第二课时热力学定律气体.doc

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1、第二课时热力学定律气体第一关：根底关展望高考基 础 知 识一、热力学第一定律知识讲解(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功的和.(2)公式:U=Q+W说明:热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功,向外界散热和内能减少的情况.对公式U=Q+W符号的规定外界对系统做功,W0,即W为正值;系统对外界做功,也就是外界对系统做负功,W0,即Q为正值;外界对系统吸收热量,也就是系统向外界放出热量,Q0,即U为正值;系统内能减少,U0,即U为负值.活学活用1.以下表达正确的选项是()理想气体膨胀对外做功，物体的内能一定减小物体吸收热量，同时对外做功，物体的内能可

2、能不变物体放出热量，同时对外做功，物体的内能可能不变热量总从内能大的物体传递到内能较小的物体热量自发地从分子平均动能大的物体传递给分子平均动能小的物体A.B.C.D.答案:B2.如下图，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两局部气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板加热气体，使两局部气体均匀混合，设在此过程中，气体吸收的热量为Q，气体内能增加量为E，那么( )A.E=QB.EQD.无法判定解析:开始时A、B气体的合重心在中心线以下，混合均匀后，重心在中心线上，所以系统的重力势能增加，由能量守恒知，气体吸收的一局部热量转化为气体的重力势能.答案:B二、热力学第二定律知识讲解热力学第二定律一种表述是：

3、不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化.另一种表述是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.或：第二类永动机是不可能制成的，即热力学过程具有方向性.热力学过程方向性过程不可逆性实例：高温物体低温物体.功热.气体体积V1气体体积V2较大.不同气体A和B混合气体AB.活学活用3.以下说法中正确的选项是()A.通过摩擦，功转变为热是不可逆过程B.热机的效率最多可以到达100%C.在火力发电中燃气的内能不可能全转化为电能D.自然界中涉及的热现象都是不可逆答案:ACD三、能量的转化和守恒定律知识讲解(1)定律:能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式转

4、化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体.这就是能量的转化和守恒定律.(2)理解能量守恒定律是自然界中的最根本规律,任何自然现象必须遵守.能量转化与守恒定律是没有条件的.在具体物理问题中,对某一种形式的能量或某一系统的能量守恒是有条件的.一个物理过程,实现了能量的转化或能量的转移,与物理过程有关的物体或系统的某种形式的能量必定发生变化.根据能量变化的原因可以列出与物理过程相关的能量的转化与守恒表达式,研究有关物理问题.活学活用4.行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流.上述不同现象

5、中所包含的相同的物理过程是()A.物体克服阻力做功B.物体的动能转化为其他形式的能量C.物体的势能转化为其他形式的能量D.物体的机械能转化为其他形式的能量解析:这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力.因而物体都克服阻力做功，A项对.四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对.答案:AD四、描述气体的状态参量知识讲解1.温度两种意义：宏观上表示物体的冷热程度；微观上标志着物体内分子热运动的剧烈程度.它是物体分子平均动能的标志.两

6、种温标摄氏温标t:单位.在1个标准大气压下，水的冰点是0，沸点是100.-273作为0K.绝对零度0K是低温的极限，只能接近不能到达.两种温标的关系：就每1度表示的冷热差异来说，两种温度是相同的，只是零值的起点不同，所以二者关系为T=t+273(K),T=t.2.体积气体分子所占据的空间，也就是气体所充满的容器的容积.分子间相互作用力很弱，气体很容易被压缩.单位：1 m3=103 L(或dm3)=106 mL(或cm3)3.压强产生原因：由于大量气体分子无规那么地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力.决定因素：一定质量气体的压强大小，微观上决定于分子的平均动能和分子数密度；宏观上决定

7、于气体的温度T、体积V.单位换算：1 atm=760 mmHg=1.013105 Pa.4.气体的状态及变化1 对于一定质量的气体，如果温度、体积、压强这三个量都不变，我们就说气体处于一定的状态.(2) 一定质量的气体，p与T、V有关.三个参量中不可能只有一个参量发生变化，至少有两个或三个同时改变.第二关：技法关解读高考解 题 技 法一、应用热力学第一定律时,必须掌握它的符号法那么技法讲解应用热力学第一定律时，必须掌握它的符号法那么1U为内能变化量，U=U末-U初，U0，内能增加；U0，内能减小2外界对物体做正功W为正值，物体对外界做功W为负值3物体吸收热量Q为正值，物体放出热量Q为负值.U、

8、Q与W的符号法那么.典例剖析105 J的热量，同时气体对外做了6105 J功.问：1物体的内能增加还是减少？变化量是多少？2分子势能是增加还是减少？3气体的温度是升高还是降低？解析105 J.气体对外做功，W=-6105 J.由热力学第一定律得：U=W+Q=-6105105105 J105 J.2因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，考虑此时分子间相互作用为引力，分子力做负功，气体分子势能增加了.3因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了.所以气体温度降低.二、关于热力学第二定律的方向性技法讲解热力学第二定律的方向性1热传导的方向性：要热量从

9、低温物体传给高温物体，必须有外界的帮助，即外界对其做功.(2)机械能转化为内能过程的方向性：第二类永动机不可能实现.典例剖析例2以下说法正确的选项是B.外界对物体做功，物体的内能必定增加C.第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化解析：考查对热力学第一定律和热力学第二定律的理解.根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下热量可以由低温物体传向高温物体，例如电冰箱工作过程.应选项A错.根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错.第二类永动机不违反

10、能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C不正确.选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的.答案：D三、关于气体的状态参量技法讲解关于气体的状态参量有关气体的问题一般有以下两种题型：1对一定质量的气体，只涉及压强和体积或压强和温度的关系，解决问题的关键是：对气体压强的微观解释的理解；2如果问题涉及压强、温度和体积三者的关系，那么必须结合热力学第一定律U=W+Q才能作出正确判别.典例剖析例3将H2、N2、O2三种气体分别放入不同的容器中，使它们的温度、密度相同，那么其压强p大小的关系，符合原子质量H1、N14、O16A.p(H2)p(O2)p(N2)B.p(O2)p(N2)p(H2)C.

11、p(H2)p(N2)p(O2)D.p(N2)p(O2)p(H2)解析：考查气体压强的微观意义气体压强是气体分子对器壁频繁碰撞产生的，从微观角度考虑，气体压强的大小由两个因素决定：一是气体分子的平均动能，二是分子的密集程度即单位体积内分子的个数.将H2、O2、N2三种气体分别放入不同的容器中，由于它们的温度相同，所以它们分子热运动的平均动能相同，那么它们压强大小是由分子的密集程度决定的，分子越密集，气体的压强越大，它们的密度相同，即单位体积内气体的质量m相同，由于不同气体的摩尔质量Mr不同，所以单位体积内气体的摩尔数n也就不相同.由n=可知，由于Mr(O2)Mr(N2)Mr(H2),所以有：n(

12、O2)n(N2)n(H2),故p(O2)p(N2)p(H2).选项C正确.答案：C第三关：训练关笑对高考随 堂 训 练1.有甲,乙两种气体,如果甲气体内分子的平均速率大于乙气体内分子的平均速率,那么 A.甲的温度一定高于乙的温度 B.甲的温度一定低于乙的温度C.甲的温度一定等于乙的温度D.甲的温度可能低于乙的温度解析：温度是分子平均动能的标志,对气体来说,温度相同,气体分子的平均动能相同.因为分子的平均动能不仅与平均速率有关,而且还与分子质量有关，所以无法判定甲、乙两种气体的温度关系.答案：D2.在失重情况下，关于气体对器壁的压强，以下说法正确的选项是( )A.完全失重时，气体对器壁没有压强B

13、.不完全失重时，气体对器壁的压强减小C.不管怎么失重，气体对器壁的压强都不变D.完全失重时，气体对器壁的压强增大解析：气体对器壁的压强是由于气体分子的无规那么运动产生的，与物体所处的运动状态无关，C对.答案：C3.在一定温度下，气体分子运动的速率分布应该是()A.每个分子的速率都相等B.每个分子的速率不同，速率很大和速率很小的分子数目都很少C.每个分子的速率都不等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的D.每个分子的速率都不等，速率很大和速率很小的分子数目很多解析：在一定温度下，气体分子运动速率的分布遵循统计规律，即速率很大和很小的分子数目都很少，中等速率的分子数目最多，且分子分布也不一定均

14、匀，显然此题的正确选项应为B.答案：B4.1986年8月在东京举行的国际物理教学研究会ICPE上一位代表对“微观过程可逆而宏观过程不可逆的现象作了一个比喻，一条黑狗生满了跳蚤另一条黄狗是干净的，两条狗站在一起，跳蚤可以从黑狗身上跳到黄狗身上，也可以再从黄狗身上跳回黑狗身上，跳蚤跳来跳去相当于微观过程是可逆的；但最后无论黄狗还是黑狗都不可能是干净的，即从宏观上看，跳蚤从黄狗身上完全跳回黑狗身上使黄狗重新干净这一宏观的逆过程是不可能发生的.通过上述比喻可知以下选项正确的选项是( )A.这一比喻形象生动地说明了热力学第二定律的方向性B.热量可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体C.

15、功能自发地完全转化为热，热也能自发地完全转化为功D.不同气体A和B能自发混合成混合气体AB，但不能自发地别离成不同气体A和B解析：热力学第二定律指出了一切变化过程的自然开展是不可逆的，除非靠外界影响，即变化过程的方向性，A正确.热量可以从低温物体传到高温物体，要在有外界影响的条件下，如电冰箱在引起其他变化的条件下热量可以从低温物体传到高温物体，B正确.热不能自发地完全转化为功，C错，D正确.答案：ABD5.对于一定质量的气体，以下说法中正确的选项是A.温度升高，压强一定增大B.温度升高，分子热运动的平均动能一定增大C.压强增大，体积一定减小D.吸收热量，可能使分子热运动加剧、气体体积增大解析：

16、对气体局部知识点的考查多以选择题形式出现，此题是热学局部的常规考题，主要考查了气体的内能、热力学第一定律和气态方程.温度是气体分子热运动平均动能变化的标志，故B对；由理想气体状态方程PV=nRT可确定描述气体状态的三个参量之间的关系，选项AC错.再由热力学第一定律可知，D对.答案：BD课时作业三十热力学定律气体1.对一定量的气体，以下说法正确的选项是()A.气体的体积是所有气体分子的体积之和B.气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高C.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的D.当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少解析:气体的体积指气体分子能到达的空间，气体的

17、体积远大于气体分子的体积之和，故A错；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子运动越剧烈，分子的无规那么运动又叫热运动，故B正确；大量分子对器壁的碰撞是形成气体压强的原因，故C正确；气体膨胀时，考虑分子间的作用力是引力且减小，所以分子势能是增大的，而且内能的变化还与温度有关，故D错.答案:BC2.地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计.大气压强随高度增加而降低，那么该气团在此上升过程中不计气团内分子间的势能()A.体积减小，温度降低B.体积减小，温度不变C.体积增大，温度降低D.体积增大，温度不变解析:由于大气压强随高度增加而降低，那么该气团上升过程中气体要膨胀对外做功；又因气

18、团与外界没有热交换属绝热膨胀，所以气团的体积增大，内能减小不计分子势能温度降低.故C正确，A、B、D错误.答案:C3.以下说法正确的()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:物体吸收热量，如果对外做功，温度可能降低，故A错；热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故B错；根据热力学第二定律，但凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故C错；改变内能的方式有做功与热传递，两者效果相同，但本质不同，故D正确.答案:D4.如下图，一绝热的内壁光滑的厚壁容器内装有一个大气压的空气

19、，它的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根打气针；另一端有一可移动的胶塞用卡子卡住.用打气筒慢慢向容器内打气，当容器内空气的压强增大到一定程度时停止打气，读出灵敏温度计的示数，那么以下说法中可能正确的选项是()A.翻开卡子，胶塞向右移动，气体压强减小，温度计示数不变B.翻开卡子，胶塞向右移动，气体压强不变，温度计示数减小C.翻开卡子，胶塞向右移动，气体压强减小，温度计示数减小D.翻开卡子，胶塞向右移动，气体压强不变，温度计示数增大解析:打气后，容器内气体压强大于外界大气压强，翻开卡子后，胶塞向右移动，移动过程容器内压强减小，直到与外界大气压强相等为止，因为绝热，没有热传递.气体对外做功，内能减

20、少，因此温度下降.答案:C5.如下图，一带活塞的汽缸内盛有气体，缸外为恒温环境，汽缸是导热的.现将活塞向外移动一段距离，在此过程中气体吸热，对外做功，此功用W1表示.然后设法将汽缸及活塞绝热，推动活塞压缩气体，此过程中外界对气体做功用W2表示，那么A.有可能使气体回到原来状态，且W1W2B.有可能使气体回到原来状态，且W1=W2C.有可能使 气体回到原来状态，且W1W2D.上面A、B、C三种说法都不可能实现解析：由于汽缸及活塞绝热，所以外界对于气体做功，气体内能必然增大，温度升高，即不可能回到原来状态.D正确.答案：D6.如下图，质量不计的活塞把一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形气缸

21、中，活塞上堆放细砂，活塞处于静止状态.现在对气体缓慢加热，同时不断取走细砂，使活塞缓慢上升，直到细砂全部取走，那么在此过程中()A.气体压强增大，内能可能不变B.气体温度可能不变，气体对外做功C.气体的体积增大，压强减小，对外不做功D.气体对外做功，内能一定增加解析:对气体缓慢加热，使活塞缓慢上升过程中，由于不断取走细砂，气体压强减小，气体对外做功，气体吸收热量.假设吸收热量大于气体对外做功那么内能增加，气体温度升高，假设吸收热量小于气体对外做功那么内能减小，气体温度降低.B正确.答案:B7.如下图，一气缸竖直倒放，气缸内有一质量不可忽略的活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩

22、擦，气体处于平衡状态，现保持温度不变把气缸稍微倾斜一点，在到达平衡后与原来相比，那么()A.气体的压强变大B.气体的压强变小C.气体的体积变大D.气体的体积变小解析:以活塞为研究对象，设其质量为M，横截面积为S.到达平衡时，活塞受力平衡，当气缸竖直倒放时，缸内气体压强p1可由下式求得：p1S+Mg=p00为外界大气压强，由此可得p1=p0-Mg/S；同理可知，当气缸倾斜一点，缸壁与水平方向夹角为时，缸内气体压强p2可由下式求得:p2S+Mgsin=p0S，由此可得p2=p0-Mgsin/S,必有p1p2.根据气体压强与体积的关系可知，气缸稍微倾斜一点后，由于缸内气体压强变大，所以缸内气体体积变

23、小.正确选项为A、D.答案:AD8.如下图，柱形容器内封有一定质量的空气，光滑活塞C质量为m与容器用良好的隔热材料制成的.另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由 下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止.在这一过程中，空气内能的改变量U、外界对空气所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系是()A.Mgh+mgh=U+WB.U=W,W=Mgh+mghC.U=W,WMgh+mghD.UW,W=Mgh+mgh解析:因活塞和容器用良好的隔热材料制成，容器内的空气与外界无热交换，Q=0，所以U=W；但由于物体和活塞做完全非弹性碰撞即碰后不分开时损失一局部机械能，因此有：WMgh+mgh，故此题选C

24、.这里，虽然WMgh+mgh，但仍遵守能的转化和守恒定律，只不过减少的机械能不是全部转化为空气的内能，而是有一局部在碰撞时转化为活塞和物体的内能了，能的总量并未减少.答案:C9.1注意观察的同学会发现，用来制冷的空调室内机通常持在高处，而用来取暖的暖气片却装在较低处，这是由于利用热空气密度较小而冷空气密度较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？2将一氢气球放飞，随着气球高度的不断增大，假设高空气压不断降低，气球的体积也不断增大，而温度根本不变，请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的？解析:1根据盖吕萨克定律可知，对于质量一定的气体，在压强一定的情况下，温度越高，体积越

25、大，故密度越小.2气体要不断从外界吸热，将吸取的能量用来不断对外做功.10.如下图，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C.状态A的温度为480 K.求：1气体在状态C时的温度；2试分析从状态A变化到状态B的整个过程中，气体是从外界吸收热量还是放出热量.解析:1A、C两状态体积相等，那么有得TC=K=160K.(2)由理想气体状态方程得得TB=TA=K=480K由此可知A、B两状态温度相同，故A、B两状态内能相等.答案:1160K 2既不能吸收也不放出11.如下图，在竖直放置圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一局部气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S，开始

26、时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0.现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡，问：1外界空气的温度是多少？2在此过程中密闭气体的内能增加了多少？解析:1取密闭气体为研究对象，活塞上升过程中等压变化，由盖吕萨克定律得外界温度T=2取活塞为研究对象，设活塞对密闭气体做功为W，由动能定理得-W-mgd-p0Sd=0根据热力学第一定律W+Q=U联立上面两式得密闭气体增加的内能U=Q-mgd-p0Sd.答案:1T0 (2)Q-mgd-p0Sd12.0.3 cm105 Pa，温度为20 ，要使高压锅内的温度到达120 ，那么限压阀的质量应为多少？g取10 m/s2解析:选锅内气体为研究对象，那么初状态：T1=293K,p1105Pa末状态：T2=393K由查理定律得p2=105 Pa对限压阀受力分析可得mg=p2S-p1S=(p2-p1)S=(p2-p1)105105)N=N 所以m=kg.答案:kg