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2019版二轮提分宝典:第38课 热力学定律与能量守恒

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                           第 38 课 ·热力学定律与能量守恒
1.对热力学第一定律的理解
a.绝热系统中可根据         ΔU=W  判断内能变化
(1)(多选)(2017 全国Ⅱ,5   分)如图所示,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理
想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待
气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说
法正确的是(  )


A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中,气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功
E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变

答案:ABD
解析:气体向真空扩散过程中不对外做功,且又因为汽缸绝热,可知气体自发扩散前后内能
相同,故    A 项正确,C    项错误。气体在被压缩的过程中,活塞对气体做功,因此气体内能
增加,故    B 项、D   项均正确。气体在被压缩的过程中,因气体内能增加,则温度升高,气
体分子的平均动能增加,故            E 项错误。


b.根据   ΔU=Q+W    判断内能变化
(2)(2015 北京理综,6   分)下列说法正确的是(  )
A.物体放出热量,其内能一定减小
B.物体对外做功,其内能一定减小
C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加
D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变

答案:C
解析:物体放出热量,若外界对物体做的功大于其放出的热量,内能可能增加,故                                  A 项错
误。物体对外做功,若同时从外界吸收的热量大于对外做的功,则内能增加,故                                 B 项错误。
物体吸收热量,同时对外做功,若物体吸收的热量大于对外做的功,则内能增加,故                                   C 项
正确。物体放出热量,Q<0,同时对外做功,W<0,则                    ΔU<0,内能一定减少,故          D 项错误。


2.对热力学第二定律的理解
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a.根据“自发”和“不产生其他影响”进行相关判断
(3)(多选)(2018 汇编,5  分)根据热力学定律,下列说法正确的是(  )
A.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体(2016                   全国Ⅰ)
B.热量只能从高温物体向低温物体传递(2008                四川理综)
C.根据热力学定律,热机的效率可以达到                  100%(2013 安徽理综)
D.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功(2009                   四川理综)

答案:AD
解析:根据热力学第二定律,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,故                                A 项正确。
热量能够从低温物体传向高温物体,但要产生其他影响,故                         B 项错误。根据热力学第二定
律可知,热机的效率不可能达到             100%,故   C 项错误。根据热力学第二定律,物体从单一热
源吸收的热量不能全部用于做功而不产生其他影响,所以在产生其他影响的情况下物体从单
一热源吸收的热量可全部用于做功,故                D 项正确。

b.依据能量守恒与热力学第二定律判定永动机不能制成
(4)(经典题,4   分)如图所示,一演示用的“永动机”转轮由                  5 根轻杆和转轴构成,轻杆的末
端装有用形状记忆合金制成的叶片,轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动
转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是
(  )


A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

答案:D
解析:转轮转动的过程中克服摩擦力做功,转轮的速度越来越小,所以要维持转轮转动需要
外力做功,故      A 项错误。要维持转轮转动需要外力做功,转轮转动所需能量不能由转轮自
己提供,故     B 项错误。转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程,同时水会
向四周放出热量,根据热力学第一定律可知水的内能减小,故水温降低,故                               C 项错误。根
据能量守恒定律,叶片在热水中吸收的热量一部分在空气中释放,还有一部分转化为转轮的
机械能,故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量,故                             D 项正确。

3.气体实验定律与热力学第一定律的综合应用
a.查理定律、玻意耳定律与热力学第一定律结合解题
(5)(经典题,8   分)一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热

器容积为    V0,开始时内部封闭气体的压强为              p0。经过太阳曝晒,气体温度由            T0=300   K 升

至 T1=350 K。
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①求此时气体的压强;

②保持   T1=350 K 不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到                    p0。求集热器内剩余气体
的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因。

              7          6

    (5)答案:①6p0(2  分) ②7     (4 分) 吸热,因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能
不变  ΔU=0,而剩余气体膨胀对外做功             W<0,所以根据热力学第一定律             ΔU=W+Q    可知
Q>0,即剩余气体要吸热。(2          分)

    解析:①设升温后气体的压强为             p1,由查理定律得
    p0  p1
    T0=T1①(1  分)
    代入数据得
       T1    7

    p1=T0p0=6p0②(1 分)
    ②抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体积为                          V,由玻意耳定律得

    p1V0=p0V③(1 分)
    联立②③式得
       7

    V=6V0④(1  分)
    设剩余气体的质量与原来总质量的比值为                 k,由题意得
      V0
    k= V ⑤(1 分)
    联立④⑤式得
      6
    k=7⑥(1 分)
吸热,因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变                       ΔU=0,而剩余气体膨胀对外做功
W<0,所以根据热力学第一定律            ΔU=W+Q    可知   Q>0,即剩余气体要吸热。(2          分)

                  pV
b.理想气体状态方程         T =C 与热力学第一定律结合解题
(6)(2015 重庆理综,6   分)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大。
若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么(  )
A.外界对胎内气体做功,气体内能减小
B.外界对胎内气体做功,气体内能增大
C.胎内气体对外界做功,内能减小
D.胎内气体对外界做功,内能增大

答案:D
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                           pV
解析:根据理想气体的状态方程              T =C,可知轮胎内的压强增大、体积增大,则温度一定升
高。气体的温度升高,内能一定增大。气体的体积增大的过程中,对外做功,故                                 A 项、
B 项、C  项均错误,      D 项正确。
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