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选修3-3 第3讲热力学定律、能量守恒

选修3-3 第3讲热力学定律、能量守恒
选修3-3 第3讲热力学定律、能量守恒

选修3-3第3讲

一、选择题:在每小题给出的四个选项中,第1~4题只有一项符合题目要求,第5题有多项符合题目要求.

1.一定质量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104 J的功,气体的内能减少了1.2×105 J,则下列各式中正确的是()

A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J

B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J

C.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×104 J

D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J

【答案】B【解析】因为外界对气体做功,W取正值,即W=8×104 J;内能减少,ΔU 取负值,即ΔU=-1.2×105J;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J,即选项B正确.

2.如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的下部封闭着理想气体,上部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的顶部,另一端固定在活塞上,弹簧处于自然长度后用绳扎紧,此时活塞的重力势能为E p(活塞在底部时的重力势能为零).现绳突然断开,活塞在重力的作用下向下运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程()

A.E p全部转换为气体的内能

B.E p一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能

C.E p一部分转换成弹簧的弹性势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为活塞的重力势能

D.E p全部转换成弹簧的弹性势能和气体的内能

【答案】C【解析】分析题意得,最后静止时,活塞的位置有所下降,即重力势能减少,但是不为零,所以选项A错误.根据能量守恒,减少的重力势能转化为两部分:增加弹性势能、增加气体内能,所以选项B、D错误,选项C正确.

3.在图中容器A,B中各有一个可自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压强恒定,A,B的底部由带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热.原先A中的水比B中的高,打开阀门,使A中的水逐渐向B中流,最后达到平衡.在这个过程中()

A.大气压力对水做功,水的内能增加

B.水克服大气压力做功,水的内能减少

C.大气压力不做功,水的内能不变

D.大气压力不做功,水的内能增加

【答案】D【解析】大气压力在两活塞上做的正、负功恰好抵消,水的重力势能最后全部转化为水的内能,选项D正确.

4.如图所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出

热量到箱体外.下列说法正确的是()

A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为其消耗了电能

C.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律

【答案】B【解析】由热力学第二定律可知,热量不能自发地由低温物体传给高温物

体,除非有外界的影响或帮助.电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机工

作并消耗电能.

5.某体育馆内有一恒温游泳池,水温等于室温,现有一个气泡从水池底部缓缓上升.那

么在上升过程中,泡内气体(可视为理想气体)()

A.分子间的平均距离增大B.分子平均动能减小

C.不断吸热D.压强不断减小

【答案】ACD【解析】气泡处在恒温的水池中,可认为温度不变,故平均动能不变,

选项B错.气泡从水池底部缓缓上升的过程中,其压强在不断减小,由气体压强的微观解

释可知,体积必在增大,对外做功,而温度不变,对理想气体而言,其内能不变,由热力学

第一定律知,气体必不断从外部环境中吸热,故选项A、C、D正确.

二、非选择题

6.如图所示,A,B两个气缸中装有体积均为10 L,压强均为1 atm(标准大气压)、温

度均为27 ℃的空气,中间用细管连接,细管容积不计.细管中有一绝热活塞,现将B 气缸中的气体升温到127 ℃,若要使细管中的活塞仍停在原位置.(不计摩擦,A 气缸中的气体温度保持不变,A 气缸截面积为500 cm 2

)

(1)求A 中活塞应向右移动的距离;

(2)A 中气体是吸热还是放热,为什么?

解:(1)对B :由p B T B =p B ′T B ′

得 p ′B =T B ′T B p B =400300p B =43

p B 对A :由p A V A =p ′A V ′A

得V ′A =p A V A p A ′

且:p A =p B ,p ′A =p ′B

解得V ′A =34

V A 所以Δl =14V A S

=5 cm. (2)放热,在向右推活塞过程中,A 中气体温度不变,气体内能不变;体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律ΔU =W +Q 可知气体应放热.

2.2热力学第一定律对理想气体的应用

§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 2.2.1、等容过程 气体等容变化时,有=T P 恒量,而且外界对气体做功0=?-=V p W 。根据 热力学第一定律有△E=Q 。在等容过程中,气体吸收的热量全部用于增加内能,温度升高;反之,气体放出的热量是以减小内能为代价的,温度降低。 p V i T C n E Q V ???= ??=?=2 式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(。 2.2.1、等压过程 气体在等压过程中,有=T V 恒量,如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自 由移动。 根据热力学第一定律可知:气体等压膨胀时,从外界吸收的热量Q ,一部分用来增加内能,温度升高,另一部分用于对外作功;气体等压压缩时,外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能,都转化为向外放出的热量。且有 T nR V p W ?-=?-= T nC Q p ?= V p i T nC E v ??=?=?2 定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=。该式表明:1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J ,这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故。 2.2.3、等温过程 气体在等温过程中,有pV =恒量。例如,气体在恒温装置内或者与大热源想

接触时所发生的变化。 理想气体的内能只与温度有关,所以理想气体在等温过程中内能不变,即△E =0,因此有Q=-W 。即气体作等温膨胀,压强减小,吸收的热量完全用来对外界做功;气体作等温压缩,压强增大,外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量。 2.2.4、绝热过程 气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程,即Q=0。例如用隔热良好的材料把容器包起来,或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换,这些都可视作绝热过程。 理想气体发生绝热变化时,p 、V 、T 三量会同时发生变化,仍遵循=T pV 恒 量。根据热力学第一定律,因Q=0,有 )(21122V p V p i T nC E W v -=?=?= 这表明气体被绝热压缩时,外界所作的功全部用来增加气体内能,体积变小、温度升高、压强增大;气体绝热膨胀时,气体对外做功是以减小内能为代价的,此时体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。 例:0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃。若在升温过程中,①体积保持不变,②压强保持不变;③不与外界交换热量。试分别求出气体内能的增量,吸收的热量,外界对气体做的功。 气体的内能是个状态量,且仅是温度的函数。在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为: J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?

第二章-热力学第一定律--题加答案

第二章热力学第一定律 1. 始态为25 °C,200 kPa的5 mol某理想气体,经途径a,b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到-28.47 °C,100 kPa,步骤的功;再恒容加热到压力 200 kPa的末态,步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。(天大2.5题) 解:先确定系统的始、末态 对于途径b,其功为 根据热力学第一定律 2. 2 mol某理想气体,。由始态100 kPa,50 dm3,先恒容加热使压力增大到200 dm3,再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的。(天大2.10 题) 解:过程图示如下 由于,则,对有理想气体和只是温度的函数 该途径只涉及恒容和恒压过程,因此计算功是方便的

根据热力学第一定律 3. 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5 mol,摩尔分数,始态温 度,压力。今该混合气体绝热反抗恒外压膨胀到平 衡态。求末态温度及过程的。(天大2.18题) 解:过程图示如下 分析:因为是绝热过程,过程热力学能的变化等于系统与环境间以功的形势所交换的能量。因此, 单原子分子,双原子分子 由于对理想气体U和H均只是温度的函数,所以 4. 1.00mol(单原子分子)理想气体,由10.1kPa、300K按下列两种不同的途 径压缩到25.3kPa、300K,试计算并比较两途径的Q、W、ΔU及ΔH。

(1)等压冷却,然后经过等容加热; (2)等容加热,然后经过等压冷却。 解:C p,m=2.5R, C V,m=1.5R (1) 10.1kPa、300K 10.1kPa、119.8 25.3kPa、300K 0.2470dm30.09858 dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×2.5R×(119.8-300)+ 1.00×1.5R×(300-119.8) =-3745+2247=-1499(J) W=W1+W2=-10.1×103×(0.09858-0.2470)+0=1499(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 (2) 10.1kPa、300K 25.3kPa、751.6 25.3kPa、300K 0.2470dm30.2470dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×1.5R×(751.6-300)+ 1.00×2.5R×(300-751.6) =5632-9387=-3755(J) W=W1+W2=0-25.3×103×(0.09858-0.2470) =3755(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 计算结果表明,Q、W与途径有关,而ΔU、ΔH与途径无关。 5. 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。隔板靠活塞一侧为2 mol,0 °C的单原子理想气体A,压力与恒定的环境压力相等;隔板的另一侧为6 mol,100 °C的双原子理想气体B,其体积恒定。今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板,求系统达平衡时的T 及过程的。 解:过程图示如下 显然,在过程中A为恒压,而B为恒容,因此

3.热力学第一定律

能量守恒定律 自然界的能量既不能创生 也不会消灭..自然界的能量既不能创生,,也不会消灭 在热机中,驱动机械运转做功,这一能量来自于从燃料中吸收的热量, 因此永动机是不能制造出来的。 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学体系的体现。

热力学系统热力学系统的内能的内能的内能U U (Internal Energy Internal Energy)) 一般包含如下能量: 一般包含如下能量:分子内:平动运动的能量 转动运动的能量 振动运动的能量 电子运动的能量; 核运动的能量; 分子间分子间: : : 分子间作用 分子间作用势能。……

封闭体系与环境之间的能量交换形式只有热与功两种,故有: ?U=Q + + W W dU =δQ + δW 上式即为热力学第一定律的数学表达式。 其物理意义是: 自然界的能量是恒定的,若体系的内能发生了变化(?U),变化量必定等于体系与环境之间能量交换量(Q、W)的总和。

习题 热力学第一定律对于孤立体系的数学形式是怎样的?热力学第一定律的公式对于生命体系成立么?为什么?

dU = δQ + δW = δQ + δW f -p 外dV 恒容、无有用功时 dU = δQ V ?U =Q V dU = δQ + δW f -p 外dV = δQ -pdV d(U+pV)=δQ 恒压、无有用功时 定义: 焓(enthalpy )函数 H H =U +pV dH = δQ p ?H =Q p 热力学第一定律热力学第一定律------焓 焓

习题 某一化学反应若在恒温恒压下(298.15K)进行,放热40000J,若使该反应恒温恒压通过可逆电池来完成,则吸热4000J。计算该反应的焓变;

物化试卷 理想气体与热力学第一定律

第二小组测试卷一 2012—2013学年第一学期 一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 物质临界点的性质与什么有关?------------------ -----------( ) A. 与外界温度有关 B. 与外界压力有关 C. 是物质本身的特性 D. 与外界物质有关 2. 下列说法错误的是------------------------------------------------( ) A . 压力是宏观量 B . 压力是体系微观粒子相互碰撞时动量改变量的量度 C . 压力是体系微观粒子碰撞器壁时动量改变量的量度 D . 压力是体系微观粒子一种运动行为的统计平均值 3. 范德华气体方程式中的常数a 与b 应取何值?-------------( ) A. 都大于零 B. 都小于零 C. a 大于零,b 小于零 D. a 小于零,b 大于零 4. 理想气体的分子运动论公式为 PV=3 1Nmu2 式中,u 是-( ) A. 分子平均运动速率 B. 最可几速率 C. 分子运动最大速率 D. 根均方速率 5.成年人每次呼吸大约为500ml 空气,若其压力为100kPa ,温度为20℃,则 其中有多少氧分子? --------------------------------------------( ) A . 4.305×103 mol B . 0.0205mol C . 22.32mol D . 4.69mol 6. 在同一温度下,同一气体物质的摩尔定压热容C p ,m 与摩尔定容热容C V ,m 之间的关系为-----------------------------------------------------( )。 考试科目 物理化学(上) 考试成绩 试卷类型 考试形式 闭卷 考试对象 11化本 学院—化学与材料工程--- 班级---- 06化本----- 姓名------------------------------------- 学号-------------------------------------

第3讲热力学定律与能量守恒

第3讲热力学定律与能量守恒 考点一热力学第一定律的理解及应用 1.热力学第一定律的理解 不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。 2.对公式ΔU=Q+W符号的规定 符号W Q ΔU +外界对物体做功物体吸收热量内能增加 -物体对外界做功物体放出热量内能减少 三种特殊的状态变化过程 (1)如图所示的绝热过程:有Q=0,则W=ΔU,外界对系统做的功等于系统内能的增加。 (2)不做功过程:即W=0,则Q=ΔU,系统吸收的热量等于系统内能的增加。 (3)内能不变过程:即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对系统做的功等于系统放出的热量。 [思维诊断] (1)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变。() (2)绝热过程中,外界压缩气体,对气体做功,气体的内能可能减少。() (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,能量并没有消失。() (4)热传递和做功的实质不相同。() 答案:(1)√(2)×(3)√(4)√ [题组训练] 1.[热力学第一定律与热学知识的组合](多选)下列说法中正确的是() A.尽管技术不断进步,但热机的效率仍不能达到100%,而制冷机却可以使温度降到

热力学零度 B.雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的 C.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 D.空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气压强的比值E.悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间撞击它的液体分子数越多,布朗运动越不明显 解析:热力学零度只能接近而不能达到,A错误;雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的,B正确;由热力学第一定律ΔU=Q+W知,温度每升高1 K,内能增加,但既可能是吸收热量,也可能是对气体做功使气体的内能增加,C正确;空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值,故D错误;微粒越大,某一瞬间撞击它的分子数越多,受力越容易平衡,布朗运动越不显著,E正确。 答案:BCE 2.[应用热力学第一定律定量计算] 如图所示,一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c时,吸收了340 J的热量,并对外做功120 J。若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时,对外做功40 J,则这一过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量。 解析:一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c,吸收了340 J的热量,并对外做功120 J,由热力学第一定律有ΔU=Q1+W1=340 J-120 J=220 J,即从状态a到状态c,理想气体的内能增加了220 J;若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时,对外做功40 J,此过程理想气体的内能增加还是220 J,所以可以判定此过程是吸收热量,由热力学第一定律有ΔU=Q2+W2,得Q2=ΔU-W2=220 J+40 J =260 J 答案:吸热260 J 3.[热力学第一定律与气体实验定律的综合应用]一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程,该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。求:

第一章 热力学第一定律及应用练习题.

第一章 热力学第一定律及应用练习题 一、 填空:(填<、>或=) 1、理想气体的自由膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 2、理想气体的等压膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0;△H △U ; 3、理想气体的等容升压:△U 0;△H 0;Q 0;W 0;△H △U ; 4、理想气体的等温压缩:△U 0;△H 0;Q 0;W 0;Q W ; 5、理想气体的节流膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 6、理想气体绝热抗恒外压膨胀:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 7、实际气体的绝热自由膨胀:△U 0; Q 0;W 0;△T 0; 8、实际气体的恒温自由膨胀:△U 0; Q 0;W 0;△U Q ; 9、实际气体的节流膨胀:△H 0; Q 0; 10、实际气体经循环过程恢复原状:△U 0;△H 0; 11、0℃、P 压力下冰融化为水:△U 0;△H 0;Q 0;W 0; 12、水蒸气通过蒸气机对外作功后恢复原状: △U 0;△H 0;Q 0;W 0;Q W ; 13、100℃、P 压力下的H 2O (l )向真空蒸发成同温同压下的蒸气: △U 0;△H 0;Q 0;W 0;△U Q ; 14、H 2(g )和O 2(g )在一绝热恒容反应器中剧烈反应生成水: △U 0; Q 0;W 0; 15、对于理想气体:V T U ??? ???? 0;P T U ??? ???? 0;T V U ??? ???? 0; T P U ??? ???? 0;V T H ??? ???? 0;P T H ??? ???? 0;T V H ??? ???? 0;

T P H ??? ???? 0;V T U ??? ???? P T U ??? ????;V T H ??? ???? P T H ??? ????; 二、单项选择题: 1.热力学第一定律的数学表达式△U =Q —W 只能适用于 (A)理想气体 ; (B)封闭物系; (C)孤立物系 ; (D)敞开物系 2、1mol 单原子理想气体,在300K 时绝热压缩到500K ,则其焓变△H 约为 (A )4157J ;(B )596J ;(C )1255J ;(D )994J 3、同一温度下,同一气体物质的等压摩尔热容Cp 与等容摩尔热容C V 之间 存在 (A )CpC V ;(C )Cp=C V ;(D )难以比较 4、对于任何循环过程,物系经历了i 步变化,则根据热力学第一定律应 该是 (A )∑i Q =0 ; (B )∑i W =0 ; (C )∑∑-][i i W Q >0 ; (D )∑∑-][i i W Q =0 ; 5、对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的? (A )0=??? ????V T U ; (B )0=??? ????T V U ; (C )0=??? ????T P H ; (D )0=??? ????T P U 6、3mol 单原子理想气体,从初态T 1=300 K ,P 1=1atm 反抗恒定的外压0.5atm 作不可逆膨胀至终态T 2=300K .P 2=0.5atm 。对于这个过程的Q 、W 、 △U 、△H 的值下列正确的是 (A )Q=W=0;(B )△U=△H=0;(C )Q=△U=0;(D )Q=△H=0 7、实际气体的节流膨胀过程中,哪一组的描述是正确的? ’· i (A )Q=0,△H=0,△P<0; (B )Q=0,△H<0,△P>0;

选修33热力学第一定律教案

第3节热力学第一定律 目标导航 1?知道热力学第一定律的内容及其表达式 2?理解能量守恒定律的内容 3?了解第一类永动机不可能制成的原因 诱思导学 1.热力学第一定律 (1).一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做 热力学第一定律。 其数学表达式为:AUnW+Q (2).与热力学第一定律相匹配的符号法则 能量的转化或转移,同时也进一步揭示了能量守恒定律。 (4)应用热力学第一定律解题的一般步骤: ①根据符号法则写出各已知量( W、Q、AU)的正、负; ②根据方程AJ=W+Q求出未知量; ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。 2.能量守恒定律 ⑴.自然界存在着多种不同形式的运动,每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能; 分子热运动对应内能;电磁运动对应电磁能。 ⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能;炽热电灯发光可以将电能转化为光能。 ⑶.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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 (6).能量守恒定律的重要意义 第一,能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律,学习这个定律,不能满足一 般理解其内容,更重要的是,从能量形式的多样化及其相互联系,互相转化的事实岀发去认识物质世界的多样性及其普遍联系,并切实树立能量既不会凭空产生,也不会凭空消失的观点,作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二,宣告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式,而不可能无中生有地创造能量,即第一类永动机是不可能制造出来的。 典例探究 例1.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8X104J的功,气体的内能减少了 1.2和5J,则下列 各式中正确的是() 4 5 4 A.W=8X 104J,AJ =1.2 XO5J,Q=4X104J 4 5 5

热力学第一定律习题及答案

热力学第一定律习题 一、单选题 1) 如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有:( ) A. W =0,Q <0,?U <0 B. W <0,Q <0,?U >0 C. W <0,Q <0,?U >0 D. W <0,Q =0,?U >0 ?2) 如图,用隔板将刚性绝热壁容器分成两半,两边充入压力不等的空气(视为理想气体),已知p右> p左,将隔板抽去后: ( ) A. Q=0, W =0, ?U =0 B. Q=0, W <0, ?U >0 C. Q >0, W <0, ?U >0 D. ?U =0, Q=W??0 ?3)对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的:( ) A. (?U/?T)V=0 B. (?U/?V)T=0 C. (?H/?p)T=0 D. (?U/?p)T=0 ?4)凡是在孤立孤体系中进行的变化,其?U 和?H 的值一定是:( ) A. ?U >0, ?H >0 B. ?U =0, ?H=0 C. ?U <0, ?H <0 D. ?U =0,?H 大于、小于或等于零不能确定。 ?5)在实际气体的节流膨胀过程中,哪一组描述是正确的: ( ) A. Q >0, ?H=0, ?p < 0 B. Q=0, ?H <0, ?p >0 C. Q=0, ?H =0, ?p <0 D. Q <0, ?H =0, ?p <0 ?6)如图,叙述不正确的是:( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.?H1表示无限稀释积分溶解热 C.?H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 ?7)?H=Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPa B.在0℃、101325Pa下,冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa ) ?8) 一定量的理想气体,从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态,终态体积分别为V1、V2。( ) A. V1 < V2 B. V1 = V2 C. V1 > V2 D. 无法确定 ?9) 某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行,体系温度由T1升高到T2,则此过程的焓变?H:( ) A.小于零 B.大于零 C.等于零 D.不能确定 ?10) 对于独立粒子体系,d U=?n i d? i+?? i d n i,式中的第一项物理意义是: ( ) A. 热 B. 功 C. 能级变化 D. 无确定意义 ?11) 下述说法中哪一个正确:( ) A.热是体系中微观粒子平均平动能的量度 B.温度是体系所储存能量的量度 C.温度是体系中微观粒子平均能量的量度 D.温度是体系中微观粒子平均平动能的量度 ?12) 下图为某气体的p-V图。图中A→B为恒温可逆变化,A→C为绝热可逆变化,A→D 为多方不可逆变化。B, C, D态的体积相等。问下述个关系中哪一个错误?( ) A. T B > T C B. T C > T D C. T B > T D D. T D > T C ?13) 理想气体在恒定外压p?下从10dm3膨胀到16dm3, 同时吸热126J。计算此气体的??U。( ) A. -284J B. 842J C. -482J D. 482J ?14) 在体系温度恒定的变化过程中,体系与环境之间:( ) A.一定产生热交换 B.一定不产生热交换 C.不一定产生热交换 D. 温度恒定与热交换无关

第3讲 热力学定律与能量守恒定律

第3讲热力学定律与能量守恒定律 知识要点 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功;(2)热传递。 2.热力学第一定律 (1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 (2)表达式:ΔU=Q+W。 (3)ΔU=Q+W中正、负号法则: 物理量 意义 W Q ΔU 符号 +外界对物体做功物体吸收热量内能增加 -物体对外界做功物体放出热量内能减少 1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。 2.用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小。 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。 三、能量守恒定律 1.内容

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另一种形式,或者是从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。 2.条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律,某一种形式的能是否守恒是有条件的。 3.第一类永动机是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。 基础诊断 1.(多选)下列说法正确的是() A.外界压缩气体做功20 J,气体的内能可能不变 B.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递 C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能源危机 E.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,其分子之间的势能增加 答案ABE 2.(多选)下列说法正确的是() A.分子间距离增大时,分子间的引力减小,斥力增大 B.当分子间的作用力表现为斥力时,随分子间距离的减小分子势能增大 C.一定质量的理想气体发生等温膨胀,一定从外界吸收热量 D.一定质量的理想气体发生等压膨胀,一定向外界放出热量 E.熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度 解析分子间距离增大时,分子间的引力、斥力都减小,A错误;当分子间的作用力表现为斥力时,随分子间距离的减小,斥力做负功,分子势能增大,B正确;等温膨胀,温度不变,气体内能不变,体积增大,对外做功,要保持内能不变,所以需要从外界吸收热量,C正确;等压膨胀,压强不变,体积增大,根据公式 pV =C可得温度升高,内能增大,需要吸收热量,故D错误;熵的物理意义反T 映了宏观过程对应的微观状态的多少,标志着宏观状态的无序程度,即熵是物体内分子运动无序程度的量度,E正确。

热力学第一定律与能量守恒定律

热力学第一定律与能量守恒定律 1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.此定律是标量式,应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳. 2.三种特殊情况 (1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加; (2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加; (3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量. 例1关于气体的内能,下列说法正确的是() A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同 B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大 C.气体被压缩时,内能可能不变 D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加 答案CDE 解析质量和温度都相同的气体,虽然分子平均动能相同,但是不同的气体,其摩尔质量不同,即分子个数不同,所以分子总动能不一定相同,A错误;宏观运动和微观运动没有关系, 所以宏观运动速度大,内能不一定大,B错误;根据pV T=C可知,如果等温压缩,则内能不 变;等压膨胀,温度增大,内能一定增大,C、E正确;理想气体的分子势能为零,所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关,而分子平均动能和温度有关,D正确.练习题 1.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是() A.保持气体的压强不变,改变其体积,可以实现其内能不变 B.保持气体的压强不变,改变其温度,可以实现其内能不变 C.若气体的温度逐渐升高,则其压强可以保持不变 D.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E.当气体体积逐渐增大时,气体的内能一定减小 答案CD

高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒

高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒 (含标准答案及解析) 时间:45分钟分值:100分 1.下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是() A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律 B.能量耗散过程中能量不守恒 C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 2.根据热力学第二定律,下列说法中正确的是() A.热量能够从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体 B.热量能够从高温物体传到低温物体,也可能从低温物体传到高温物体 C.机械能可以全部转化为内能,但内能不可能全部转化为机械能 D.机械能可以全部转化为内能,内能也可能全部转化为机械能 3.关于一定量的气体,下列叙述正确的是() A.气体吸收的热量可以完全转化为功 B.气体体积增大时,其内能一定减少 C.气体从外界吸收热量,其内能一定增加 D.外界对气体做功,气体内能可能减少 4.(2013·东北三校二模)一个气泡从湖底缓慢上升到湖面,在上升的过程中温度逐渐升高,气泡内气体可视为理想气体,在此过程中,关于气泡内气体下列说法正确的是() A.气体分子平均动能变小 B.气体吸收热量 C.气体对外做功 D.气体内能增加 5.(2012·高考广东卷)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃,对筒内封闭的气体,在此压缩过程中() A.气体温度升高,压强不变 B.气体温度升高,压强变大 C.气体对外界做正功,气体内能增加 D.外界对气体做正功,气体内能减少 6.(2011·高考重庆卷)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成.开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体() A.对外做正功,分子的平均动能减小 B.对外做正功,内能增大 C.对外做负功,分子的平均动能增大 D.对外做负功,内能减小

第二章热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确,并简述判断的依据 (1)状态给定后,状态函数就有定值,状态函数固定后,状态也就固定了。 答:是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 (2)状态改变后,状态函数一定都改变。 答:是错的。因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不是所有的状态函数都得 变。 (3)因为ΔU=Q V ,ΔH=Q p ,所以Q V ,Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗? 答:是错的。?U ,?H 本身不是状态函数,仅是状态函数的变量,只有在特定条件下与Q V ,Q p 的数值相等,所以Q V ,Q p 不是状态函数。 (4)根据热力学第一定律,因为能量不会无中生有,所以一个系统如要对外做功,必须从 外界吸收热量。 答:是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+,它不仅说明热力学能(ΔU )、热(Q )和 功(W )之间可以转化,有表述了它们转化是的定量关系,即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热,也可转化为热力学能系。 (5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,是液体的温度上升,这时ΔH=Q p =0 答:是错的。这虽然是一个等压过程,而此过程存在机械功,即W f ≠0,所以ΔH≠Q p 。 (6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q 1,焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相 同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态形同,这时热效应为Q 2,焓变为ΔH 2,则ΔH 1=ΔH 2。 答:是对的。Q 是非状态函数,由于经过的途径不同,则Q 值不同,焓(H )是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题,并说明原因 (1)可逆热机的效率最高,在其它条件相同的前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火 车的速度加快? 答?不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。

高中物理考试热力学定律与能量守恒定律

选修3-3 第3讲 一、选择题 1.有关“温度”的概念,下列说法中正确的是( ) A.温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B.温度是分子平均动能的标志 C.一定质量的某种物质,内能增加,温度一定升高 D.温度较高的物体,每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大 [答案] B [解析] 温度是分子平均动能的标志,但不能反映每个分子的运动情况,所以A、D错误,由ΔU=Q+W可知C错,故选项B正确. 2.第二类永动机不可能制成,这是因为( ) A.违背了能量守恒定律 B.热量总是从高温物体传递到低温物体 C.机械能不能全部转变为内能 D.内能不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化 [答案] D [解析] 第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律,但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律,所以不可能制成,选项D正确. 3.(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面.在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体( ) A.从外界吸热B.对外界做负功 C.分子平均动能减小D.内能增加 [答案] A [解析] 该题考查了热力学定律,由于车胎内温度保持不变,故分子的平均动能不变,内能不变,放水过程中体积增大对外做功,由热力学第一定律可知,胎内气体吸热.A选项正确. 4.如图所示,两相同的容器装同体积的水和水银,A、B两球完全 相同,分别浸没在水和水银的同一深度,A、B两球用同一种特殊的材料 制成,当温度稍升高时,球的体积会明显变大.如果开始时水和水银的 温度相同,且两液体同时缓慢地升高同一值,两球膨胀后,体积相等, 则( ) A.A球吸收的热量较多 B.B球吸收的热量较多

第二章 热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中,接上电源,通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统,试问ΔU,Q,W为正为负还是为零? (1)以电炉丝为系统; (2)以电炉丝和水为系统; (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去以后,以空气为系统时,ΔU,Q,W为正为负还是为零?(2)如右方小室亦有空气,不过压力较左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,ΔU,Q,W为正为负还是为零? 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功,内能增加了200J,试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中,对环境做了10 540J的功,同时吸收了27 110J的热,试问系统的内能变化为若干? [答案:(1) 吸收40J;(2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会,每个人平均每小时向周围散发出4.2xl05J的热量,如果以礼堂中的空气和椅子等为系统,则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统,则其ΔU=? [答案:1.3×l08J;0] 3一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时,这时蓄电池的内能减少了1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放出多少热? [答案:放热401000J] 4 体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀,其压力从106Pa降低到105Pa,计算此过程所能作出的最大功为若干? [答案:9441J] 5 在25℃下,将50gN2作定温可逆压缩,从105Pa压级到2×106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态,问此膨胀过程的功又为若干? [答案:–1.33×104J;4.20×103J] 6 计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3;始态及终态温度均为100℃。 (1)向真空膨胀; (2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; (3)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100℃)以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀; (4)定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题? [答案:0;2326J;310l J;4299J] 习题10试证明对遵守范德华方程的1mol实际气体来说,其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。

选修3-3热力学第一定律教案

热力学第一定律学习目标 1.知道热力学第一定律的内容及其表达式 2.理解能量守恒定律的内容 3.了解第一类永动机不可能制成的原因 自主学习 一、功和内能 1.什么样的过程叫绝热过程? 2.焦耳的实验说明了什么问题? 3.写出内能的定义。 4.内能的增加量与外界对系统所做的功有何关系? 二、热和内能 1.内能的增加量与外界向系统传递的热量有何关系? 2.做功和热传递在改变系统的内能上有何区别? 三、热力学第一定律 1.写出热力学第一定律的内容及其表达式。 2.写出能量守恒定律的内容。 3.第一类永动机不可能制成的原因是什么?

预习自检: 1、在下述各种现象中,不是由做功引起系统温度变化的是() A、在阳光照射下,水的温度升高 B、用铁锤不断捶打铅块,铅块的温度会升高 C、在炉火上烧水,水的温度升高 D、电视机工作一段时间,其内部元件温度升高 2、如图所示,活塞将汽缸分为甲、乙两室,汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的,且不漏气,以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能,则在拉杆缓缓向外拉的过程中() A、U甲不变,U乙减小 B、U甲增大,U乙不变 C、U甲增大,U乙减小 D、U甲不变,U乙不变 3、如图所示,把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部,当很快向下压活塞时,由于被压缩气体遽然变热,温度升高达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验的目的是要说明() A、对物体做功可以增加物体的热量 B、对物体做功可以改变物体的内能 C、对物体做功一定会升高物体的温度 D、做功一定会增加物体的 4、关于物体的内能和热量,下列说法中正确的有() A、热水的内能比冷水的内能大 B、温度高的物体其热量必定多,内能必定大 C、在热传递过程中,内能大的物体其内能将减少,内能小的物体其内能将增加,直到两物体的内能相等 D、热量是热传递过程中内能转移量的量度 5、下列关于物体的温度、内能和热量的说法中正确的是() A、物体的温度越高,所含热量越多 B、物体的内能越大,热量越多 C、物体的温度越高,它的分子热运动的平均动能越大 D、物体的温度不变,其内能就不变化 6、假设在一个完全密封绝热的室内,放一台打开门的电冰箱,然后遥控接通电源,令电冰箱工作一段较长的时间后再遥控断开电源,等室内各处温度达到平衡时,室内气温比接通电源前是( ) A、一定升高了 B、一定降低了 C、一定不变 D、可能升高,可能降低,也可能不变 课内探究 一、热力学第一定律 一定质量的气体,膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功?如果膨胀时做的功是135J,同时向外放热85J,气体内能的变化量是多少?内能是增加了还是减少了? 请你通过这个例子总结ΔU、W、Q几个量取正、负值的意义。 例1.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了1.2×105J,则下列各式中正确的是()

11、第3讲 热力学定律与能量守恒定律 (3).pdf

[随堂巩固提升] 1.关于一定量的气体,下列叙述正确的是( ) A .气体吸收的热量可以完全转化为功 B .气体体积增大时,其内能一定减少 C .气体从外界吸收热量,其内能一定增加 D .外界对气体做功,气体内能可能减少 解析:选AD 由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功,但通过其他方法可以全部转化为功,故A 正确;气体体积增大,对外做功,若同时伴随有吸热,其内能不一定减少,B 错误;气体从外界吸热,若同时伴随有做功,其内能不一定增加,C 错误;外界对气体做功,同时气体放热,其内能可能减少,D 正确。 2.一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量 2.5×104J ,气体对外界做功1.0×104 J ,则该理想气体的( ) A .温度降低,密度增大 B .温度降低,密度减小 C .温度升高,密度增大 D .温度升高,密度减小 解析:选D 由ΔU =W +Q 可得理想气体内能变化ΔU =-1.0×104 J +2.5×104 J = 1.5×104 J >0,故温度升高,A 、B 两项均错;因为气体对外做功,所以气体一定膨胀,体 积变大,由ρ=m V 可知密度变小,故C 项错误,D 项正确。 3.(2011·新课标全国卷)对于一定量的理想气体,下列说法正确的是( ) A .若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变 B .若气体的内能不变,其状态也一定不变 C .若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大 D .气体温度每升高1 K 所吸收的热量与气体经历的过程有关 E .当气体温度升高时,气体的内能一定增大 解析:选ADE 一定质量的理想气体,pV T =常量,p 、V 不变,则T 不变,分子平均动能不变,又理想气体分子势能为零,故气体内能不变,A 项正确;理想气体内能不变,则温 度T 不变,由pV T =常量知,p 及V 可以变化,故状态可以变化,B 错误;等压变化过程,温度升高、体积增大,故C 错误;由热力学第一定律ΔU =Q +W 知,温度每升高1 K ,内能增量ΔU 一定,而外界对气体做的功W 与经历的过程可能有关(如体积变化时),因此吸收的热量与气体经历的过程也有关,D 项正确;温度升高,平均动能增大,分子势能不变,内能

内能与热力学第一定律(答案)

内能与热力学第一定律(参考答案) 一、知识清单 1.【答案】 二、选择题 2.【答案】BDE 【解析】实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能,与整体的重力势能和动能均无关。改变气体内能的方式有做功和热传递。 【易错警示】本题易忽视题中所研究的为实际气体,从而错误地按理想气体模型处理,而导致漏选B。3.【答案】ACE 【解析】把物体缓慢举高,外力做功,其机械能增加,由于温度不变,物体内能不变,选项A对;物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系,选项B错;电流通过电阻后电阻发热,是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的,选项C对;根据分子间作用力的特点,当分子间距离等于r0时,引力和斥力相等,不管分子间距离从r0增大还是减小,分子间作用力都做负功,分子势能都增大,故分子间距离等于r0时分子势能最小,选项D错,E对. 4.【答案】D 5.【答案】B 【解析】根据温度是分子平均动能的标志知,温度升高,分子热运动的平均动能增大;温度降低,分子热运动的平均动能减小,选项A错误,B正确。理想气体的温度升高,内能增大;温度降低,内能减小,选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变,但是内能变化,熔化时吸收热量,内能增大;凝固时放出热量,内能减小,选项D错误。 6.【答案】B 【解析】解:A、所有分子动能与势能之和是物体的内能,对一个分子不能谈内能,不能比较一个水分子与一个分子的内能关系,故A错误; B、一定质量的0℃的水结成0℃的冰要释放热量,其内能一定减少,故B正确; C、分子势能与分子间分子力和分子间距离有关,与物体的位置高度无关,故C错误; D、物体内所有分子动能与势能之和是物体的内能,物体内能由物质的量、物体的温度与物体体积决定,物体内能与物体是否运动无关,故D错误; 7.【答案】ADE 【解析】对封闭气体,由题图可知a→b过程,气体体积V不变,没有做功,而温度T升高,则为吸热过程,A项正确。b→c过程为等温变化,压强减小,体积增大,对外做功,则为吸热过程,B项错误。c→a过程为等压变化,温度T降低,内能减少,体积V减小,外界对气体做功,依据W+Q=ΔU,外界对气体所做的功小于气体所放的热,C项错误。温度是分子平均动能的标志,T ap c,显然E项正确。 8.【答案】 C 【解析】由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,若物体放出热量,如果外界对物体做正功,则ΔU不一定为负值,即内能不一定减少,故A项错误;同理可分析出,B项和D项错误,C项正确。 9.【答案】ABE 【解析】在p-T图象中过原点的倾斜直线都是等容线,a、c在同一等容线上,体积相等,A正确。一定质

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