2023年高考物理第八章第二课时热力学定律气体练习.docx

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:ΔU=Q+W 说明:①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. ②对公式ΔU=Q+W符号的规定 外界对系统做功,W>0,即W为正值; 系统对外界做功,也就是外界对系统做负功,W<0,即W为负值; 外界对系统传递热量,也就是系统从外界吸收热量,Q>0,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,Q<0,即为负值; 系统内能增加,ΔU>0,即ΔU为正值; 系统内能减少,ΔU<0,即ΔU为负值. 活学活用 1.以下表达正确的选项是() ①理想气体膨胀对外做功，物体的内能一定减小 ②物体吸收热量，同时对外做功，物体的内能可能不变 ③物体放出热量，同时对外做功，物体的内能可能不变 ④热量总从内能大的物体传递到内能较小的物体 ⑤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.②③④B.②⑤ C.②④⑤D.①②③ 答案:B 2.如以下图，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ΔE，那么( ) A.ΔE=Q B.ΔE<Q C.ΔE>Q D.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：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： ①高温物体低温物体. ②功热. ③气体体积V1气体体积V2〔较大〕. ④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 ①两种意义：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. ②两种温标 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),ΔT=Δt. 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 ①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. ②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；宏观上决定于气体的温度T、体积V. ③单位换算：1 atm=760 mmHg=1.013×105 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 〔1〕ΔU为内能变化量，ΔU=U末-U初，ΔU>0，内能增加；ΔU<0，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. ΔU、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6×105 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=-6×105 J. 由热力学第一定律得：ΔU=W+Q=〔-6×105×105×105 J Δ×105 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ΔU=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、O16〕〔〕 A.p(H2)＞p(O2)＞p(N2) B.p(O2)＞p(N2)＞p(H2) C.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(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：D 2.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.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：C 3.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匀，显然此题的正确选项应为B. 答案：B 4.1986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.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：ABD 5.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.