第16講熱功與物態(tài)變化（原卷版）

2020年強基計劃物理專題講解（核心素養(yǎng)提升）第16講熱、功與物態(tài)變化知識精講一．物體的內(nèi)能物體內(nèi)所有分子的動能和勢能的總叫物體的內(nèi)能．1．溫度是分子平均動能的標志,理想氣體的內(nèi)能正比于溫度與氣體的物質(zhì)的量．2．分子勢能的大小與物體的體積有關(guān)．3．做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式．二．熱力學定律熱力學第一定律：：即做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式．注意恒定壓強對活塞做功的公式：W=PΔV,熱力學第二定律熱力學第二定律的克勞修斯表述：在低溫熱源吸取熱量，把它全部放入高溫熱源．而不引起其他變化是不可能的．這是從熱傳導的方向性來表述的，也就是說，熱傳導只能是從高溫熱源向低溫熱源方向進行的．熱力學第二定律的開爾文表述：從單一熱源吸取熱量，把它完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓遣豢赡艿模@是從機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向來表述的，也就是說，當將內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能時，若不輔以其他手段是不可能的．三．氣體的狀態(tài)參量1．三個狀態(tài)參量：溫度、體積、壓強．理想氣體狀態(tài)方程：與壓強的大小有關(guān)的微觀因素：氣體分子的平均動能，分子的密集程度．從宏觀上來看，與物體的溫度和體積有關(guān)．宏觀上測量的氣體施給容器壁的壓強，是大量氣體分子對器壁不斷碰撞的結(jié)果。在通常情況下，氣體每秒碰撞的器壁的分子數(shù)可達。在數(shù)值上，氣體的壓強等于單位時間內(nèi)大量分子施給單位面積器壁的平均沖量。氣體的狀態(tài)發(fā)生變化時，至少有兩個狀態(tài)參量發(fā)生了變化，不可能只有一個參量發(fā)生變化，如氣體的等溫、等容、等壓變化．典型例題1.（北約自主招生）在一個絕熱的豎直氣缸里面放有一定質(zhì)量的理想氣體，絕熱的活塞原來是固定的?，F(xiàn)拆去銷釘(圖中未畫出)，氣體因膨脹把活塞及重物舉高后如圖所示。則在此過程中氣體的()A．壓強不變，溫度升高B．壓強不變，溫度降低C．壓強減小，溫度升高D．壓強減小，溫度降低2.（北約自主招生真題）相同材料制成的一個圓環(huán)A和一個圓盤B，厚度相同，且兩者起始溫度和質(zhì)量也相同，把它們都豎立在水平地面上，現(xiàn)給它們相同的熱量，假設(shè)它們不與任何其他物體進行熱交換，則升溫后的圓環(huán)A的溫度tA與圓盤B的溫度tB的大小關(guān)系是（）A．tA>tBB．tA<tBC．tA=tBD．無法確定3.（年華約自主招生）如圖所示，絕熱容器的氣體被絕熱光滑密封活塞分為兩部分A、B，已知初始狀態(tài)下A、B兩部分體積、壓強、溫度均相等，A中有一電熱絲對A部分氣體加熱一段時間，穩(wěn)定后（）A．A氣體壓強增加，體積增大，溫度不變B．B氣體的溫度升高，B中分子運動加劇C．B氣體的體積減小，壓強增大D．A氣體的內(nèi)能變化量等于B氣體的內(nèi)能變化量4．（2012卓越自主招生）在兩端開口豎直放置的形管內(nèi)，兩段水銀封閉著長度為的空氣柱，、兩水銀面的高度差為，現(xiàn)保持溫度不變，則A．若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后變大B．若再向左管注入些水銀，穩(wěn)定后不變C．若再向右管注入些水銀，穩(wěn)定后變大D．若兩管同時注入些水銀，穩(wěn)定后變大5.（2012清華保送生測試）如圖所示,，AB為一定量的理想氣體的絕熱線，當它以圖示A→B→E→A過程變化時，下列關(guān)于氣體吸熱、放熱的表述正確的是始終吸熱始終放熱有時吸熱，有時放熱，但吸熱等于放熱有時吸熱，有時放熱，但吸熱大于放熱有時吸熱，有時放熱，但吸熱小于放熱6.（北京大學）如圖所示，一定量的理想氣體，從狀態(tài)A出發(fā)，經(jīng)圖中AB、BC、CA狀態(tài)變化后回到A狀態(tài)，其中AB為等溫變化，BC為等壓變化，CA為等體積變化，求：（1）三個過程中哪個過程氣體對外做功的絕對值最大？（2）哪個過程氣體內(nèi)能增加，哪個過程減少？（3）哪個過程氣體與外界交換的熱量的絕對值最大？哪個過程最??？7.（上海交通大學）對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列過程違反熱力學第一定律的是在恒定溫度下，氣體絕熱膨脹氣體從外界吸收熱量而溫度保持不變在絕熱的條件下，體積不變而溫度升高氣體對外做功的同時向外界放熱8.（復旦）理想氣體的熱力學過程中可能發(fā)生的過程是A．內(nèi)能減小的等容加熱過程B．吸熱的等溫壓縮過程C．內(nèi)能增加的絕熱壓縮過程D．吸熱的等壓壓縮過程9.（17屆預賽）絕熱容器經(jīng)一閥門與另一容積比的容積大得很多的絕熱容器相連。開始時閥門關(guān)閉，兩容器中盛有同種理想氣體，溫度均為30℃，中氣體的壓強為中的2倍?，F(xiàn)將閥門緩慢打開，直至壓強相等時關(guān)閉。問此時容器中氣體的溫度為多少？假設(shè)在打開到關(guān)閉閥門的過程中處在中的氣體與處在中的氣體之間無熱交換．已知每摩爾該氣體的內(nèi)能為，式中為普適氣體恒量，是熱力學溫度．10.（16屆預賽）如圖預16-3所示，兩個截面相同的圓柱形容器，右邊容器高為，上端封閉，左邊容器上端是一個可以在容器內(nèi)無摩擦滑動的活塞。兩容器由裝有閥門的極細管道相連通，容器、活塞和細管都是絕熱的。開始時，閥門關(guān)閉，左邊容器中裝有熱力學溫度為的單原子理想氣體，平衡時活塞到容器底的距離為，右邊容器內(nèi)為真空。現(xiàn)將閥門緩慢打開，活塞便緩慢下降，直至系統(tǒng)達到平衡。求此時左邊容器中活塞的高度和缸內(nèi)氣體的溫度。提示：一摩爾單原子理想氣體的內(nèi)能為，其中為摩爾氣體常量，為氣體的熱力學溫度。11.物理小組的同學在寒冷的冬天做了一個這樣的實驗：他們把一個實心的大鋁球加熱到某溫度，然后把它放在結(jié)冰的湖面上（冰層足夠厚），鋁球便逐漸陷入冰內(nèi)．當鋁球不再下陷時，測出球的最低點陷入冰中的深度．將鋁球加熱到不同的溫度，重復上述實驗8次，最終得到如下數(shù)據(jù)：實驗順序數(shù)12345678熱鋁球的溫度t/℃55708592104110120140陷入深度h/cm9.012.914