第十二章熱力學定律12.2能量的轉化與守恒??目標導航學問要點難易度1.熱力學第肯定律：?U=W+Q2.定性分析：依據(jù)氣體狀態(tài)圖像變化推斷做功、熱交換、內(nèi)能變化3.定量計算：氣體膨脹做正功W=p·?V★★★

★★★★★★??學問精講一、熱力學第肯定律1.焦耳試驗：(1)絕熱過程：一個系統(tǒng)在變化過程中，既不從外界吸熱，也不向外界放熱的過程，即Q=0。假如一個熱學過程的狀態(tài)變化發(fā)生極快、系統(tǒng)與外界交換的熱量很少，可以近似看成絕熱過程。(2)封閉系統(tǒng)：與外界沒有物質(zhì)交換，但有能量交換。(3)結論：絕熱系統(tǒng)中，重力對P與P’所做的功總等于水和容器組成的系統(tǒng)增加的內(nèi)能，即：?U=W同理，只有熱交換，沒有做功的過程，內(nèi)能的增加等于吸取的熱量，即：?U=Q熱功當量：1卡的熱量相當于4.2J的功。2.熱力學第肯定律：(1)內(nèi)容：一般地，在系統(tǒng)與外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的變化量?U等于外界對系統(tǒng)所做的功W與系統(tǒng)從外界吸取的熱量Q的代數(shù)和。(2)公式：?U=W+Q通常，外界對系統(tǒng)做功時取W>0，系統(tǒng)對外界做功時取W<0；系統(tǒng)從外界吸取熱量時取Q>0，系統(tǒng)向外界放出熱量時取Q<0。3.拓展理解：(1)抱負氣體指溫度不太低，壓強不太大，即忽視分子勢能的抱負模型。抱負氣體的等溫過程：內(nèi)能不變。等溫膨脹，吸熱同時對外做功；等溫壓縮，對氣體做功同時放熱。(2)等壓膨脹，對外做功W=p?V。p-V圖像與V軸所圍面積表示W(wǎng)，V增大表示氣體對外做功，V減小表示外界對氣體做功。循環(huán)過程形成閉合曲線，閉合曲線的面積，順時針表示對外做功；逆時針表示外界對氣體做功。(3)自由膨脹，即氣體向真空中膨脹，對外不做功。(4)物體的溫度上升，其內(nèi)能肯定增加；但物體內(nèi)能增加，溫度不肯定上升。例如，晶體熔化時，內(nèi)能增加，溫度不變。二、能量守恒定律1.第一類永動機不能制成：違法能量守恒這一自然界最普適的基本定律。2.能量守恒定律：大量事實證明，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消逝，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，從物體的一部分轉移到其他部分，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。3.自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。機械運動--機械能熱運動--內(nèi)能化學運動--化學能電荷運動--電能生物運動--生物能原子核內(nèi)部的運動--原子能能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程，不同形式的能量之間可以相互轉化。4.能量守恒定律的特例機械能守恒定律：能量守恒在機械能范圍內(nèi)的表現(xiàn)；熱力學第肯定律：能量守恒在熱力學范圍內(nèi)的表現(xiàn)。例1.（多選）關于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是（）A.相同質(zhì)量的兩種物體，上升相同的溫度，內(nèi)能增量肯定相同B.肯定量0℃的水結成0℃的冰，內(nèi)能肯定削減C.肯定量氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能肯定削減D.肯定量氣體吸取熱量而保持體積不變，內(nèi)能肯定削減例2.肯定質(zhì)量的抱負氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能削減了1.2×105J，則下列各式中正確的是()A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝－4×104J??考點題型題型01氣體狀態(tài)變化的定性分析例3.肯定質(zhì)量的抱負氣體，從狀態(tài)a開頭，經(jīng)受ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài)，其V－T圖像如圖所示，其中圖線ab的反向延長線過坐標原點O，圖線bc平行于T軸，圖線ca平行于V軸，則()A．a(chǎn)b過程中氣體壓強不變，氣體從外界吸熱B．bc過程中氣體體積不變，氣體不吸熱也不放熱C．ca過程中氣體溫度不變，氣體從外界吸熱D．整個變化過程中氣體的內(nèi)能先削減后增加例4.某汽車的四沖程內(nèi)燃機利用奧托循環(huán)進行工作，該循環(huán)可視為由兩個絕熱過程和兩個等容過程組成如圖所示為肯定質(zhì)量的抱負氣體所經(jīng)受的奧托循環(huán)，則該氣體（）A.在a→b的過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能B.在狀態(tài)a和c時氣體分子的平均動能可能相等C.在b→c的過程中，氣體溫度不變D.在一次循環(huán)過程中氣體吸取的熱量小于放出的熱量題型02氣體狀態(tài)變化的定量計算方法總結：1.綜合應用氣體的狀態(tài)變化3個規(guī)律：等溫，等容，等壓，同時變化。2.留意熱力學第肯定律中正負號，以氣體為衡量標準。物理量符號含義符號含義W＋外界對物體做功－物體對外界做功Q＋物體吸取熱量－物體放出熱量?U＋內(nèi)能增加－內(nèi)能削減例5.如圖甲所示，在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用橫截面積的質(zhì)量不計且光滑的活塞密封肯定質(zhì)量的氣體，活塞上靜止一質(zhì)量為m的重物。圖乙是密閉氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的圖像，密閉氣體在A點的壓強，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中吸取熱量。已知外界大氣壓強，下列說法正確的是（

）A．重物質(zhì)量B．氣體在狀態(tài)B時的體積為C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體對外界做功D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體的內(nèi)能增加例6.在一個標準大氣壓下，水在沸騰時，1g的水由液態(tài)變成同溫度的水蒸氣，其體積由1.043cm3變?yōu)?676cm3。在物理學中，單位質(zhì)量的物質(zhì)在肯定溫度下從液態(tài)變成氣態(tài)時，所吸取的熱量叫作汽化熱。已知水的汽化熱為2263.8J/g。一個標準大氣壓p＝1.013×105Pa。求1g水在沸騰汽化的過程中：(1)體積膨脹時對外界做的功W；(2)吸取的熱量Q；(3)增加的內(nèi)能ΔU。??鞏固練習~A組~1.關于內(nèi)能的變化，以下說法正確的是()A．物體吸取熱量，內(nèi)能肯定增大B．物體對外做功，內(nèi)能肯定削減C．物體吸取熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變D．物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變2．2022年5月15日，我國自主研發(fā)的“極目一號”Ⅲ型浮空艇制造了海拔9032米的大氣科學觀測世界紀錄。若在浮空艇某段上升過程中，視為抱負氣體，艇內(nèi)氣體溫度降低，體積和質(zhì)量視為不變，則艇內(nèi)氣體（）A．吸取熱量 B．壓強增大 C．內(nèi)能減小 D．對外做負功3．一池塘，從水面往下越深水溫越低，一水底的魚吐出一氣泡，氣泡在緩慢上浮的過程中（接近水面時氣泡內(nèi)的溫度高于在水底的溫度），關于氣泡內(nèi)的氣體（可看作抱負氣體），下列說法正確的是（）A．氣體的內(nèi)能減小 B．氣體對外做正功C．氣體的壓強增大 D．氣體吸取的熱量小于內(nèi)能增加量4.將裝有肯定質(zhì)量氧氣的薄鋁筒開口向下浸入20℃的水中，如圖所示，緩慢推動鋁筒，使其下降2m，鋁筒內(nèi)氧氣無泄漏，不計氣體分子間相互作用，則鋁筒在緩慢下降過程中，氧氣（）A．從外界吸熱 B．對外界做正功C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小5.如圖所示是密閉的汽缸，外力推動活塞P壓縮肯定質(zhì)量的抱負氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J，同時氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的()A．溫度上升，內(nèi)能增加600J B．溫度上升，內(nèi)能削減200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600J D．溫度降低，內(nèi)能削減200J6.（多選）肯定質(zhì)量的抱負氣體在某一過程中，從外界吸取熱量2.5×104J，氣體對外界做功1.0×104J，則下列關于抱負氣體的說法正確的是()A．氣體溫度肯定上升 B．氣體的內(nèi)能肯定削減C．氣體的壓強肯定不變 D．分子間平均距離肯定增大7.如圖所示，汽缸和活塞與外界均無熱交換，汽缸中間有一個固定的導熱性良好的隔板，封閉著兩部分氣體A和B，活塞處于靜止平衡狀態(tài)?，F(xiàn)通過電熱絲對氣體A加熱一段時間，后來活塞達到新的平衡。不計氣體分子勢能，不計活塞與汽缸壁間的摩擦，大氣壓強保持不變。下列推斷正確的是（）A．氣體A吸熱，內(nèi)能削減 B．氣體B吸熱，對外做功，內(nèi)能不變C．氣體A分子的平均動能增大 D．氣體A和氣體B內(nèi)每個分子的動能都增大8.如圖所示，密封的礦泉水瓶中，由于底部放置在加熱裝置上，距瓶底部越近，水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。輕輕擠壓礦泉水瓶，使得小瓶緩慢向底部下沉，小瓶內(nèi)氣體不斷吸熱，則在小瓶漸漸下沉的過程中，小瓶內(nèi)氣體（）A．內(nèi)能削減 B．增加的內(nèi)能大于吸取的熱量C．對外界做正功 D．溫度上升，分子的速率都增大9.（多選）氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中布滿空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空。航天員從太空返回氣閘艙時，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為抱負氣體，下列說法正確的是（）A.氣體并沒有對外做功，氣體內(nèi)能不變B.氣體溫度不變，體積增大，壓強減小C.氣體體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減小D.氣體體積變大，氣體分子單位時間對氣缸壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少10.某同學用如圖所示的噴壺對教室進行消毒。閉合閥門K，向下壓壓桿A可向瓶內(nèi)儲氣室充氣，多次充氣后按下按柄B打開閥門K，消毒液會自動經(jīng)導管從噴嘴處噴出。設充氣和噴液過程中瓶內(nèi)氣體溫度保持不變，則（）A．噴液過程中，外界對瓶內(nèi)氣體做正功B．噴液過程中，瓶內(nèi)氣體從外界吸取熱量C．充氣過程中，瓶內(nèi)氣體的分子平均動能增大D．充氣過程中，瓶內(nèi)全部氣體分子的速率均不變11.有一種在超市中常見的“強力吸盤掛鉤”如圖甲所示。圖乙、圖丙是其工作原理示意圖。使用時，按住鎖扣把吸盤緊壓在墻上（如圖乙），然后把鎖扣扳下（如圖丙），讓鎖扣以盤蓋為依托把吸盤向外拉出，使吸盤牢牢地被固定在墻壁上，若吸盤內(nèi)氣體可視為抱負氣體，且溫度始終保持不變。則此過程中（）A．吸盤內(nèi)氣體要吸取熱量 B．吸盤內(nèi)氣體分子的密度增大C．吸盤被向外拉出過程中，吸盤內(nèi)氣體不對外界做功 D．吸盤內(nèi)氣體壓強增大12.器壁透熱的汽缸放在恒溫環(huán)境中，如圖所示．汽缸內(nèi)封閉著肯定質(zhì)量的氣體，氣體分子間相互作用的分子力可以忽視不計．當緩慢推動活塞Q向左運動的過程中，有下列說法：①活塞對氣體做功，氣體的平均動能增加；②活塞對氣體做功，氣體的平均動能不變；③氣體的單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，壓強增大；④氣體的單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，壓強不變。其中正確的是()A．①③B．①④C．②③D．②④13.在爭辯大氣現(xiàn)象時可把溫度、壓強相同的一部分氣體叫做氣團，氣團可看做抱負氣體，將其作為爭辯對象。氣團直徑很大可達幾千米，其邊緣部分與外界的熱交換相對于整個氣團的內(nèi)能來說格外小，可以忽視不計。氣團從地面上升到高空后溫度可降低到－50℃，關于氣團上升過程中下列說法正確的是()A．氣團體積膨脹，對外做功，內(nèi)能增加，壓強減小B．氣團體積收縮，外界對氣團做功，內(nèi)能削減，壓強增大C．氣團體積膨脹，對外做功，內(nèi)能削減，壓強減小D．氣團體積收縮，外界對氣團做功，內(nèi)能增加，壓強不變14．（多選）如圖所示，絕熱隔板把絕熱的汽缸分成體積相等的兩部分，與汽缸壁的接觸是光滑的，兩部分中分別盛有相同質(zhì)量、相同溫度的同種抱負氣體和?，F(xiàn)通過電熱絲對氣體加熱一段時間后，、各自達到新的平衡，下列說法正確的是（）A．的溫度上升B．的體積增大，壓強變小C．加熱后的分子熱運動比的分子熱運動更激烈D．的體積減小，壓強增大15.（多選）用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有抱負氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開，氣體會自發(fā)集中至整個汽缸。待氣體達到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積.假設整個系統(tǒng)不漏氣，下列說法正確的是（）A.氣體自發(fā)集中前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)集中過程中，氣體對外界做功D.氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功16．（多選）夏天，小明同學把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時候，會覺得從輪胎里噴出的氣體涼，假如把輪胎里的氣體視為抱負氣體，則關于氣體噴出的過程，下列說法正確的是（）A．氣體的內(nèi)能不變B．氣體來不及與外界發(fā)生熱交換，對外做功，溫度降低C．氣體膨脹時，熱量散得太快，使氣體溫度降低了D．氣體分子的平均動能減小17.（多選）夏天，從湖底形成一個氣泡，在緩慢上升到湖面的過程中沒有裂開，如圖，若越接近水面，湖內(nèi)水的溫度越高，大氣壓強沒有變化，將氣泡內(nèi)氣體看作抱負氣體．則上升過程中，以下說法正確的是()A．氣泡內(nèi)氣體對外界做功 B．氣泡內(nèi)氣體分子平均動能增大C．氣泡內(nèi)氣體溫度上升導致放熱 D．氣泡內(nèi)氣體的壓強可能不變18.（多選）二氧化碳是導致“溫室效應”的主要緣由之一，目前專家們正在爭辯二氧化碳的深海處理技術．在某次試驗中，將肯定質(zhì)量的二氧化碳氣體封閉在一個可自由壓縮的導熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減為原來的一半，不計溫度的變化，二氧化碳可視為抱負氣體，則此過程中()A．封閉氣體對外界做正功B．封閉氣體向外界傳遞熱量C．封閉氣體分子的平均動能不變D．封閉氣體從外界吸取熱量19.用密封性好、布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，假設袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體()A．體積減小，內(nèi)能增大 B．體積減小，壓強減小C．對外界做負功，內(nèi)能增大 D．對外界做正功，壓強減小20.（多選）如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉肯定質(zhì)量的氣體(不考慮分子間的作用力)，用電阻絲緩慢對其加熱時，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是()A．單位時間內(nèi)氣體分子對活塞碰撞的次數(shù)削減B．電流對氣體做功，氣體對外做功，氣體內(nèi)能可能削減C．電流對氣體做功，氣體對外做功，其內(nèi)能可能不變D．電流對氣體做功肯定大于氣體對外做功21．（多選）如圖所示，絕熱的汽缸與絕熱的活塞A、B密封肯定質(zhì)量的抱負氣體后水平放置在光滑地面上，不計活塞與汽缸壁的摩擦，現(xiàn)用電熱絲給汽缸內(nèi)的氣體加熱，在加熱過程中，下列說法正確的是（）A．汽缸仍保持靜止B．活塞A、B均向左移動C．密封氣體的內(nèi)能肯定增加D．汽缸中單位時間內(nèi)作用在活塞A和活塞B上的分子個數(shù)相同22．（多選）如圖所示，A、B兩裝置均由一支一端封閉、一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進入管內(nèi)），水銀柱上升至圖示位置停止。假設這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（）A．A中水銀的內(nèi)能增量大于B中水銀的內(nèi)能增量B．A管內(nèi)水銀的重力勢能大于B管的C．B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量D．A和B中水銀體積保持不變，故內(nèi)能增量相同~B組~23.肯定質(zhì)理的抱負氣體變化圖像如圖所示，氣體從1→2→3的過程對外做的功為，從外界吸取的熱量為，氣體內(nèi)能的變化量為；氣體從1→4→3的過程對外做的功為，從外界吸取的熱量為，氣體內(nèi)能的變化量為，則它們之間的關系正確的是（）A．，， B．，，C．，， D．，，24．如圖所示，肯定質(zhì)量的抱負氣體從狀態(tài)A開頭，經(jīng)受兩個過程，先后到達狀態(tài)B和C。有關A、B和C三個狀態(tài)溫度TA、TB和TC的關系，正確的是（）A．TA＜TB，從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體的內(nèi)能不變B．TA＞TB，從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體的內(nèi)能削減C．TB＜TC，從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中，氣體的內(nèi)能增加D．TB＞TC，從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中，氣體的內(nèi)能削減25．（多選）如圖所示，足夠深的導熱容器用導熱活塞封閉定質(zhì)量的抱負氣體，活塞下方設有兩個卡口，且初態(tài)時活塞與卡口只接觸不擠壓，之后環(huán)境溫度上升至某一恒定值，活塞再次達到穩(wěn)定后在活塞上面緩慢地傾倒細沙，直到活塞重新回到卡口處。不計活塞與容器間的摩擦，則整個過程中，關于氣體的圖像及說法正確的是（??）A．圖甲為該過程氣體的圖像，氣體先吸取熱量后放出熱量B．圖乙為該過程氣體的圖像，氣體先吸取熱量后放出熱量C．圖丙為該過程氣體的圖像，氣體先放出熱量后吸取熱量D．圖丁為該過程氣體的圖像，氣體先吸取熱量后放出熱量26.（多選）如圖所示描述了肯定質(zhì)量的抱負氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ab的延長線過原點，則下列說法正確的是（）A．氣體從狀態(tài)a到b的過程，氣體體積不變B．氣體從狀態(tài)b到c的過程，肯定從外界吸取熱量C．氣體從狀態(tài)c到d的過程，外界對氣體做功D．氣體從狀態(tài)d到a的過程，氣體的內(nèi)能減小27.一氣泡從湖底上升到湖面的過程中，溫度不變，若將氣泡內(nèi)的氣體視為抱負氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對外界做0.6J的功，則此過程中氣泡________（選填“吸取”或“放出”）的熱量是________J。氣泡到達湖面后，溫度上升的過程中，又對外界做了0.1J的功，同時吸取了0.3J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了_____J。28.若只對肯定質(zhì)量的抱負氣體做1500J的功，可使其溫度上升5K．若改成只用熱傳遞的方式，使氣體溫度同樣上升5K，那么氣體吸取________J的熱量。假如對該氣體做了2000J的功，使其溫度上升了5K，表明在該過程中，氣體還________(選填“吸取”或“放出”)________J的熱量。29．如圖，導熱性能良好的汽缸固定在水平地面上，用活塞將肯定質(zhì)量抱負氣體密閉在汽缸中，活塞與汽缸間摩擦不計，大氣壓強為p0。若環(huán)境溫度緩慢降低10℃，活塞緩慢向左移動一段距離，汽缸內(nèi)氣體體積減小，則相對溫度降低前，汽缸內(nèi)氣體對單位面積汽缸壁在單位時間內(nèi)的碰撞次數(shù)___________（選填“增加”、“削減”或“不變”），汽缸內(nèi)氣體放出的熱量___________（選填“大于“、“小于“或“等于“）。30．肯定質(zhì)量的抱負氣體經(jīng)受如圖所示的A→B、B→C、C→A三個變化過程，則C→A過程中氣體分子平均動能________（選填“增大”或“減小”），A→B過程中________（選填“外界對氣體”或“氣體對外界”）做功，B→C（圖中為雙曲線）過程中氣體的內(nèi)能________（選填“增大”“減小”或“不變”）。31.如圖所示，一個質(zhì)量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5kg，面積為0.1m2，處于靜止狀態(tài)時被封閉氣體的高度為50cm，現(xiàn)在活塞上方加一15kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0cm，求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加了多少？(p0＝1.01×105Pa，g取10m/s2)32．肯定質(zhì)量的抱負氣體緩慢地經(jīng)過一個逆時針循環(huán)過程，在圖中這一循環(huán)過程是一個橢圓，點為該橢圓中心，如圖所示。試求：（1）此氣體若處在與橢圓中心點所對應的狀態(tài)時，其溫度為，那