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1、热热力力学学定定律律2019年高考物理复习年高考物理复习一、热力学第一定律一、热力学第一定律在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热在一般情况下，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传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物加上物体从外界吸收的热量体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加，等于物体内能的增加U，即，即U= W + Q 内容：物体内能的增量内容：物体内能的增量U等于外界对物体做的功等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量和物体吸收的热量Q的总和。的总和。表达式：表达式：W+Q=U符号规则：符号规则：物体内能增加，物体内能增加，U0；物体内能减少，
2、；物体内能减少，U 0外界对物体做功外界对物体做功W 0；物体对外界做功；物体对外界做功W 0物体从外界吸热物体从外界吸热 Q0； 物体向外界放热物体向外界放热Q 0二、热力学第二定律二、热力学第二定律表表述述形形式式一一：热热量量总总是是从从高高温温物物体体传传到到低低温温物物体体，但但是是不不可可能能自自动动从从低低温温物物体体传传递递到到高高温温物物体体，而而不不引引起起其它变化。（这是按照热传导的方向性来表述的。）其它变化。（这是按照热传导的方向性来表述的。）表述形式二：表述形式二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部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
3、以全部转化用来做功，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。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注意：两种表述是等价的，并可从一种表述导出另一种表述。一种表述。表述形式三：表述形式三：第二类永动机是不可能制成的。第二类永动机是不可能制成的。 三、能量转化和守恒定律三、能量转化和守恒定律功是能量转化的量度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热力学第一定律表示，做功和热
4、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形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体这就是能量守恒定律这就是能量守恒定律12(选修选修3-3) (2) 若对一定质量的理想气体做若对一定质量的理想气体做1500 J的功，可使其温度升高的功，可使其温度升高5改用热传递的方式，使改用热传递的方式，使气体温度同样升高气体温度同样升高5，那么气体应吸收，那么气体应
5、吸收 J的的热量如果对该气体做了热量如果对该气体做了2000 J的功，其温度升高了的功，其温度升高了8，表明该过程中，气体还，表明该过程中，气体还 （填（填“吸收吸收”或或“放出放出”）热量）热量 J1500吸收吸收40012.A（选修模块（选修模块33）空气压缩机在一次压缩）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同时气体的内能增加了1.5l05J试问：此压缩试问：此压缩过程中，气体过程中，气体 （填（填“吸收吸收”或或“放出放出”）的热量等于的热量等于 J放出放出 5104 1.5105 = 2.0105Q，由
6、热力学第一定律由热力学第一定律解析：解析：U = WQ，代入数据得：代入数据得：解得解得 Q =5104； 12. （供选修（供选修3-3考生作答）考生作答）（2）一定质量的理想气体，在绝热膨胀过程中）一定质量的理想气体，在绝热膨胀过程中 对对外外做做功功5J，则则其其内内能能（选选填填“增增加加”或或“减少减少”） J;试从微观角度分析其压强变化情况试从微观角度分析其压强变化情况.减小减小5答：答：气体体积增大，则单位体积内的分子数减少；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。；则
7、气体的压强减小。14、下列说法正确的是、下列说法正确的是 （ ） A物体吸收热量，其温度一定升高物体吸收热量，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做功和热传递是改变物体内能的两种方式D由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，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但若通过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，温物体，B、C错错解析：解析：由热力学第一定律可知，做功与热传递可以改变由
8、热力学第一定律可知，做功与热传递可以改变物体的内能，物体的内能，D正确；正确；故物体吸收热量时，其内能不一定增大，故物体吸收热量时，其内能不一定增大，A错；错；10对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）A体体积积不不变变，压压强强减减小小的的过过程程,气气体体一一定定放放出出热热量量,内能减少内能减少B若气体内能增加，则外界一定对气体做功若气体内能增加，则外界一定对气体做功C若若气气体体的的温温度度升升高高，则则每每个个气气体体分分子子的的速速度度一一定定增大增大D若气体压强不变，气体分子平均距离增大时，则若气体压强不变，气体分子平均距离增大时，
9、则气体分子的平均动能一定增大气体分子的平均动能一定增大 A D9下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A机械能全部变成内能是不可能的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物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式。种形式。 C根据热力学第二定律可知，热量也可能从低温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从
10、单一热源吸收的热量全部变成功是可能的C D10被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温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，则度增加，压强保持不变，则 ( ) A气缸中每个气体分子的速率都增大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气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量加量D气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量量C （1）根根据据盖盖吕吕萨萨克克定定律律可可知知，对对于于质质量量一一定定的的气气体体，在在压压强强一一定定的的情情况
11、况下下，温温度度越越高高，体体积积越越大，故密度越小。大，故密度越小。 13.（9分分）( 选选修修33）注注意意观观察察的的同同学学会会发发现现，用用来来制制冷冷的的空空调调室室内内机机通通常常挂挂在在高高处处，而而用用来来取取暖暖的的暖暖气气片片却却安安装装在在较较低低处处，这这是是由由于于要要利利用用热热空空气气密密度度小小而而冷冷空空气气密密度度大大来来形形成成对对流流的的缘缘故故。请请你你解解释释，为为什什么么热热空空气气密密度度小小而而冷冷空空气气密密度度大大？将将一一氢氢气气球球放放飞飞，随随着着气气球球高高度度的的不不断断增增大大，若若高高空空气气压压不不断断降降低低，气气球球
12、的的体体积积也也不不断断增增大大，而而温温度度基基本本不不变。请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的变。请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的?解：解：（2）气球要不断从外界吸热，将吸取的能量用来不断）气球要不断从外界吸热，将吸取的能量用来不断对外做功。对外做功。13（1）（）（6分）（选做，适合选修分）（选做，适合选修33的同学）的同学）汽汽车车内内燃燃机机汽汽缸缸内内汽汽油油燃燃烧烧时时，气气体体体体积积膨膨胀胀推推动动活活塞塞对对外外做做功功。已已知知在在某某次次对对外外做做功功的的冲冲程程中中汽汽油油燃燃烧烧释释放放的的化化学学能能为为1103J，因因尾尾气气排排放放、汽汽缸缸发发热热
13、等等对对外外散散失失的的热热量量为为2.5102J，则则该该内内燃燃机机对对外外所所做做的的功功为为 J,该该内内燃燃机机的的效效率率为为 。随随着着科科技技的的进进步步 ，不不断断设设法法减减小小热热量量损损失失，则则内内燃燃机机的的效效率率不不断断提提高高，效效率率 （填填“有有可可能能”、“仍仍不可能不可能”）达到）达到100%。【解析解析】本小题考查对热力学第一定律和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。效率概念的理解，考查实验探究能力。7.510275%仍不可能仍不可能9如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体（不计分子
14、势能），用电阻丝对气体缓慢加热，绝（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（热活塞可无摩擦地缓慢上升，下列说法正确的是（ ）A气体对外做功，其内能减少气体对外做功，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对气体加热产生的热量一定 大于气体对外所做的功大于气体对外所做的功ED12.（3）（）（本题本题4分）如图所示，绝热隔板分）如图所示，绝热隔板S把绝热的把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，气缸分隔成
15、体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是与气缸壁的接触是光滑的两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同光滑的两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体种气体a和和b气体分子之间相互作用可忽略不计气体分子之间相互作用可忽略不计. .现现通过电热丝对气体通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后缓慢加热一段时间后, ,a、b各自达各自达到新的平衡状态试分析到新的平衡状态试分析a、b两部分气体与初状态相两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化比，体积、压强、温度、内能各如何变化? ? abSU解：解： 气气缸缸和和隔隔板板绝绝热热，电电热热丝丝对对气气体体a加加热热，a温温度度升升高高，体体积
16、积增增大，压强增大，内能增大；大，压强增大，内能增大；a对对b做功，做功，b的体积减小，温度的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大升高，压强增大，内能增大 36、（、（8分）分）【物理物理物理物理33】喷雾器内有喷雾器内有10 L水，上部封闭有水，上部封闭有1 atm的空气的空气2 L, 关关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空的空气气3 L（设外界环境温度一定，空气可看作理想气体）（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
17、原因压强，并从微观上解释气体压强变化的原因打开喷雾阀门，喷雾过程中打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由简要说明理由解：解：设气体初态压强为设气体初态压强为p1，体积为，体积为V1；末态压强为；末态压强为p2，体积为体积为V2，由玻意耳定律，由玻意耳定律p1V1 p1V1代入数据得：代入数据得：p22.5 atm 温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加增加，所以压强增加此过程气体是此过程气体是吸热气体对外做功而内能不变，吸热气
18、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根据热力学第一定律可知气体吸热微观解释：微观解释：14【物理物理33】(8分分)如图是用导热性能良好的材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料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为为22cm，现用竖直向下的外力，现用竖直向下的外力 F 压缩气体，使封闭压缩气体，使封闭的空气柱长度变为的空气柱长度变为2cm，人对活塞做功，人对活塞做功100J，大气压，大气压强为强为p0=1105Pa，不计活塞的重力问：，不计活塞的重力问： 若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大后气
19、体的压强多大? 若以适当的速度压缩气体，向外散失若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为的热量为20J，则气体的内能增加多少，则气体的内能增加多少?(活塞的横截面积活塞的横截面积S=1cm2)F解：解：设压缩后气体的压强为设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为，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：缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律： p0V0=pV解出解出 p=1.1106 Pa大气压力对活塞做功大气压力对活塞做功W1 =p0 S ( l0-l ) =2J，人做功人做功W2=100J，由热力学第一定律：由热力学第
20、一定律：U=W1+W2+Q将将Q20J 等代入，解出等代入，解出U=82J 12.I(12分分)(选修选修3-3试题试题) 如如图图所所示示，一一气气缸缸竖竖直直放放置置，用用一一质质量量为为m的的活活塞塞在在缸缸内内封封闭闭了了一一定定量量的的理理想想气气体体，在在气气缸缸的的底底部部安安装装有有一一根根电电热热丝丝，用用导导线线和和外外界界电电源源相相连连，已已知知气气缸缸壁壁和和活活塞塞都都是是绝绝热热的的，气气缸缸壁壁与与活活塞塞间间接接触触光光滑滑且且不不漏漏气气现接通电源，电热丝对缸内气体缓慢加热现接通电源，电热丝对缸内气体缓慢加热 (1)关于气缸内气体，下列说法正确的是关于气缸内
21、气体，下列说法正确的是_ A单单位位时时间间内内气气缸缸单单位位面面积积上上气气体体分分子子撞撞击击次次数数减少减少 B所有分子的速率都增加所有分子的速率都增加 C分子平均动能增大分子平均动能增大 D对外做功，内能减少对外做功，内能减少电源电源电热丝电热丝 C D (2)设设活活塞塞横横截截面面积积为为S，外外界界大大气气压压强强为为p0，电电热热丝丝热热功功率率为为P，测测得得通通电电t时时间间内内活活塞塞缓缓慢慢向向上上移移动动高高度度h，求：，求： 气缸内气体压强的大小；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时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量 解：解： 由活塞受力平衡，由活塞受力平衡， 气体对外做功气体对外做功W=pSh=p0Sh+mgh内能的变化量内能的变化量E=Q-W=Pt-mgh- p0Sh
