列說法是否正確.(1) 為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量，做功和熱傳遞的實質是相同的. (X)(2) 絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內能可能不變.(X)2(3) 在給自行車打氣時，會發現打氣筒的溫度升高，這是因為打氣筒從外界吸熱.(X)2. 定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功 7.0X104J,氣體內能減少 1.3X105J,則此過程（）A.氣體從外界吸收熱量 2.0X105JB.氣體向外界放出熱量 2.0X105JC.氣體從外界吸收熱量 6.0X104JD.

3、氣體向外界放出熱量 6.0X104J答案 B3木箱靜止于水平地面上，現在用一個80 N 的水平推力推動木箱前進10 m,木箱受到的摩擦力為 60 N，則轉化為木箱與地面系統的內能U和轉化為木箱的動能 E分別是（）A.U= 200 J ,Ek= 600 JB.U= 600 J ,Ek= 200 JC.U= 600 J ,Ek= 800 JD.U= 800 J ,Ek= 200 J答案 B解析U= Ffx= 60X10 J = 600 J& =FxU= 80X10 J600 J=200 J4.從 100 m 高處落下的水滴,如果開始時水的勢能的21%用來使水滴的溫度升高,那么,水滴在下落后

4、到達地面前溫度升高多少C?已知水的比熱容c= 4.2X103J/（kgC），重力2加速度g取 10 m/s .答案 0.05C解析 重力勢能的減小量為：Ep=mghD內能增加量為： E= 21% EQ=E=cmAt聯立以上三式解得：t= 0.05C5. （ 粵教版選修 3 3P73 第 3 題） 在一個密閉隔熱的房間里,有一電冰箱正在工作,如果打開電冰箱的門,過一段時間后房間的溫度會 （）A.降低B.不變3C.升高D.無法判斷答案 C命題點一熱力學第一定律與能量守恒定律1 熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系此定律

5、是標量式，應用時功、內能、熱量的單位應統一為國際單位焦耳.2.三種特殊情況（1）若過程是絕熱的，則Q=0,W= AU外界對物體做的功等于物體內能的增加；若過程中不做功，即W= 0,貝yQ=AU,物體吸收的熱量等于物體內能的增加；（3）若過程的初、末狀態物體的內能不變，即AU=0,則W卜 Q= 0 或W=-Q,外界對物體做的功等于物體放出的熱量.【例 1】（多選）關于氣體的內能，下列說法正確的是（）A. 質量和溫度都相同的氣體，內能一定相同B. 氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內能越大C. 氣體被壓縮時，內能可能不變D. 定量的某種理想氣體的內能只與溫度有關答案 CD解析 質量和溫度都相同的氣

6、體，雖然分子平均動能相同，但是不同的氣體，其摩爾質量不同，即分子個數不同， 所以分子總動能不一定相同， A 錯誤；宏觀運動和微觀運動沒有關系， 所以宏觀運動速度大，內能不一定大，B 錯誤；根據PV=C可知，如果等溫壓縮，則內能不變，C 正確；理想氣體的分子勢能為零，所以一定量的某種理想氣體的內能只與分子平均動 能有關，而分子平均動能和溫度有關，D 正確.O 題組階梯突破1.對于一定質量的理想氣體，下列說法正確的是（）A. 保持氣體的壓強不變，改變其體積，可以實現其內能不變抓住題眼重審題 總結解題技巧方法研透命題點4B. 保持氣體的壓強不變，改變其溫度，可以實現其內能不變C. 若氣體的溫度逐漸升

7、高，則其壓強可以保持不變D. 當氣體體積逐漸增大時，氣體的內能一定減小5答案 C解析 一定質量的某種理想氣體的內能只與溫度有關系，溫度變化則其內能一定變化，B 項錯；保持氣體的壓強不變，改變其體積，則其溫度一定改變，故內能變化，A 項錯誤；氣體pV溫度升高的同時，若其體積也逐漸變大， 由理想氣體狀態方程 岸=C可知，其壓強可以不變，C 項正確；當氣體做等溫膨脹時，其內能不變，D 項錯.2.下列說法正確的是（）A. 物體放出熱量，其內能一定減小B. 物體對外做功，其內能一定減小C. 物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加D. 物體放出熱量，同時對外做功，其內能可能不變答案 C解析 由熱力學第

8、一定律 U= VW Q可知，改變物體內能的方式有兩種：做功和熱傳遞.若物體放熱 Q0,同時對外做功W0,W+Q可正、可負、還可為 0,所以內能可能增加，故 C 選項正確；物體放出熱量 Q 0,同時 對外做功W0,所以UTc，故氣體在狀態a時的內能大于在狀態c時的內能，選項 B正確；由熱力學第一定律U=Q+ W知，cd過程溫度不變，內能不變，則Q=-W,選項 C錯誤；da過程溫度升高，即內能增大，則吸收的熱量大于對外界做的功，選項D 錯誤.題組階梯突破題組階梯突破3.定質量的理想氣體經歷了如圖2 所示的ATA 3 A 循環，該過程每個狀態視為平衡態，各狀態參數如圖所示.A狀態的壓強為 1X105

9、Pa，求：圖 2(1)B狀態的溫度；(2) 完成一次循環，氣體與外界熱交換的熱量.答案(1)600 K 放熱 150 J解析(1)理想氣體從A狀態到B狀態的過程中，壓強保持不變，根據蓋一呂薩克定律有TA= =TBV代入數據解得TB- TA=600 K(2)理想氣體從A狀態到B狀態的過程中，外界對氣體做功W=PA(VB-VA)解得W= 100 JPB PCTB=TCV7(x 300I 5008氣體從B狀態到C狀態的過程中，體積保持不變，根據查理定律有95解得Pc= 2.5x10 Pa從C狀態到D狀態的過程中，外界對氣體做功pc(VB-VA)解得W= 250J一次循環過程中外界對氣體所做的總功W=

10、W+W= 150 J理想氣體從A狀態完成一次循環，回到A狀態，始末溫度不變，所以內能不變根據熱力學第一定律有 U=VW Q解得 Q=- 150 J故完成一次循環，氣體向外界放熱150 J.4如圖 3 所示，用輕質活塞在汽缸內封閉一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計，開始時活塞距離汽缸底部高度H= 0.60 m，氣體的溫度(1)活塞距離汽缸底部的高度H2; 此過程中缸內氣體吸收的熱量答案 (1)0.96 m (2)480 J0.60 mHz即 300 K = 480 K解得 = 0.96 m(2)在氣體膨脹的過程中，氣體對外做功為:5一3w=pcAV=1.0 x10 x(0.960.6

11、0)x5.0 x10 JTi= 300 K;現給汽缸緩慢加.口熱至T2= 480 K，活塞緩慢上升到距離汽缸底部某一高度H2處, 此過程中缸內氣體增加的內解析(1)氣體做等壓變化，根據蓋一呂口薩克定律=180 J能U= 300 J .已知大氣壓強S= 5.0 x10一3m2. 求:10根據熱力學第一定律可得氣體內能的變化量為AU=- W+Q得 Q=AU+ VW= 480 J.限時訓練練規范練謹度課時作業題組 1 熱力學第一定律的理解和應用1. （多選）在裝有食品的包裝袋中充入氮氣，然后密封進行加壓測試，測試時，對包裝袋緩慢施加壓力，將袋內的氮氣視為理想氣體，在加壓測試過程中， 下列說法中正確的

12、是（）A. 包裝袋內氮氣的壓強增大B. 包裝袋內氮氣的內能不變C. 包裝袋內氮氣對外做功D. 包裝袋內氮氣放出熱量答案 ABD2. （多選）下列說法中正確的是（）A. 物體速度增大，則分子動能增大，內能也增大B. 定質量氣體的體積增大，但既不吸熱也不放熱，內能減小C. 相同質量的兩種物體，提高相同的溫度，內能的增量一定相同D. 物體的內能與物體的溫度和體積都有關系答案 BD解析 物體速度增大，不會改變物體分子的動能，故A 錯誤；體積增大時，氣體對外做功，不吸熱也不放熱時，內能減小，故 B 正確；質量相同，但物體的物質的量不同，故提高相同 的溫度時，內能的增量不一定相同，故C 錯誤；物體的內能取

13、決于物體的溫度和體積，故D正確.3. 某駕駛員發現中午時車胎內的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大.若這段時間胎內氣體質量不變且可視為理想氣體，那么（）A. 外界對胎內氣體做功，氣體內能減小B. 外界對胎內氣體做功，氣體內能增大C. 胎內氣體對外界做功，內能減小11D. 胎內氣體對外界做功，內能增大 答案 D12解析 車胎體積增大，故胎內氣體對外界做功，胎內氣體溫度升高，故胎內氣體內能增大,D 項正確.題組 2 熱力學定律與氣體實驗定律的綜合4.如圖 1 所示，一定質量的理想氣體， 由狀態a經過ab過程到達狀態b或者經過ac過程到 達狀態c.設氣體在狀態b和狀態c的溫度分別為Tb和Tc，在過程a

14、b和ac中吸收的熱量分別為Qb和Qc,則()答案 C解析b過程為等壓變化，由蓋一呂薩克定律得：=，得Tb= 2Ta,c過程為等容TaTb變化，由查理定律得：p0=半，得霍=2Ta,所以Tb=Tc.由熱力學第一定律，ab:Wb+Qb=AUbac:W+ Qc= Uc又Wbv0,w=0, Ubb=AUac0,則有QbQc,故 C 項正確.5.如圖 2 所示，一定質量的理想氣體從狀態A變化到狀態B,再由狀態B變化到狀態C.已知狀態A的溫度為 300 K.圖 2(1) 求氣體在狀態B的溫度；(2) 由狀態B變化到狀態C的過程中，氣體是吸熱還是放熱？簡要說明理由.答案 (1)1 200 K (2)放熱，理

15、由見解析A. TbTc,CbQcC. Tb=Tc,QbQc圖 1B.TbTc,QbvCcD. Tb=Tc,QbvQc12 VW13解得氣體在狀態B的溫度TB=1 200 K (2)由 4 C,氣體做等容變化，由查理定律得:TC=600 K氣體由B到C為等容變化，不做功，但溫度降低，內能減小，根據熱力學第一定律，U=W+Q,可知氣體要放熱.6.如圖 3 所示，體積為V內壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內密封有溫度為 2.4To、壓強為 1.2po的理想氣體，po與To分別為大氣的壓強和溫度.已知：氣體內能U與溫度T的關系為U= aT,a為正的常量；容器內氣體的所有變化

16、過程都 是緩慢的求：圖 3(1) 汽缸內氣體與大氣達到平衡時的體積V;(2) 在活塞下降過程中，汽缸內氣體放出的熱量Q答案見解析解析(1)在氣體由壓強p= 1.2po下降到po的過程中，氣體體積不變，溫度由T= 2.4To變為Ti,由查理定律得：p=氣解得T1= 2ToI 11在氣體溫度由T1變為To過程中，體積由V減小到V,氣體壓強不變，由蓋一呂薩克定律得些|1=TO1得V=2(2)在活塞下降過程中，活塞對氣體做的功為W=po(V-V)在這一過程中，氣體內能的減少為U=a(T1-To)由熱力學第一定律得，汽缸內氣體放出的熱量為Q= WFU解得Q=1poV+aTo.解析(1)由理想氣體的狀態方程PAV PBV?TA=TB147如圖 4 所示，一個絕熱的汽缸豎直放置，內有一個絕熱且光滑的活塞，中間有一個固定的導熱性能良好的隔板，隔板將汽缸分成兩部分，分別密封著兩部分理想氣體A和B.活塞的質量為m橫截面積為S,與隔板相距h.現通過電熱絲緩慢加熱氣體，當A氣體吸收熱量Q時，活塞上升了h,此時氣體的溫度為T.已知大氣壓強為po,重力加速度為g.(1)加熱過程中，若A氣體內能增加了 U,求B氣體內能增加量 12