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热力学定律一、 热力学第一定律二、在一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程,那么,外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q,等于物体内能的增加U,即U= W + Q 内容:物体内能的增量E等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和。表达式:W+Q=U符号规则:物体内能增加,U0;物体内能减少,U 0外界对物体做功W 0;物体对外界做功W 0物体从外界吸热 Q0; 物体向外界放热Q 0二. 热力学第二定律表述形式1:热量总是从高温物体传到低温物体,但是不可能自动从低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化。(这是按照热传导的方向性来表述的。)表述形式2:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化。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而不引起其它变化。 (这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的。) 注意:两种表述是等价的,并可从一种表述导出另一种表述。表述形式3、第二类永动机是不可能制成的。三、能量转化和守恒定律功是能量转化的量度热力学第一定律表示,做功和热传递提供给一个物体多少能量,物体的内能就增加多少,能量在转化或转移过程中守恒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别的形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化和转移的过程中其总量不变。12(选修3-3) (2) 若对一定质量的理想气体做1500 J的功,可使其温度升高5改用热传递的方式,使气体温度同样升高5,那么气体应吸收 J的热量如果对该气体做了2000 J的功,其温度升高了8,表明该过程中,气体还 (填“吸收”或“放出”)热量 J答:(2)1500、吸收、400 前两空各2分,第3个空4分12.A(选修模块33)空气压缩机在一次压缩过程中,活塞对气缸中的气体做功为2.0105J,同时气体的内能增加了1.5l05J试问:此压缩过程中,气体 (填“吸收”或“放出”)的热量等于 J答:放出;5104;解析:由热力学第一定律U = WQ,代入数据得:1.5105 = 2.0105Q,解得Q =5104J;12.(2)一定质量的理想气体,在绝热膨胀过程中对外做功5J,则其内能(选填“增加”或“减少”) J;试从微观角度分析其压强变化情况.答:减小 5气体体积增大,则单位体积内的分子数减少;内能减少,则温度降低,其分子运动的平均速率减小;则气体的压强减小。14、下列说法正确的是 ( D )A物体吸收热量,其温度一定升高B热量只能从高温物体向低温物体传递C遵守热力学第一定律的过程一定能实现D做功和热传递是改变物体内能的两种方式解析:由热力学第一定律可知,做功与热传递可以改变物体的内能,D正确;故物体吸收热量时,其内能不一定增大,A错;由热力学第二定律可知,宏观的热现象有方向性,但若通过外界做功,热量也可以从低温物体传到高温物体,B、C错1,3,510对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是( A D )A体积不变,压强减小的过程,气体一定放出热量,内能减少B若气体内能增加,则外界一定对气体做功C若气体的温度升高,则每个气体分子的速度一定增大D若气体压强不变,气体分子平均距离增大时,则气体分子的平均动能一定增大9下列说法正确的是 ( C D )A机械能全部变成内能是不可能的B第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体转移到另一个物体,或从一种形式转化成另一种形式。C根据热力学第二定律可知,热量也可能从低温物体传到高温物体D从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的10被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度增加,压强保持不变,则 ( C )A气缸中每个气体分子的速率都增大B气缸中单位体积气体分子数增多C气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量D气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量13(9分)(选做,适合选修33的同学)注意观察的同学会发现,用来制冷的空调室内机通常挂在高处,而用来取暖的暖气片却安装在较低处,这是由于要利用热空气密度小而冷空气密度大来形成对流的缘故。请你解释,为什么热空气密度小而冷空气密度大?将一氢气球放飞,随着气球高度的不断增大,若高空气压不断降低,气球的体积也不断增大,而温度基本不变。请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的?解:(1)根据盖吕萨克定律可知,对于质量一定的气体(2分),在压强一定的情况下(1分),温度越高,体积越大(2分),故密度越小。(2)气球要不断从外界吸热(2分),将吸取的能量用来不断对外做功(2分)。13(1)(6分)(选做,适合选修33的同学)汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时,气体体积膨胀推动活塞对外做功。已知在某次对外做功的冲程中汽油燃烧释放的化学能为1103J,因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为2.5102J,则该内燃机对外所做的功为 J,该内燃机的效率为 。随着科技的进步,不断设法减小热量损失,则内燃机的效率不断提高,效率 (填“有可能”、“仍不可能”)达到100%。本小题考查对热力学第一定律和效率概念的理解,考查实验探究能力。7.5102J(2分),75%(2分)。仍不可能(2分)E9如图所示,绝热的容器内密闭一定质量的气体(不计分子势能),用电阻丝对气体缓慢加热,绝热活塞可无摩擦地缓慢上升,下列说法正确的是( D )A气体对外做功,其内能减少B气体分子在单位时间内撞击活塞的个数增加 C气体分子在单位时间内对活塞的冲量增大 D对气体加热产生的热量一定大于气体对外所做的功abSU12(3)(本题4分)如图所示,绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分,S与气缸壁的接触是光滑的两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b气体分子之间相互作用可忽略不计现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后,a、b各自达到新的平衡状态试分析a、b两部分气体与初状态相比,体积、压强、温度、内能各如何变化?答:气缸和隔板绝热,电热丝对气体a加热,a温度升高,体积增大,压强增大,内能增大; (2分)a对b做功,b的体积减小,温度升高,压强增大,内能增大(2分)36、(8分)【物理物理33】喷雾器内有10 L水,上部封闭有1 atm的空气2 L关闭喷雾阀门,用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3 L(设外界环境温度一定,空气可看作理想气体)当水面上方气体温度与外界温度相等时,求气体压强,并从微观上解释气体压强变化的原因打开喷雾阀门,喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀,此过程气体是吸热还是放热?简要说明理由解:设气体初态压强为p1,体积为V1;末态压强为p2,体积为V2,由玻意耳定律p1V1 p1V1 代入数据得:p22.5 atm 微观解释:温度不变,分子平均动能不变,单位体积内分子数增加,所以压强增加吸热气体对外做功而内能不变,根据热力学第一定律可知气体吸热F 14【物理33】(8分)如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置,开始时封闭的空气柱长度为22cm,现用竖直向下的外力F压缩气体,使封闭的空气柱长度变为2cm,人对活塞做功100J,大气压强为p0=1105Pa,不计活塞的重力问:若用足够长的时间缓慢压缩,求压缩后气体的压强多大?若以适当的速度压缩气体,向外散失的热量为20J,则气体的内能增加多少?(活塞的横截面积S=1cm2)解:(8分)解设压缩后气体的压强为p,活塞的横截面积为S, l0=22cm,l =2cm,V0= l0S,V=LS缓慢压缩,气体温度不变,由玻意耳定律: p0V0=pV (3分)解出p=1.1106 Pa (1分)大气压力对活塞做功W1 =p0 S ( l0-l ) =2J,人做功W2=l00J, (1分)由热力学第一定律: U=W1+W2+Q (2分)将Q20J等代入,解出U=82J (1分)12.I(12分)(选修3-3试题)电源电热丝如图所示,一气缸竖直放置,用一质量为m的活塞在缸内封闭了一定量的理想气体,在气缸的底部安装有一根电热丝,用导线和外界电源相连,已知气缸壁和活塞都是绝热的,气缸壁与活塞间接触光滑且不漏气现接通电源,电热丝对缸内气体缓慢加热(1)关于气缸内气体,下列说法正确的是_ A单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少 B所有分子的速率都增加 C分子平均动能增大 D对外做功,内能减少 (2)设活塞横截面积为S,外界大气压强为p0,电热丝热功率为P,测得通电t时间内活塞缓慢向上移动高度h,求: 气缸内气体压强的大小; t时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量解:(1) CD(2) 由活塞受力平衡,气体对外做功W=pSh=p0Sh+mgh内能的变化量E=Q-W=Pt-mgh- p0Sh
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