第十二章熱學(xué)第3講熱力學(xué)定律和能量守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】1、知道改變內(nèi)能的兩種方式，理解熱力學(xué)第一定律2、知道與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律3、掌握能量守恒定律及其應(yīng)用【重、難點(diǎn)】1、熱力學(xué)第一定律；2、能量守恒定律【知識(shí)梳理】考點(diǎn)一　熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律1．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它所做的功的和．（2）表達(dá)式：ΔU＝（3）公式中正、負(fù)號法則物理量意義符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少2．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，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．（2）能量守恒定律是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．22 【思維深化】ΔU＝Q＋W的三種特殊情況過程名稱公式內(nèi)能變化物理意義絕熱Q＝0ΔU＝W外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加等容W＝0Q＝ΔU物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加等溫ΔU＝0W＝－Q外界對物體做的功等于物體放出的熱量典例精析例1．（2015·北京理綜·13）下列說法正確的是（　?。〢．物體放出熱量，其內(nèi)能一定減小B．物體對外做功，其內(nèi)能一定減小C．物體吸收熱量，同時(shí)對外做功，其內(nèi)能可能增加D．物體放出熱量，同時(shí)對外做功，其內(nèi)能可能不變例2．（2015·重慶·10（1））某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車胎體積增大．若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么（　?。〢．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能減小D．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能增大例3．木箱靜止于水平地面上，現(xiàn)在用一個(gè)80N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10m，木箱受到的摩擦力為60N，則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是（　　）A．U＝200J，Ek＝600JB．U＝600J，Ek＝200JC．U＝600J，Ek＝800JD．U＝800J，Ek＝200J例4．【熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用】一定質(zhì)量的氣體，在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過程中，吸收熱量280J，并對外做功120J，試問：22 （1）這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化？（2）如果這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了240J的熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做功多少？考點(diǎn)二　熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的三種表述（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，而不引起其他變化．（2）開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成．”（3）用熵的概念進(jìn)行表述：在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減?。崃W(xué)第二定律又叫做熵增加原理）．2．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．3．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．22 4．兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(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)器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成【思維深化】（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．在借助外界提供能量的幫助下，熱量可以由低溫物體傳到高溫物體嗎？請舉例．（2）“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(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．在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？請舉例．典例精析例5．（多選）根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法中正確的是（　?。〢．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高B．科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)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．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22 變式1、圖中氣缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與氣缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣。現(xiàn)將活塞桿與外界連接并使之緩慢地向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是（??????）桿恒溫A．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D．上述A、B、C三種說法都不對例6．地球上有很多的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018噸，如果這些海水的溫度降低0.1°C，將要放出5.8×1023焦耳的熱量，有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量使它完全變成機(jī)械能來解決能源危機(jī)，但這種機(jī)器是不能制成的，其原因是（　　）A．內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿足熱力學(xué)第一定律C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器不滿足熱力學(xué)第二定律D．上述三種原因都不正確例7．（5選3）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法中正確的是（　?。〢．對某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加B．為了增加物體的內(nèi)能，必須對物體做功或向它傳遞熱量C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是不可逆過程例8．關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說法正確的是（　?。?2 A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C．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D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的考點(diǎn)三　熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合一、基本解題思路1．選取研究對象研究對象可以是由兩個(gè)或多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，也可以是全部氣體或某一部分氣體（狀態(tài)變化時(shí)質(zhì)量必須一定）．2．兩類分析（1）氣體實(shí)驗(yàn)定律：確定狀態(tài)參量，找出狀態(tài)變化前后的p、V、T數(shù)值或表達(dá)式．（2）熱力學(xué)定律：①做功情況；②吸、放熱情況；③內(nèi)能變化情況．3．選用規(guī)律列出相關(guān)方程求解（1）玻意耳定律（等溫變化）：p1V1＝p2V2或pV＝C（常數(shù)）．（2）查理定律（等容變化）：＝或＝C（常數(shù)）．（3）蓋－呂薩克定律（等壓變化）：＝或＝C（常數(shù)）．（4）理想氣體狀態(tài)方程：＝或＝C（常數(shù)）．（5）熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q.二、判斷物體內(nèi)能變化的方法（1）當(dāng)做功和熱傳遞兩種過程同時(shí)發(fā)生時(shí)，內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析；22 （2）做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外界做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對氣體做功，W為正；理想氣體向真空自由膨脹，與外界互不做功；（3）與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q＝0；（4）如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，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．典例精析例9．（2015·福建·29（2））如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)狀態(tài)c．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac。則________．（填選項(xiàng)前的字母）A．Tb＞Tc，Qab＞QacB．Tb＞Tc，Qab＜QacC．Tb＝Tc，Qab＞QacD．Tb＝Tc，Qab＜Qac變式1、恒溫環(huán)境中有一個(gè)盛有高壓氣體的容器，打開閥門時(shí)氣體高速噴出，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恰與大氣壓強(qiáng)相等時(shí)及時(shí)關(guān)閉閥門，過較長的一段時(shí)間后再次打開閥門，則（）A．容器內(nèi)氣體要噴出來B．容器外氣體要吸進(jìn)去C．容器內(nèi)氣體不會(huì)噴出來，容器外氣體也不會(huì)吸進(jìn)去D．條件不足，無法判斷變式2、（多選）一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，氣體的壓強(qiáng)隨熱力學(xué)溫度變化如圖所示，則此過程（）22 T/KP/Pa0AB22 A．氣體從外界吸收了熱量B．外界對氣體做功C．氣體的密度增大D．氣體分子的平均動(dòng)能增大例10．（2013·山東·36（2））我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄．在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號探測到990m深處的海水溫度為280K．某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖所示，導(dǎo)熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0＝300K，壓強(qiáng)p0＝1atm，封閉氣體的體積V0＝3m3．如果將該氣缸下潛至990m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體．（1）求990m深處封閉氣體的體積（1atm相當(dāng)于10m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)）．（2）下潛過程中封閉氣體________（填“吸熱”或“放熱”），傳遞的熱量________（填“大于”或“小于”）外界對氣體所做的功．例11．如圖所示，一粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U形管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長l1＝20cm（可視為理想氣體），兩管中水銀面等高．現(xiàn)將右端與一低壓艙（未畫出）接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h＝10cm．（環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg）（1）求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)（用“cmHg”做單位）．（2）此過程中左管內(nèi)的氣體對外界________（填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”），氣體將________（填“吸熱”或“放熱”）．22 例12．如圖所示，厚度和質(zhì)量不計(jì)、橫截面積為S＝10cm2的絕熱氣缸倒扣在水平桌面上，氣缸內(nèi)有一絕熱的“T”形活塞固定在桌面上，活塞與氣缸封閉一定質(zhì)量的理想氣體，開始時(shí)，氣體的溫度為T0＝300K，壓強(qiáng)為p＝0.5×105Pa，活塞與氣缸底的距離為h＝10cm，活塞可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)且不漏氣，大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa.求：（1）此時(shí)桌面對氣缸的作用力FN；（2）現(xiàn)通過電熱絲給氣體緩慢加熱到T，此過程中氣體吸收熱量為Q＝7J，內(nèi)能增加了ΔU＝5J，整過程活塞都在氣缸內(nèi)，求T的值．【能力展示】【小試牛刀】22 1．（5選3）下列說法中正確的是（　?。〢．氣體的溫度升高，每個(gè)氣體分子運(yùn)動(dòng)的速率都增大B．布朗運(yùn)動(dòng)是指液體或氣體中懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加D．只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低E．空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí)，將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，所以制冷機(jī)的工作不遵守?zé)崃W(xué)第二定律2．（多選）如圖所示為某實(shí)驗(yàn)器材的結(jié)構(gòu)示意圖，金屬內(nèi)筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣，內(nèi)筒中有水，在水加熱升溫的過程中，被封閉的空氣（　　）A．分子間引力和斥力都減小B．壓強(qiáng)增大C．所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大D．內(nèi)能增大3．如圖所示，針管中氣體的體積為V0、壓強(qiáng)為p0；用力壓活塞，使氣體的體積減小了ΔV．若針管中的氣體可視為理想氣體，其質(zhì)量、溫度在壓縮前后均不變．（1）求壓縮前后，氣體壓強(qiáng)的變化量Δp．（2）壓縮過程中，氣體是吸熱還是放熱，內(nèi)能如何變化？22 4．一定質(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圖象如圖所示．已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27℃．求：（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．22 5．重慶出租車常以天然氣作為燃料，加氣站儲(chǔ)氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體（可視為理想氣體）（　?。〢．壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小B．吸收熱量，內(nèi)能增大C．壓強(qiáng)減小，分子平均動(dòng)能增大D．對外做功，分子平均動(dòng)能減小6．圖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(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過程中（　?。〢．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小7．下列說法正確的是（　?。〢．氣體的溫度變化時(shí)，其分子平均動(dòng)能和分子勢能也隨之改變B．氣體的內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能之和C．功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功D．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，也能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體8．如圖所示，固定在水平面上的氣缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸壁和活塞絕熱性能良好，氣缸內(nèi)氣體分子間相互作用的勢能忽略不計(jì)，則以下說法正確的是（　　）A．使活塞向左移動(dòng)，氣缸內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能減少B．使活塞向左移動(dòng)，氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能增大，溫度升高C．使活塞向左移動(dòng)，氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小22 D．使活塞向左移動(dòng)，氣缸內(nèi)氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減小9．（2014·廣東·17）（多選）用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（　?。〢．體積減小，壓強(qiáng)減小B．體積減小，內(nèi)能增大C．對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D．對外界做正功，壓強(qiáng)減小【大顯身手】10．（5選3）一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖所示，下列判斷正確的是（　?。〢．過程bc中氣體既不吸熱也不放熱B．過程ab中氣體一定吸熱C．過程ca中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱D．a(chǎn)、b和c三個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小E．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同11．如圖是某噴水壺示意圖．未噴水時(shí)閥門K閉合，壓下壓桿A可向瓶內(nèi)儲(chǔ)氣室充氣；多次充氣后按下按柄B打開閥門K，水會(huì)自動(dòng)經(jīng)導(dǎo)管從噴嘴處噴出．儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體可視為理想氣體，充氣和噴水過程溫度保持不變．則（　?。?2 A．充氣過程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大B．充氣過程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體內(nèi)能增大C．噴水過程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體放熱D．噴水過程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大12．（多選）一定質(zhì)量的理想氣體分別在T1、T2溫度下發(fā)生等溫變化，相應(yīng)的兩條等溫線如圖所示，T2對應(yīng)的圖線上A、B兩點(diǎn)表示氣體的兩個(gè)狀態(tài)，則（　?。〢．A到B的過程中，氣體內(nèi)能增加B．A到B的過程中，氣體從外界吸收熱量C．溫度為T1時(shí)氣體分子的平均動(dòng)能比T2時(shí)大D．A到B的過程中，氣體分子單位時(shí)間內(nèi)對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少13．（多選）下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是（　　）A．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，違背了熱力學(xué)第二定律B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了能量守恒定律C．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性D．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功14．（2016·新課標(biāo)全國Ⅰ·33（1））（5選3）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（）22 A．氣體吸熱后溫度一定升高B．對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15．（多選）一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，壓強(qiáng)隨體積變化的關(guān)系如圖所示，這個(gè)過程（）A．氣體的溫度一直降低B．氣體的密度一直變小C．氣體一直對外界做功D．氣體一直向外界放熱16．如圖所示，導(dǎo)熱氣缸開口向下，內(nèi)有理想氣體，缸內(nèi)活塞可自由滑動(dòng)且不漏氣，活塞下掛一個(gè)砂桶，砂桶裝滿砂子時(shí)，活塞恰好靜止。現(xiàn)在把砂桶底部鉆一個(gè)小洞，細(xì)砂慢慢漏出，并緩慢降低氣缸外部環(huán)境溫度，則（）22 22 A．氣體壓強(qiáng)增大，內(nèi)能可能不變B．外界對氣體做功，氣體溫度可能降低C．氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能一定減少D．外界對氣體做功，氣體的密度和內(nèi)能都增加17．若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，則在此過程中，若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對外界做了0.6J的功，則此過程中的氣泡________（填“吸收”或“放出”）的熱量是________J．氣泡到達(dá)湖面后，氣泡中的氣體溫度上升，又對外界做了0.1J的功，同時(shí)吸收了0.3J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了________J．18．（2013·江蘇·12A）如圖所示，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），這就是著名的“卡諾循環(huán)”．（1）該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________．A．A―→B過程中，外界對氣體做功B．B―→C過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大C．C―→D過程中，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，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化（2）該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是________（選填“A―→B”“B―→C”“C―→D”或“D―→A”）．若氣體在A―→B過程中吸收63kJ的熱量，在C―→D過程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對外做的功為________kJ．19．如圖所示，一個(gè)絕熱的氣缸豎直放置，內(nèi)有一個(gè)絕熱且光滑的活塞，中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性能良好的隔板，隔板將氣缸分成兩部分，分別密封著兩部分理想氣體A和B．活塞的質(zhì)量為m，橫截面積為S，與隔板相距h．現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體，當(dāng)A氣體吸收熱量Q時(shí)，活塞上升了h，此時(shí)氣體的溫度為T1．已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g．（1）加熱過程中，若A氣體內(nèi)能增加了ΔU1，求B氣體內(nèi)能增加量ΔU2．（2）22 現(xiàn)停止對氣體加熱，同時(shí)在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)活塞恰好回到原來的位置時(shí)A氣體的溫度為T2．求此時(shí)添加砂粒的總質(zhì)量Δm．22 參考答案例10．答案：（1）2.8×10－2m3?。?）放熱；大于解析：（1）當(dāng)氣缸下潛至990m深處時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p＝100atm根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得：＝代入數(shù)據(jù)得：V＝2.8×10－2m3（2）解析略．例11．答案：（1）50cmHg　（2）做正功　吸熱解析：（1）設(shè)U形管橫截面積為S，右端與大氣相通時(shí)，左管中封閉氣體的壓強(qiáng)為p1，右端與一低壓艙接通后，左管中封閉氣體的壓強(qiáng)為p2，氣柱長度為l2，穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)為p.左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律得p1V1＝p2V2①p1＝p0②p2＝p＋ph③V1＝l1S④V2＝l2S⑤由幾何關(guān)系得h＝2（l2－l1）⑥聯(lián)立①②③④⑤⑥式，代入數(shù)據(jù)得p＝50cmHg（2）左管內(nèi)氣體膨脹，氣體對外界做正功，溫度不變，ΔU＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W且W<0，所以Q＝－W>0，氣體將吸熱．例12．答案：（1）50N　（2）720K解析：（1）對氣缸受力分析，由平衡條件有：FN＋pS＝p0S，得：FN＝（p0－p）S＝50N（2）設(shè)溫度升高至T時(shí)，活塞與氣缸底的距離為H，則氣體對外界做功W＝p0ΔV＝p0S（H－h(huán)），22 由熱力學(xué)第一定律得：ΔU＝Q－W解得：H＝12cm氣體溫度從T0升高到T的過程，由理想氣體狀態(tài)方程，得：＝.解得：T＝T0＝720K【能力展示】3．答案：（1）?。?）放熱；內(nèi)能不變解析：（1）由于針管中的氣體是質(zhì)量、溫度均不變的理想氣體，由玻意耳定律，有：p0V0＝（p0＋Δp）（V0－ΔV）解得：Δp＝（2）由于氣體的溫度不變，則內(nèi)能不變．壓縮過程，外界對氣體做功，而內(nèi)能又不變，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，氣體放熱．4．答案：（1）－173℃?。?）吸收熱量200J解析：（1）對于理想氣體：A→B過程，由查理定律有：＝，得：TB＝100K，所以：tB＝TB－273℃＝－173℃（2）B→C過程，由蓋－呂薩克定律有：＝，得：TC＝300K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，氣體對外不做功，B→C過程中氣體體積膨脹對外做功，即從狀態(tài)A到狀態(tài)C氣體對外做功，故氣體應(yīng)從外界吸收熱量．Q＝pΔV＝1×105×（3×10－3－1×10－3）J＝200J17．答案：吸收；0.6；0.2解析：22 氣泡從湖底上升到湖面的過程中，體積變大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，對外界做功W＝－0.6J，內(nèi)能增量ΔU＝0，熱量為Q＝0.6J，說明氣體從外界吸熱；到達(dá)湖面后，對外界做功W′＝－0.1J，熱量為Q′＝0.3J，內(nèi)能增量ΔU′＝0.2J18．答案：（1）C?。?）B―→C　25解析：（1）由理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律分析，A―→B為等溫過程，內(nèi)能不變，氣體的體積增大，氣體對外做功，A錯(cuò)；B―→C過程為絕熱過程，氣體體積增大，氣體對外做功，因此內(nèi)能減小，氣體分子的平均動(dòng)能減小，B錯(cuò)；C―→D為等溫過程，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，C正確；D―→A為絕熱過程，氣體體積減小，外界對氣體做功，內(nèi)能增大，溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線變化，D錯(cuò)．（2）在以上循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是B―→C.由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得W＝25kJ.20．答案：（1）Q－（mg＋p0S）h－ΔU1　（2）（－1）（＋m）解析：（1）B氣體對外做的功：W＝pSh＝（p0S＋mg）h由熱力學(xué)第一定律得：ΔU1＋ΔU2＝Q－W解得：ΔU2＝Q－（mg＋p0S）h－ΔU1（2）B氣體的初狀態(tài)：p1＝p0＋，V1＝2hS，T1B氣體的末狀態(tài)：p2＝p0＋，V2＝hS，T2由理想氣體狀態(tài)方程：＝；解得：Δm＝（－1）（＋m）22