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基礎(chǔ)課3　熱力學(xué)定律與能量守恒定律 知識(shí)排查 熱力學(xué)第一定律 1.改變物體內(nèi)能的兩種方式 (1)做功；(2)熱傳遞。 2.熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。 (2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。 (3)ΔU＝Q＋W中正、負(fù)號(hào)法則： 能量守恒定律 1.內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。 2.條件性 能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。 3.第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。 熱力學(xué)第二定律 1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述 (1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。 (2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響?；虮硎鰹椤暗诙愑绖?dòng)機(jī)是不可能制成的”。 2.用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律 在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。 3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義 一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。 4.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律。 小題速練 1.思考判斷 (1)外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內(nèi)能可能不變。(　　) (2)電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞。(　　) (3)科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)。(　　) (4)對(duì)能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)。(　　) (5)一定量100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，其分子之間的勢(shì)能增加。(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)　(4) (5)√ 2.(多選)對(duì)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理解，下列說法正確的是(　　) A.一定質(zhì)量的氣體膨脹對(duì)外做功100 J，同時(shí)從外界吸收120 J的熱量，則它的內(nèi)能增大20 J B.物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加；物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能一定減少 C.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體 D.第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，沒有違反熱力學(xué)第一定律 E.熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律 解析　根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能不一定減少，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反能量守恒定律，熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱學(xué)中的反映，因此第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，不能制成是因?yàn)樗`反了熱力學(xué)第二定律，故選項(xiàng)D正確；能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)E正確。 答案　ADE 　熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律 1.做功和熱傳遞的區(qū)別 做功與熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是相同的，但是從運(yùn)動(dòng)形式、能量轉(zhuǎn)化的角度上看是不同的。做功是其他形式的運(yùn)動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化；而熱傳遞則是熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)移，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。 2.三種特殊情況 (1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。 (2)若過程中不做功，則W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。 (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q。外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。 1.(2018襄陽模擬)(多選)下列對(duì)熱力學(xué)定律的理解正確的是(　　) A.可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? B.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能 C.空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 D.熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體 E.如果物體從外界吸收了熱量，物體的內(nèi)能也可能減少 解析　在引起其他變化的情況下，從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?，選項(xiàng)A正確；由熱力學(xué)第一定律可知，當(dāng)W≠0，Q≠0時(shí)，ΔU＝W＋Q可以等于0，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；空調(diào)機(jī)在制冷過程中消耗了電能，總體上是放出熱量，選項(xiàng)C正確；熱量可以由低溫物體傳給高溫物體，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；物體從外界吸收熱量，可能同時(shí)對(duì)外做功，如果對(duì)外做的功大于從外界吸收的熱量，則物體的內(nèi)能減少，選項(xiàng)E正確。 答案　ACE 2.(2018吉林長春質(zhì)檢)(多選)下列各說法正確的是(　　) A.氣體擴(kuò)散現(xiàn)象表明氣體分子間存在斥力 B.對(duì)于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動(dòng)能越大 C.熱量總是自發(fā)地從分子平均動(dòng)能大的物體傳遞到分子平均動(dòng)能小的物體 D.用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體，對(duì)氣體做了3.0105 J的功，同時(shí)氣體向外界放出1.5105 J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5105 J E.飽和汽壓與分子密度有關(guān)，與溫度無關(guān) 解析　氣體擴(kuò)散現(xiàn)象表明氣體分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，故對(duì)于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動(dòng)能越大，選項(xiàng)B正確；分子的平均動(dòng)能大，則說明物體的溫度高，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，選項(xiàng)C正確；用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對(duì)氣體做了3.0105 J的功，同時(shí)氣體向外界放出1.5105 J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5105 J，選項(xiàng)D正確；飽和汽壓與溫度有關(guān)，且隨著溫度的升高而增大，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 答案　BCD 3.[2017全國卷Ⅲ，33(1)](多選)如圖1，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到初態(tài)a。下列說法正確的是(　　) 圖1 A.在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B.在過程ca中外界對(duì)氣體做功 C.在過程ab中氣體對(duì)外界做功 D.在過程bc中氣體從外界吸收熱量 E.在過程ca中氣體從外界吸收熱量 解析　在過程ab中，體積不變，氣體對(duì)外界不做功，壓強(qiáng)增大，溫度升高，內(nèi)能增加，故選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；在過程ca中，氣體的體積縮小，外界對(duì)氣體做功，壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能變小，氣體向外界放出熱量，故選項(xiàng)B正確，E錯(cuò)誤；在過程bc中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項(xiàng)D正確。 答案　ABD 4.[2017全國卷Ⅱ，33(1)](多選)如圖2，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是(　　) 圖2 A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B.氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大 C.在自發(fā)擴(kuò)散過程中，氣體對(duì)外界做功 D.氣體在被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做功 E.氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變 解析　因?yàn)槠住⒒钊际墙^熱的，隔板右側(cè)是真空，所以理想氣體在自發(fā)擴(kuò)散的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對(duì)外界做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體自發(fā)擴(kuò)散前后，內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氣體被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大，又因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以氣體溫度升高，分子平均動(dòng)能增大 ，選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 答案　ABD 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意 (1)做功看體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正。氣體向真空中自由膨脹，對(duì)外界不做功，W＝0。 (2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q＝0。 (3)由于理想氣體沒有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化?！　　　　　? 　對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解 1.對(duì)熱力學(xué)第二定律關(guān)鍵詞的理解 在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義。 (1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。 (2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。 2.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。如 3.兩類永動(dòng)機(jī)的比較 分類 第一類永動(dòng)機(jī) 第二類永動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì)要求 不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器 不可能制成的原因 違背能量守恒 不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律 1.(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說法正確的是(　　) A.所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能發(fā)生 B.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的 C.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能無法全部用來做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 D.氣體向真空的自由膨脹是可逆的 E.熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過程有一定的方向性 解析　符合能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律的宏觀過程不能發(fā)生，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，選項(xiàng)B正確；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能無法全部用來做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，選項(xiàng)C正確；氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過程有一定的方向性，選項(xiàng)E正確。 答案　BCE 2.[2016全國卷Ⅰ，33(1)](多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A.氣體吸熱后溫度一定升高 B.對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能 C.理想氣體等壓膨脹過程一定放熱 D.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 E.如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡 解析　氣體內(nèi)能的改變?chǔ)＝Q＋W，故對(duì)氣體做功可改變氣體內(nèi)能，選項(xiàng)B正確；氣體吸熱為Q，但不確定外界做功W的情況，故不能確定氣體溫度的變化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；理想氣體等壓膨脹，W<0，由理想氣體狀態(tài)方程＝C，p不變，V增大，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，ΔU>0，由ΔU＝Q＋W，知Q>0，氣體一定吸熱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)D正確；根據(jù)熱平衡原理，選項(xiàng)E正確。 答案　BDE 3.(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A.電冰箱的工作表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 B.空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 C.科技的不斷進(jìn)步使得人類有可能生產(chǎn)出從單一熱源吸熱全部用來對(duì)外做功而不引起其他變化的熱機(jī) D.即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 E.對(duì)能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)” 解析　熱量可以在外界做功的情況下從低溫物體向高溫物體傳遞，但不能自發(fā)進(jìn)行，選項(xiàng)A正確；空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量，選項(xiàng)B正確；不可能從單一熱源吸熱全部用來對(duì)外做功而不引起其他變化，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故選項(xiàng)D正確；對(duì)能源的過度消耗將形成“能源危機(jī)”，但自然界的總能量守恒，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 答案　ABD 　熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用 解決熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的思路 1.(多選)如圖3所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)。該循環(huán)過程中，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.A→B過程中，氣體的內(nèi)能不變 B.B→C過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大 C.C→D過程中，氣體分子數(shù)密度增大，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D.D→A過程中，外界對(duì)氣體做的功小于氣體內(nèi)能的增加量 E.若氣體在A→B過程中吸收63 kJ的熱量，在C→D過程中放出38 kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為25 kJ 解析　A→B為等溫過程，氣體的內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確；B→C為絕熱過程，氣體沒有與外界熱交換，體積增大，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小，所以B→C過程中，氣體分子的平均動(dòng)能減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C→D為等溫過程，C→D過程中，氣體體積減小，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，選項(xiàng)C正確；D→A過程中，氣體與外界無熱量交換，體積減小，外界對(duì)氣體做功，外界對(duì)氣體做的功等于氣體內(nèi)能的增加量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；氣體完成一次循環(huán)，氣體的內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可如，氣體對(duì)外做的功為63 kJ－38 kJ＝25 kJ，選項(xiàng)E正確。 答案　ACE 2.(2018河南鄭州質(zhì)檢)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p－V圖象如圖4所示。已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 ℃。求： 圖4 (1)該氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度； (2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量。 解析　(1)對(duì)于理想氣體：A→B過程， 由查理定律得＝， 得TB＝100 K， 所以tB＝TB－273 ℃＝－173 ℃。 (2)B→C過程，由蓋—呂薩克定律得＝， 得TC＝300 K，所以tC＝TC－273 ℃＝27 ℃。 由于狀態(tài)A與狀態(tài)C溫度相同，氣體內(nèi)能相等，而A→B過程是等容變化氣體對(duì)外不做功，B→C過程中氣體體積膨脹對(duì)外做功，即從狀態(tài)A到狀態(tài)C氣體對(duì)外做功，故氣體應(yīng)從外界吸收熱量，即Q＝pΔV＝1105(310－3－110－3) J＝200 J。 答案　(1)－173 ℃　(2)200 J 3.如圖5所示，豎直放置的汽缸，活塞橫截面積為S＝0.10 m2，活塞的質(zhì)量忽略不計(jì)，氣缸側(cè)壁有一個(gè)小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通。開始活塞被鎖定，汽缸內(nèi)封閉了一段高為80 cm的氣柱(U形管內(nèi)的氣體體積不計(jì))，此時(shí)缸內(nèi)氣體溫度為27 ℃，U形管內(nèi)水銀面高度差h1＝15 cm。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0105 Pa，水銀的密度ρ＝13.6103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2。 圖5 (1)讓汽缸緩慢降溫，直至U形管內(nèi)兩邊水銀面相平，求這時(shí)封閉氣體的溫度； (2)接著解除對(duì)活塞的鎖定，活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，同時(shí)對(duì)汽缸緩慢加熱，直至汽缸內(nèi)封閉的氣柱高度達(dá)到96 cm，求整個(gè)過程中氣體與外界交換的熱量。 解析　(1)由題意知，活塞位置不變，汽缸內(nèi)氣體做等容變化 由查理定理可知，＝ p1＝p0＋ρgh1＝1.2105 Pa，p2＝p0＝1.0105 Pa，T1＝300 K 解得T2＝250 K (2)接著解除對(duì)活塞的鎖定，活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，即整個(gè)過程中氣體壓強(qiáng)p0＝1.0105 Pa 由蓋—呂薩克定律知＝ 解得T3＝300 K 因?yàn)門3＝T1＝300 K，所以初狀態(tài)與末狀態(tài)氣體內(nèi)能相等，而第一個(gè)變化過程是等容變化，氣體不對(duì)外做功，第二個(gè)變化過程中氣體膨脹對(duì)外做功，故氣體應(yīng)從外界吸收熱量，吸收的熱量等于第二個(gè)變化過程中氣體膨脹對(duì)外做的功，即Q＝p0ΔV＝1 600 J。 答案　(1)250 K　(2)1 600 J 審題時(shí)容易漏掉“開始活塞被鎖定”、“活塞的質(zhì)量忽略不計(jì)”這些重要條件，從而無法判斷氣體狀態(tài)參量的變化情況?！　　　　　? 活頁作業(yè) (時(shí)間：30分鐘) A級(jí)：保分練 1.(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，以下說法正確的是(　　) A.熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造和消滅能量的可能性，告訴我們第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成 B.熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都具有方向性，告訴我們第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成 C.做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)最后的結(jié)果可以區(qū)分是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的 D.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，熱力學(xué)第二定律指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故二者是相互矛盾的 E.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律分別從不同的角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ) 解析　 做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)最后的結(jié)果無法判斷是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，熱力學(xué)第二定律則指出了能量轉(zhuǎn)化的方向性，二者并不矛盾，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　ABE 2.(多選)關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是(　　) A.在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少 B.能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化的過程中，其總量會(huì)不斷減少 C.能量耗散現(xiàn)象說明，在能量轉(zhuǎn)化的過程中，可利用的品質(zhì)降低了 D.人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造 E.在能源的利用過程中，可利用率越來越小，故仍需節(jié)約能源 解析　由能量守恒定律知，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，故選項(xiàng)A正確；能量耗散說明在轉(zhuǎn)化的過程中能量的可利用率越來越小，可利用的品質(zhì)降低了，但總量不會(huì)減少，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；能量既不會(huì)被創(chuàng)造也不會(huì)消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；在能源的利用過程中，可利用率越來越小，故仍需節(jié)約能源，選項(xiàng)E正確。 答案　ACE 3.(多選)關(guān)于物體的內(nèi)能，以下說法中正確的是(　　) A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大 B.物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少 C.物體體積改變，內(nèi)能可能不變 D.不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? E.質(zhì)量相同的0 ℃的水的內(nèi)能比0 ℃的冰的內(nèi)能大 解析　物體吸收熱量，若同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少，選項(xiàng)B正確；物體體積改變，例如理想氣體體積改變，只要溫度不變，其內(nèi)能不變，選項(xiàng)C正確；可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ菚?huì)引起其他變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；0 ℃的水變成0 ℃的冰需要放出熱量，故質(zhì)量相同的0 ℃的水的內(nèi)能比0 ℃的冰的內(nèi)能大，選項(xiàng)E正確。 答案　BCE 4.(多選)下列對(duì)熱學(xué)相關(guān)知識(shí)的判斷中正確的是(　　) A.對(duì)一定質(zhì)量的氣體加熱，其內(nèi)能一定增大 B.物體溫度升高時(shí)，物體內(nèi)的每個(gè)分子的速率都將增大 C.對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)它的壓強(qiáng)、體積都增大時(shí)，其內(nèi)能一定增大 D.功轉(zhuǎn)化為熱的實(shí)際宏觀過程是不可逆過程 E.自然界中的能量雖然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要節(jié)約能源 解析　氣體內(nèi)能變化由做功和熱傳遞共同決定，A錯(cuò)誤；溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，部分分子速率也會(huì)減小，B錯(cuò)誤；理想氣體壓強(qiáng)和體積增大，溫度一定增大，內(nèi)能一定增大，C正確；一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都是不可逆的，D正確；自然界中的能量在數(shù)量上是守恒的，但能量在轉(zhuǎn)化過程中，品質(zhì)逐漸降低，可利用的能量在逐漸減少，故要節(jié)約能源，E正確。 答案　CDE 5.(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過程1或者過程2到狀態(tài)N，其 p－V圖象如圖1所示。在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對(duì)于這兩個(gè)過程，下列說法正確的是(　　) 圖1 A.氣體經(jīng)歷過程1，其溫度降低 B.氣體經(jīng)歷過程1，其內(nèi)能減小 C.氣體在過程2中一直對(duì)外放熱 D.氣體在過程2中一直對(duì)外做功 E.氣體經(jīng)歷過程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過程2的相同 解析　氣體經(jīng)歷過程1，壓強(qiáng)減小，體積變大，膨脹對(duì)外做功，內(nèi)能減小，故溫度降低，故選項(xiàng)A、B正確；氣體在過程2中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，剛開始時(shí)，體積不變，壓強(qiáng)減小，則溫度降低，對(duì)外放熱，然后壓強(qiáng)不變，體積變大，膨脹對(duì)外做功，則溫度升高，吸熱，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；無論是經(jīng)過1過程還是2過程，初、末狀態(tài)相同，故內(nèi)能改變量相同，故選項(xiàng)E正確。 答案　ABE 6.如圖2所示，用帶孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶?jī)?nèi)迅速打氣，在瓶塞彈出前，外界對(duì)氣體做功15 J，橡皮塞的質(zhì)量為20 g，橡皮塞被彈出的速度為10 m/s，若橡皮塞增加的動(dòng)能占?xì)怏w對(duì)外做功的10%，瓶?jī)?nèi)的氣體可視為理想氣體。則瓶?jī)?nèi)氣體的內(nèi)能變化量為________J，瓶?jī)?nèi)氣體的溫度________(選填“升高”“不變”或“降低”)。 圖2 解析　由題意可知，氣體對(duì)外做的功W對(duì)外＝＝ J＝10 J，由題意可知，向瓶?jī)?nèi)迅速打氣，在整個(gè)過程中，可認(rèn)為氣體與外界沒有熱交換，即Q＝0，則氣體內(nèi)能的變化量ΔU＝W＋Q＝15 J－10 J＋0＝5 J，氣體內(nèi)能增加，溫度升高。 答案　5　升高 B級(jí)：拔高練 7.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖3所示的A→B→C→D→A循環(huán)，該過程每個(gè)狀態(tài)視為平衡態(tài)，各狀態(tài)參數(shù)如圖所示。A狀態(tài)的壓強(qiáng)為1105 Pa，求： 圖3 (1)B狀態(tài)的溫度； (2)完成一個(gè)循環(huán)，氣體與外界交換的熱量。 解析　(1)理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中，壓強(qiáng)保持不變，根據(jù)蓋—呂薩克定律有＝ 代入數(shù)據(jù)解得TB＝600 K (2)理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中，外界對(duì)氣體做的功W1＝－pA(VB－VA)＝－100 J 氣體從B狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中，體積保持不變， 根據(jù)查理定律有＝ 解得pC＝2.5105 Pa，從C狀態(tài)到D狀態(tài)的過程中，外界對(duì)氣體做功W2＝pC(VB－VA)＝250 J 一次循環(huán)過程中外界對(duì)氣體所做的總功W＝W1＋W2＝150 J 理想氣體從A狀態(tài)完成一次循環(huán)，回到A狀態(tài)，始末溫度不變，所以內(nèi)能不變。根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q 解得Q＝－150 J，故完成一個(gè)循環(huán)，氣體放出的熱量為150 J。 答案　(1)600 K　(2)150 J 8.(2018江西省贛州市摸底考試)一定質(zhì)量的理想氣體被一厚度可忽略的活塞封閉在導(dǎo)熱性能良好的汽缸內(nèi)，如圖4所示水平放置?；钊馁|(zhì)量m＝20 kg，橫截面積S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)但不漏氣，開始使汽缸水平放置(如圖甲)，活塞與汽缸底的距離L1＝12 cm，離汽缸口的距離L0＝4 cm。外界氣溫為27 ℃，大氣壓強(qiáng)為1.0105 Pa，將汽缸緩慢地轉(zhuǎn)到開口向上的豎直位置(如圖乙)，待穩(wěn)定后對(duì)缸內(nèi)氣體逐漸加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平(如圖丙)。g取10 m/s2，求： 圖4 (1)此時(shí)(如圖丙)氣體的溫度為多少？ (2)在對(duì)缸內(nèi)氣體加熱的過程中，氣體膨脹對(duì)外做功，若氣體增加的內(nèi)能ΔU＝ 318 J，則氣體吸收的熱量Q多大。 解析　(1)當(dāng)汽缸水平放置時(shí)(如題圖甲) p1＝p0＝1.0105 Pa，V1＝L1S T1＝273＋27＝300 K 當(dāng)汽缸口向上，活塞到達(dá)汽缸口時(shí)(如題圖丙) p3＝p0＋＝1.2105 Pa，V3＝(L1＋L0)S 由理想氣體狀態(tài)方程得＝ 則T3＝480 K (2)當(dāng)汽缸口向上，未加熱時(shí)(如題圖乙) p2＝p0＋＝1.2105 Pa，V2＝L2S T2＝(273＋27) K＝300 K 由玻意耳定律有p1V1＝p2V2得L2＝10 cm 加熱后，氣體做等壓變化，外界對(duì)氣體做功為 W＝－p2S(L1＋L0－L2)＝－72 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q得，Q＝390 J 答案　(1)480 K　(2)390 J