2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第14章 第63講 熱力學(xué)定律 能量守恒定律學(xué)案（含解析）（選修3-3）

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第14章 第63講 熱力學(xué)定律 能量守恒定律學(xué)案（含解析）（選修3-3）1熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。(2)表達(dá)式：UQW。2熱力學(xué)第一定律符號(hào)意義3能的轉(zhuǎn)化和守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。(2)第一類永動(dòng)機(jī)：違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī)。它是不可能制成的。4三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，即Q0，則WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。(2)若過程

2、中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。(3)若過程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。1在一個(gè)密閉隔熱的房間里，有一電冰箱正在工作，如果打開電冰箱的門，過一段時(shí)間后房間的溫度會(huì)()A降低B不變 C升高D無法判斷答案C解析電冰箱工作時(shí)，將部分電能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到房間內(nèi)，所以房間內(nèi)溫度升高，C正確。2(多選)夏天，小明同學(xué)把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時(shí)候，會(huì)覺得從輪胎里噴出的氣體涼，如果把輪胎里的氣體視為理想氣體，則關(guān)于氣體噴出的過程，下列說法正確的是()A氣體的內(nèi)能減少 B氣體的內(nèi)能不變 C氣體來不及與外界發(fā)生熱交換，對(duì)

3、外做功，溫度降低 D氣體膨脹時(shí)，熱量散得太快，使氣體溫度降低了 E氣體分子的平均動(dòng)能減小答案ACE解析氣體噴出時(shí)，來不及與外界交換熱量，發(fā)生絕熱膨脹，即Q0、W0，根據(jù)UWQ可知U0；體積V增大氣體對(duì)外界做功WpV0；溫度T降低內(nèi)能減少Up2，V1V2，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，可知T1T2，所以從狀態(tài)1至狀態(tài)2，氣體體積減小，說明外界對(duì)氣體做功，又T1T2，說明氣體的內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w對(duì)外放熱，故B正確；由圖象C知，狀態(tài)1至狀態(tài)2，氣體溫度升高內(nèi)能增加，氣體體積增大氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體從外界吸收熱量，故C錯(cuò)誤；由圖象D知?dú)怏w的體積保持不變，氣體對(duì)外界不做功，從

4、狀態(tài)1至狀態(tài)2氣體的溫度降低內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體對(duì)外放熱，故D正確。4.(多選)如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分。已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空。抽開隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中()A氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少B氣體不做功，內(nèi)能不變C氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低D氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變答案BD解析a內(nèi)氣體向真空膨脹，不對(duì)外界做功，故A錯(cuò)誤；又因容器絕熱，Q0，由熱力學(xué)第一定律知，U0，故B正確；由玻意耳定律知壓強(qiáng)減小，稀薄氣體可看做理想氣體，內(nèi)能不變，則溫度不變，C錯(cuò)誤，D正確。5.如圖所示，一直柱形導(dǎo)熱汽缸豎直放置，通過絕熱活塞封閉著一定

5、質(zhì)量的理想氣體。已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)活塞與汽缸的摩擦，活塞的質(zhì)量為m、橫截面積為S。因?yàn)殡姛峤z的加熱，某時(shí)刻氣體溫度為T1，活塞與容器底部相距h?，F(xiàn)停止加熱，氣體通過汽缸緩慢放熱，當(dāng)氣體放出熱量Q時(shí)，氣體溫度下降到T2，求該過程中：(1)活塞下降的距離；(2)氣體內(nèi)能的改變量。答案(1)h(2)(p0Smg)hQ解析(1)氣體發(fā)生等壓變化，有，解得hh。(2)放熱過程中，外界對(duì)氣體做的功WpSh(p0Smg)h，由熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能改變量UWQ(p0Smg)hQ。真題模擬練6(2018全國卷)(多選)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如pV圖中從a到b的直

6、線所示。在此過程中()A氣體溫度一直降低B氣體內(nèi)能一直增加C氣體一直對(duì)外做功D氣體一直從外界吸熱E氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功答案BCD解析一定質(zhì)量的理想氣體從a到b的過程，由理想氣體狀態(tài)方程可知，TbTa，即氣體的溫度一直升高，A錯(cuò)誤；根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知?dú)怏w的內(nèi)能一直增加，B正確；由于從a到b的過程中氣體的體積增大，所以氣體一直對(duì)外做功，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，從a到b的過程中，氣體一直從外界吸熱，D正確；氣體吸收的熱量一部分增加內(nèi)能，一部分對(duì)外做功，E錯(cuò)誤。7(2018全國卷)(多選)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程、到達(dá)狀態(tài)e。對(duì)此氣體，下列說法

7、正確的是()A過程中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小B過程中氣體對(duì)外界做正功C過程中氣體從外界吸收了熱量D狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等E狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小答案BDE解析由理想氣體狀態(tài)方程可知，體積不變溫度升高即TbTa，則pbpa，即過程中氣體的壓強(qiáng)逐漸增大，A錯(cuò)誤；由于過程中氣體體積增大，所以過程中氣體對(duì)外界做正功，B正確；過程中氣體體積不變，對(duì)外做功為零，溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，過程中氣體放出熱量，C錯(cuò)誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等，D正確；由理想氣體狀態(tài)方程C可得pC，即TV圖中的點(diǎn)與原點(diǎn)O的連線的斜率正比于該點(diǎn)的壓強(qiáng)，故狀態(tài)d

8、的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小，E正確。8(2017全國卷)(多選)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是()A在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B在過程ca中外界對(duì)氣體做功C在過程ab中氣體對(duì)外界做功D在過程bc中氣體從外界吸收熱量E在過程ca中氣體從外界吸收熱量答案ABD解析ab過程是等容變化，壓強(qiáng)增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，選項(xiàng)A正確；而由于體積不變，氣體對(duì)外界不做功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。ca過程是等壓變化，體積減小，外界對(duì)氣體做功，選項(xiàng)B正確；體積減小過程中，溫度降低，內(nèi)能減小，氣體要放出熱量，選項(xiàng)E錯(cuò)誤

9、。bc過程是等溫變化，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功，則需要吸收熱量，選項(xiàng)D正確。9(2016全國卷)(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A氣體吸熱后溫度一定升高B對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能C理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡答案BDE解析若氣體吸熱的同時(shí)對(duì)外做功，則其溫度不一定升高，A錯(cuò)誤；做功是改變物體內(nèi)能的途徑之一，B正確；理想氣體等壓膨脹，氣體對(duì)外做功，由理想氣體狀態(tài)方程C知，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，故一定吸熱，C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知D正確；如果兩

10、個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)與第三個(gè)系統(tǒng)的溫度均相等，則這兩個(gè)系統(tǒng)之間也必定達(dá)到熱平衡，故E正確。10(2016全國卷)(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示，其中對(duì)角線ac的延長線過原點(diǎn)O。下列判斷正確的是()A氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能C在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功D在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功E在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功答案ABE解析由理想氣體狀態(tài)方程C知，pT，

11、因此氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，故A項(xiàng)正確；對(duì)理想氣體而言，內(nèi)能由溫度決定，因TaTc，故氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，B項(xiàng)正確；過程cd為等溫變化，內(nèi)能不變(U0)，壓強(qiáng)變大，體積減小，外界對(duì)氣體做功(W0)，由熱力學(xué)第一定律UWQ，知Q0，對(duì)外做功，W|W|，D項(xiàng)錯(cuò)誤；bc和da過程中溫度改變量相同，故體積變化量與壓強(qiáng)的乘積相同，由WFlpSlpV知，E項(xiàng)正確。11(2018福建省高中畢業(yè)檢查模擬(一)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，其循環(huán)過程的pV圖象如圖所示。其中，AB過程為等溫過程，氣體放出熱量4 J；BC過程為等容過程，氣體吸收熱量2

12、0 J；CD過程為等溫過程，氣體吸收熱量12 J；DA過程為等容過程，氣體放出熱量20 J。則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外界所做的功為_ J；AB的過程中，單位體積中的氣體分子數(shù)目_(選填“減小”“不變”或“增大”)；BC 的過程中，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能_(選填“減小”“不變”或“增大”)。答案8增大增大解析在氣體完成一次循環(huán)后的內(nèi)能與開始時(shí)是相等的，所以內(nèi)能不變，即U0；由題意可知，AB和DA的過程中，氣體放出的熱量分別為4 J和20 J，在BC和CD的過程中氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J，則吸收的熱量QQABQBCQCDQDA4 J20 J12 J20 J8 J。由熱力學(xué)第一定律：UQ

13、W，所以W8 J，所以氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做功是8 J。AB的過程中，體積減小，則單位體積中的氣體分子數(shù)目增大；BC的過程中，體積不變，壓強(qiáng)變大，則氣體的溫度升高，則氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大。12(2018江蘇高考)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為2.0105 Pa，經(jīng)歷ABCA的過程，整個(gè)過程中對(duì)外界放出61.4 J熱量。求該氣體在AB過程中對(duì)外界所做的功。答案138.6 J解析整個(gè)過程中，外界對(duì)氣體做功WWABWCA，且WCApA(VCVA)，由熱力學(xué)第一定律UQW，以及U0，得WAB(QWCA)，代入數(shù)據(jù)得WAB138.6 J，即氣體對(duì)外界做的功為138.6 J。13(2

14、018太原市一模)如圖所示，導(dǎo)熱良好的汽缸開口向上豎直固定在水平面上。缸內(nèi)輕質(zhì)光滑活塞封閉一段一定質(zhì)量的理想氣體。一根不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩繞過光滑定滑輪，一端拴住活塞，另一端拴著質(zhì)量為m的重物處于平衡狀態(tài)。此時(shí)氣體體積為V。用手托著重物，使其緩慢上升，直到細(xì)繩剛開始松弛但并未彎曲。已知大氣壓強(qiáng)為p0，活塞橫截面積為S，環(huán)境溫度保持不變。求：(1)從重物開始被托起到最高點(diǎn)的過程中，活塞下降的高度；(2)之后從靜止釋放重物，重物下落到最低點(diǎn)未與地面接觸時(shí)，活塞在汽缸內(nèi)比最初托起重物前的位置上升了H。若氣體的溫度不變，則氣體吸收的熱量是多少？答案(1)(2)(p0Smg)解析(1)根據(jù)對(duì)活塞受力分析可

15、知，未托活塞時(shí)p1p0，氣體體積是V1V，托起重物時(shí)p2p0，氣體體積是V2VhS，根據(jù)玻意耳定律可知：p1V1p2V2，解得h。(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律且理想氣體的溫度不變內(nèi)能不變：UQW0，氣體對(duì)外做功：Wp0S(Hh)mg(Hh)，吸收的熱量QW(p0Smg)。第十五章選修3-4研讀考綱明方向,考情分析：1機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的考查以圖象為主，通過簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象研究振動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，通過機(jī)械波的圖象研究波的形成與傳播規(guī)律。2機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波部分常以彈簧振子或單擺為載體，考查簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)合波動(dòng)問題，考查簡諧運(yùn)動(dòng)。3光學(xué)部分主要考查光的折射、全反射等光的傳播規(guī)律，要重視折射率公式和臨界角公式

16、，重視數(shù)理相結(jié)合的方法。命題趨勢(shì)：1基本概念、機(jī)械波多以選擇題的形式出現(xiàn)。2機(jī)械波的部分內(nèi)容及光的折射、全反射多以計(jì)算題的形式來考查。說明：1簡諧運(yùn)動(dòng)只限于單擺和彈簧振子2簡諧運(yùn)動(dòng)的公式只限于回復(fù)力公式；圖象只限于位移時(shí)間圖象3光的干涉只限于雙縫干涉、薄膜干涉重讀教材定方法(對(duì)應(yīng)人教版選修34的頁碼及相關(guān)問題)1P13圖11.36，試寫出物體的振動(dòng)方程。提示：xAsin(t)，由圖知A4 cm，T0.8 s， rad/s；t0.1 s時(shí)，x0AsinA，解得(02)，所以x4sin cm。2P17閱讀“用單擺測(cè)定重力加速度”一段，請(qǐng)思考：如果只測(cè)出多組擺線長l和對(duì)應(yīng)的周期T，如何求重力加速度g

17、?提示：設(shè)小球半徑為r，則擺長Llr，由T2，得lT2r，由lT2圖象的斜率即可求出g。3P30圖12.32，請(qǐng)思考：哪些因素可能造成波動(dòng)問題的多解性？提示：傳播方向(振動(dòng)方向)不確定引起的多解；波的周期性引起的多解。4P36圖12.47，圖中M點(diǎn)此刻振動(dòng)狀態(tài)如何？后呢？N點(diǎn)一定靜止嗎？提示：此刻M點(diǎn)波峰與波峰相遇，為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，后到達(dá)平衡位置，仍是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；N點(diǎn)是波峰與波谷相遇，為振動(dòng)減弱點(diǎn)，只有兩列波的振幅相等時(shí)，N點(diǎn)才靜止。5P51圖13.27，圖中內(nèi)芯和外套哪個(gè)折射率大？提示：光從內(nèi)芯射向外套發(fā)生全反射，故內(nèi)芯的折射率大。6P54圖13.32，若通過S1和S2的是不同顏色的光，屏上也

18、會(huì)出現(xiàn)干涉條紋嗎？提示：不會(huì)，因頻率不同的波相遇不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。7P58圖13.43，P60圖13.52，對(duì)比兩圖，試總結(jié)出干涉和衍射圖樣的不同與相似之處。提示：不同之處：干涉條紋是等間距等寬度的， 衍射條紋的中央亮紋最寬，越向兩側(cè)條紋越窄，間距越小。相似之處：兩縫距離或縫越窄，光的波長越長，干涉和衍射的條紋越寬，間距越大。8P71圖13.711，甲、乙兩圖都能發(fā)生全反射嗎？增大入射角，如果發(fā)生全反射，是紅光還是紫光先發(fā)生？提示：光從玻璃射向空氣才可能發(fā)生全反射，所以只有乙圖能發(fā)生全反射。由于紫光的折射率大，由sinC知紫光的全反射臨界角小，所以紫光先發(fā)生全反射。9P7576，閱讀“偉大的預(yù)言”部分，你如何理解麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論？提示：麥克斯韋提出：(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，(2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這說明穩(wěn)定的電(磁)場(chǎng)不產(chǎn)生磁(電)場(chǎng)；均勻變化的電(磁)場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁(電)場(chǎng)；非均勻變化的電(磁)場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁(電)場(chǎng)；周期性變化的電(磁)場(chǎng)產(chǎn)生同周期變化的磁(電)場(chǎng)，電磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，空間存在電磁波。