2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學(xué)定律 1 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2 熱力學(xué)第一定律學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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1　能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 2　熱力學(xué)第一定律 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵循的基本規(guī)律.2.知道第一類永動機是不可能實現(xiàn)的.3.知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，理解這兩種方式對改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的.4.理解熱力學(xué)第一定律，能運用它解釋自然界的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題． 一、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 1．常見的能量形式 自然界中能量形式很多，常見的能量形式有：機械能、內(nèi)能、核能及太陽能等．各種形式的能在一定條件下，可以相互轉(zhuǎn)化，且轉(zhuǎn)化過程中遵循一定規(guī)律． 2．能量守恒定律的內(nèi)容 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變． 3．第一類永動機 (1)定義：不需要任何動力和燃料，卻能不斷地對外做功的機器． (2)不可能制成的原因：違背了能量守恒定律． 二、改變物體內(nèi)能的兩種方式 1．改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞． 2．做功——其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化． 外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加． 物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少． 3．熱傳遞——不同物體之間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移． 物體吸收熱量，內(nèi)能增加． 物體放出熱量，內(nèi)能減少． 4．做功和熱傳遞對物體內(nèi)能的改變是等效的，但本質(zhì)不同． 三、熱力學(xué)第一定律 1．熱力學(xué)第一定律：功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系． 2．熱力學(xué)第一定律的表達式：ΔU＝Q＋W. [即學(xué)即用] 1．判斷下列說法的正誤． (1)石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了．() (2)能量既可以轉(zhuǎn)移又可以轉(zhuǎn)化，故能的總量是可以變化的．() (3)熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體．() (4)做功和熱傳遞都可改變物體的內(nèi)能，從效果上是等效的．(√) (5)系統(tǒng)從外界吸收熱量5J，內(nèi)能可能增加5J．(√) (6)系統(tǒng)內(nèi)能減少，一定是系統(tǒng)對外界做了功．() 2．各種方法使物體的內(nèi)能發(fā)生改變：a.電爐通電后發(fā)熱；b.一杯開水放在桌面上冷卻；c.陽光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時，鋸片發(fā)燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車打氣后，打氣筒變熱．其中屬于做功使物體內(nèi)能改變的是________；屬于熱傳遞使物體內(nèi)能改變的是________． 答案　adf　bce 一、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) [導(dǎo)學(xué)探究] 1．圖1為有一種所謂“全自動”的機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去．這是不是一種永動機？如果不是，維持表針走動的能量是從哪兒來的？ 圖1 答案　這不是永動機．手表戴在手腕上，通過手臂的運動，機械手表獲得能量，供手表指針走動．若將此手表長時間放置不動，它就會停下來． 2．觀察課本中的“幾種重要的能量形式及相互之間的轉(zhuǎn)化”圖，試著說明汽車把汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程．在這些能量轉(zhuǎn)化過程中，遵守的規(guī)律是什么？ 答案　汽車通過燃燒汽油，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過發(fā)動機做功把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．能量守恒定律． [知識深化] 1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化 (1)各種運動形式都有對應(yīng)的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內(nèi)能，還有諸如電磁輻射能、化學(xué)能、核能等． (2)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化 ①機械能中的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化(如：自由落體運動)． ②機械能可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化(如：摩擦生熱，消耗了機械能，通過做功的形式轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱機中的氣體推動活塞做功，把氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能)． ③其他形式的能也可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如：電流通過導(dǎo)體時，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱的燈絲發(fā)光，又把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能；燃料燃燒時，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能)． 2．對能量守恒定律的理解 (1)某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等． (2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等． 3．能量守恒定律的意義：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進一步認(rèn)識到，任何一部機器，只要對外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而不能無中生有地創(chuàng)造能量． 4．第一類永動機不可能制成：任何機器運轉(zhuǎn)時不可能無中生有地創(chuàng)造能量，即第一類永動機是不可能制造出來的． 例1　(多選)一物體獲得一定初速度后，沿著一粗糙斜面上滑，在上滑過程中，物體和斜面組成的系統(tǒng)(　　) A．機械能守恒 B．總能量守恒 C．機械能和內(nèi)能增加 D．機械能減少，內(nèi)能增加 答案　BD 解析　物體沿斜面上滑過程中，有摩擦力對物體做負(fù)功，所以物體的機械能減少．由能量守恒定律知，內(nèi)能應(yīng)增加，能量總量不變． 利用能量守恒定律解決問題時，首先應(yīng)明確題目中涉及哪幾種形式的能量，其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統(tǒng)后，用能量守恒觀點求解. 二、改變物體內(nèi)能的兩種方式 [導(dǎo)學(xué)探究] 1．(1)如圖2，小孩沿滑梯下滑時屁股通常會感到發(fā)熱，這是為什么？ 圖2 (2)用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在碳火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？ 答案　(1)小孩沿滑梯下滑時克服摩擦力做功，內(nèi)能增加． (2)說明做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能． 2．在焦耳的許多實驗中，有兩個最具有代表性：一個實驗是讓重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升；另一個實驗是通過電流的熱效應(yīng)給水加熱．焦耳的這兩個實驗說明了什么問題？ 答案　做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的． [知識深化] 1．功和內(nèi)能 (1)做功與內(nèi)能變化的關(guān)系 ①做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程． ②在絕熱過程中，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少． (2)功與內(nèi)能的區(qū)別 ①功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量． ②在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化． ③物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多．在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化越大時，相應(yīng)地做功才越多． 2．熱和內(nèi)能 (1)在單純傳熱中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少；系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少．即ΔU＝U2－U1＝Q. (2)傳熱改變物體內(nèi)能的過程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程． 3．熱量、功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量 內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定．要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種方式來完成．熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的．有過程，才有變化，離開過程則毫無意義．就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，不能談到“熱量”或“功”． 例2　(多選)關(guān)于物體內(nèi)能的變化情況，下列說法中正確的是(　　) A．吸熱的物體，其內(nèi)能一定增加 B．體積膨脹的物體，其內(nèi)能一定減少 C．放熱的物體，其內(nèi)能也可能增加 D．絕熱壓縮的氣體，其內(nèi)能一定增加 答案　CD 解析　做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內(nèi)能的變化． 例3　關(guān)于溫度、熱量、功和內(nèi)能，以下說法正確的是(　　) A．同一物體溫度高時，含有的熱量多 B．物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高 C．外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加 D．發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體之間存在溫度差 答案　D 解析　熱量是物體間進行熱傳遞時內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯；由于做功和熱傳遞都可引起物體內(nèi)能的變化，只根據(jù)做功無法準(zhǔn)確判斷物體內(nèi)能的變化，故C錯；物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，故D對． 溫度、內(nèi)能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系 1．內(nèi)能與熱量 內(nèi)能是狀態(tài)量，可以說系統(tǒng)具有多少內(nèi)能而不能說傳遞多少內(nèi)能；熱量是過程量，不能說系統(tǒng)具有多少熱量，只能說傳遞了多少熱量． 2．熱量與溫度 熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則運動的激烈程度的標(biāo)志．雖然熱傳遞的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是熱量，不是溫度． 3．熱量與功 熱量和功，都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量與一定量的功相當(dāng)，功是能量變化的量度，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別． 三、熱力學(xué)第一定律 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)如圖3所示，快速推動活塞對汽缸內(nèi)氣體做功10J，氣體內(nèi)能改變了多少？若保持氣體體積不變，外界對汽缸傳遞10J的熱量，氣體內(nèi)能改變了多少？ 圖3 (2)一根金屬絲經(jīng)過某一物理過程，溫度升高了，除非事先知道，否則根本無法判定是通過做功的方法，還是使用了傳熱的方法使它的內(nèi)能增加．因為單純地對系統(tǒng)做功和單純地對系統(tǒng)傳熱都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能．既然它們在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價的，那么當(dāng)外界對系統(tǒng)做功為W，又對系統(tǒng)傳熱為Q時，系統(tǒng)內(nèi)能的增量ΔU應(yīng)該是多少？ 答案　(1)都增加了10J. (2)系統(tǒng)內(nèi)能的增量ΔU＝Q＋W. [知識深化] 1．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定 符號 W Q ΔU ＋ 體積減小，外界對熱力學(xué)系統(tǒng)做功 熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量 內(nèi)能增加 － 體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對外界做功 熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量 內(nèi)能減少 2.幾種特殊情況 (1)絕熱過程：Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功． (2)等容過程：過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量． (3)等溫過程：過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)． 3．判斷是否做功的方法 一般情況下看物體的體積是否變化． ①若物體體積增大，表明物體對外界做功，W<0. ②若物體體積減小，表明外界對物體做功，W>0. 特別提醒　熱力學(xué)第一定律是將單純的絕熱過程和單純的傳熱過程中內(nèi)能改變的定量表達推廣到一般情況，既有做功又有傳熱的過程，其中ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量． 例4　一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是(　　) A．W＝8104J，ΔU＝1.2105J，Q＝4104J B．W＝8104J，ΔU＝－1.2105J，Q＝－2105J C．W＝－8104J，ΔU＝1.2105J，Q＝2104J D．W＝－8104J，ΔU＝－1.2105J，Q＝－4104J 答案　B 解析　因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8104J；內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2105J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2105J－8104J＝－2105J，B選項正確． 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 1．根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負(fù)； 2．根據(jù)方程ΔU＝W＋Q求出未知量； 3．再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來確定吸熱、放熱情況或做功情況． 針對訓(xùn)練　空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2105J的功，同時空氣的內(nèi)能增加了1.5105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？ 答案　5104J 解析　選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q. 由題意可知W＝2105J，ΔU＝1.5105J，代入上式得 Q＝ΔU－W＝1.5105J－2105J＝－5104J. 負(fù)號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5104J. 四、氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖4所示，一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，請在圖像基礎(chǔ)上思考以下問題： 圖4 (1)在變化過程中是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？ (2)在變化過程中氣體吸熱，還是向外放熱？氣體內(nèi)能增加了，還是減少了？ 答案　(1)由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，氣體體積變大，因此氣體對外界做功，即W<0. (2)由p－V圖像知從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，溫度升高，故ΔU>0. 由ΔU＝W＋Q得Q>0，即氣體吸熱，內(nèi)能增加． [知識深化] 對于理想氣體，常把熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律結(jié)合起來分析其狀態(tài)變化規(guī)律，常見的分析思路如下： (1)利用體積的變化分析做功問題．氣體體積增大，氣體 對外做功；氣體體積減小，外界對氣體做功． (2)利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化．一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增加；溫度降低，內(nèi)能減?。? (3)利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱． 由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，則Q＝ΔU－W，若已知氣體的做功情況和內(nèi)能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過程還是放熱過程． 例5　(多選)如圖5所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(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5 A．在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B．在過程ca中外界對氣體做功 C．在過程ab中氣體對外界做功 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 答案　ABD 解析　在過程ab中，體積不變，氣體對外界不做功，壓強增大，溫度升高，內(nèi)能增加，故選項A正確，C錯誤；在過程ca中，氣體的體積縮小，外界對氣體做功，壓強不變，溫度降低，內(nèi)能變小，氣體向外界放出熱量，故選項B正確，E錯誤；在過程bc中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對外界做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項D正確． 1．(能量守恒定律的理解和應(yīng)用)(多選)細繩一端固定在天花板上，另一端拴一質(zhì)量為m的小球，如圖6所示．使小球在豎直平面內(nèi)擺動，經(jīng)過一段時間后，小球停止擺動．下列說法中正確的是(　　) 圖6 A．小球機械能不守恒 B．小球能量正在消失 C．小球擺動過程中，只有動能和重力勢能在相互轉(zhuǎn)化 D．總能量守恒，但小球的機械能減少 答案　AD 解析　小球在豎直平面內(nèi)擺動，經(jīng)過一段時間后，小球停止擺動，說明機械能通過克服阻力做功不斷地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即機械能不守恒，故A正確；小球的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能量的種類變了，但能量不會消失，故B錯誤；小球長時間擺動過程中，重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化的同時，機械能不斷地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故擺動的幅度越來越小，但總能量守恒，故C錯誤，D正確． 2．(改變物體內(nèi)能的兩種方式)關(guān)于溫度、內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的是(　　) A．物體的溫度升高時，一定吸收熱量 B．物體沿斜面下滑時，內(nèi)能將增大 C．物體沿斜面勻速下滑時，內(nèi)能可能增大 D．內(nèi)能總是從高溫物體傳遞給低溫物體，當(dāng)內(nèi)能相等時熱傳遞停止 答案　C 解析　改變物體內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞．溫度升高，內(nèi)能增加，但不一定是吸收熱量，A錯誤；物體沿斜面下滑時，可能不受摩擦力，內(nèi)能可能不變，B錯誤；物體沿斜面勻速下滑時，物體克服摩擦力做功，摩擦生熱，內(nèi)能可能增大，C正確；熱傳遞的條件是物體間存在溫度差，熱量從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，溫度相同后熱傳遞停止，D錯誤． 3．(熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用)一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5104J，氣體對外界做功1.0104J，則該理想氣體的(　　) A．溫度降低，密度增大 B．溫度降低，密度減小 C．溫度升高，密度增大 D．溫度升高，密度減小 答案　D 解析　由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q得：ΔU＝－1.0104J＋2.5104J＝1.5104J，因此氣體的內(nèi)能增大，故溫度升高，又因氣體對外做功，體積增大，故密度減?。? 4．(氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V－T圖像如圖7所示．下列說法正確的有(　　) 圖7 A．A→B的過程中，氣體對外界做功 B．A→B的過程中，氣體放出熱量 C．B→C的過程中，氣體壓強不變 D．A→B→C的過程中，氣體內(nèi)能增加 答案　BC 解析　由V－T圖像知，從A到B的過程中，氣體被等溫壓縮，外界對氣體做正功，氣體的內(nèi)能不變．由熱力學(xué)第一定律知，氣體放出熱量，A項錯誤，B項正確；從B到C的過程中氣體做等壓變化，溫度降低，氣體內(nèi)能減少，故C正確，D錯誤． 一、選擇題 考點一　能量守恒定律的理解和應(yīng)用 1．一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出．對于這一過程，下列說法中正確的是(　　) A．子彈減少的機械能等于木塊增加的機械能 B．子彈減少的動能等于木塊增加的動能 C．子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和 D．子彈減少的動能等于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和 答案　D 2．“第一類永動機”不可能制成，是因為(　　) A．不符合機械能守恒定律 B．違背了能量守恒定律 C．做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當(dāng)量 D．找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案 答案　B 3.如圖1所示，一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片．輕推轉(zhuǎn)輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動．離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動．下列說法正確的是(　　) 圖1 A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量 B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身 C．轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高 D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量 答案　D 解析　輕推轉(zhuǎn)輪后，葉片開始轉(zhuǎn)動，由能量守恒定律可知，葉片在熱水中吸收的熱量一部分釋放到空氣中，另一部分使葉片在熱水中伸展做功，所以葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，D正確． 考點二　熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用 4．(多選)二氧化碳是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要原因之一，目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù)．在某次實驗中，將一定質(zhì)量的二氧化碳氣體封閉在一個可自由壓縮的導(dǎo)熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減為原來的一半，不計溫度的變化，二氧化碳氣體可視為理想氣體，則此過程中(　　) A．封閉氣體對外界做正功 B．封閉氣體向外界傳遞熱量 C．封閉氣體分子的平均動能不變 D．封閉氣體從外界吸收熱量 答案　BC 解析　因為不計氣體的溫度變化，氣體分子的平均動能不變，即ΔU＝0，選項C正確；因為氣體體積減半，故外界對氣體做功，即W>0，選項A錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q，可知Q<0，即氣體向外界傳遞熱量，選項B正確，D錯誤． 5．如圖2所示是密閉的汽缸，外力推動活塞P壓縮一定質(zhì)量的理想氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J，同時氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的(　　) 圖2 A．溫度升高，內(nèi)能增加600J B．溫度升高，內(nèi)能減少200J C．溫度降低，內(nèi)能增加600J D．溫度降低，內(nèi)能減少200J 答案　A 解析　對一定質(zhì)量的氣體，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J．內(nèi)能增加，氣體分子的平均動能增加，溫度升高，選項A正確． 6．(多選)下列過程可能發(fā)生的是(　　) A．物體吸收熱量，對外做功，同時內(nèi)能增加 B．物體吸收熱量，對外做功，同時內(nèi)能減少 C．外界對物體做功，同時物體吸熱，內(nèi)能減少 D．外界對物體做功，同時物體放熱，內(nèi)能增加 答案　ABD 解析　當(dāng)物體吸收的熱量多于物體對外做的功時，物體的內(nèi)能就增加，A正確；當(dāng)物體吸收的熱量少于物體對外做的功時，物體的內(nèi)能就減少，B正確；外界對物體做功，同時物體吸熱，則物體的內(nèi)能必增加，C錯誤；當(dāng)物體放出的熱量少于外界對物體做的功時，物體的內(nèi)能增加，D正確． 7．一定質(zhì)量的氣體在保持壓強恒等于1.0105Pa的狀況下，體積從20L膨脹到30L，這一過程中氣體從外界吸熱4103J，則氣體內(nèi)能的變化為(　　) A．增加了5103J　　　　　 B．減少了5103J C．增加了3103J D．減少了3103J 答案　C 解析　氣體等壓膨脹過程對外做功W＝pΔV＝1.0105Pa(30－20)10－3m3＝1.0103J．這一過程氣體從外界吸熱Q＝4103J．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，由于氣體對外做功，W應(yīng)取負(fù)值，則可得ΔU＝－1.0103J＋4103J＝3103J，即氣體內(nèi)能增加了3103J．故選項C正確． 8．圖3為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中(　　) 圖3 A．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大 B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小 C．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大 D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小 答案　A 解析　在M向下滑動的過程中，氣體體積縮小，外界對氣體做功，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體不與外界發(fā)生熱交換，氣體內(nèi)能增大，故正確答案為A. 考點三　氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 9．(多選)如圖4所示為簡易測溫裝置，玻璃管中一小段水銀封閉了燒瓶內(nèi)一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度升高時(　　) 圖4 A．瓶內(nèi)氣體的密度增大 B．瓶內(nèi)氣體分子的平均動能增加 C．外界對瓶內(nèi)氣體做正功 D．熱傳遞使瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能增加 答案　BD 解析　由題圖可知，當(dāng)溫度升高時容器內(nèi)氣體的變化為等壓膨脹，故瓶內(nèi)氣體的密度減小，氣體分子的平均動能增加，瓶內(nèi)氣體對外做正功，選項B正確，A、C錯誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，瓶內(nèi)氣體內(nèi)能增加是由于氣體從外界吸收了熱量，故選項D正確． 10．如圖5所示，A、B兩點表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個狀態(tài)，當(dāng)氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(　　) 圖5 A．氣體內(nèi)能一定增加 B．氣體壓強變大 C．氣體對外界做功 D．氣體對外界放熱 答案　C 解析　由題圖可知，理想氣體的變化為等溫膨脹，故氣體壓強減小，內(nèi)能不變，氣體對外做功；由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量．綜上可知，C對，A、B、D錯． 二、非選擇題 11．(氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用)如圖6所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A先后經(jīng)過等壓、等容和等溫過程完成一個循環(huán)，A、B、C狀態(tài)參量如圖所示，氣體在狀態(tài)A的溫度為27℃，求： 圖6 (1)氣體在狀態(tài)B的溫度TB； (2)氣體從A→B→C狀態(tài)變化過程中與外界交換的總熱量Q. 答案　(1)600K　(2)2p0V0 解析　(1)A到B過程是等壓變化，由蓋—呂薩克定律得＝ 代入數(shù)據(jù)得TB＝600K (2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝Q＋W 其中ΔU＝0，W＝－2p0V0 解得Q＝2p0V0(吸熱)． 12．(氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用)如圖7所示，導(dǎo)熱材料制成的截面積相等、長度均為45cm的汽缸A、B通過帶有閥門的管道連接．初始時閥門關(guān)閉，厚度不計的光滑活塞C位于B內(nèi)左側(cè)，在A內(nèi)充滿壓強pA＝2.8105Pa的理想氣體，B內(nèi)充滿壓強pB＝1.4105Pa的理想氣體，忽略連接汽缸的管道體積，室溫不變，現(xiàn)打開閥門，求： 圖7 (1)平衡后活塞向右移動的距離和B中氣體的壓強； (2)自打開閥門到平衡，B內(nèi)氣體是吸熱還是放熱(簡要說明理由)． 答案　(1)15cm　2.1105Pa　(2)放熱，理由見解析 解析　(1)設(shè)平衡后活塞向右移動的距離為x，活塞向右移動達到穩(wěn)定后，對A氣體，有pALS＝p(L＋x)S 對B氣體，有pBLS＝p(L－x)S 得x＝15cm p＝2.1105Pa (2)活塞C向右移動，對B中氣體做功，而氣體做等溫變化，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可知B內(nèi)氣體放熱． 13．(氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用)(1)對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是________． A．若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變 B．若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大 C．氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān) D．當(dāng)氣體溫度升高時，內(nèi)能一定增大 (2)如圖8所示的汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞和汽缸導(dǎo)熱性能良好，活塞與汽缸間無摩擦，汽缸開口始終向上．在室溫為27℃時，活塞距汽缸底部距離h1＝10cm，之后將汽缸放置在冰水混合物中，此時外界大氣壓強為1atm，則： 圖8 ①在冰水混合物中，活塞距汽缸底部的距離h2為多少？ ②此過程中氣體的內(nèi)能如何變化，氣體是吸收熱量還是放出熱量？ 答案　(1)CD　(2)①9.1?、跍p小　放熱 解析　(1)當(dāng)氣體的內(nèi)能不變時，氣體可能在發(fā)生等溫變化，故狀態(tài)可能變化，選項A錯誤；由理想氣體狀態(tài)方程 ＝C可知，當(dāng)氣體的溫度不斷升高時，壓強可能升高，也可能降低，還可能保持不變，選項B錯誤；氣體溫度每升高1K，內(nèi)能的增量相同，但氣體做功情況不同時氣體所吸收的熱量也不同，選項C正確；當(dāng)氣體溫度升高時，氣體的內(nèi)能一定增大，選項D正確． (2)①由題意可知，汽缸內(nèi)氣體的變化為等壓變化，由蓋呂薩克定律可得＝，解得h2＝9.1cm. ②放入冰水混合物后缸內(nèi)氣體溫度降低，故內(nèi)能減??；由于溫度降低，氣體體積減小，故外界對氣體做正功；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能減小是由于氣體向外放出熱量引起的．