第54期 能量守恒定律 热力学第二定律-【数理报】新教材2023-2024学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版2019）

书 第５３期２版参考答案 素养专练１．功、热和内能的改变 １．Ｄ　２．ＣＤ　３．ＢＣ　４．Ｄ　５．Ｄ　６．Ｃ　７．Ｃ　８．Ｄ 素养专练２．热力学第一定律 １．ＢＣＤ　２．ＡＤ　３．Ａ　４．ＢＣ　５．ＢＣＤ ６．Ｄ　７．ＡＢ　８．ＡＣ　９．Ｃ 第５３期３版参考答案 Ａ组 一、选择题 １．Ｃ　２．Ｃ　３．Ａ　４．Ｃ　５．Ｄ 二、填空题 ６．吸收　２６０． 解析：对该理想气体由状态ａ沿ａｂｃ变化到状态 ｃ， 由热力学第一定律可得：ΔＵ＝Ｑ＋Ｗ ＝３４０－１２０Ｊ＝ ２２０Ｊ，即从 ａ状态到 ｃ状态，理想气体的内能增加了 ２２０Ｊ；若该气体由状态ａ沿ａｄｃ变化到状态ｃ时，对外做 功４０Ｊ，此过程理想气体的内能增加还是２２０Ｊ，所以可 以判定此过程是吸收热量，再根据热力学第一定律可 得：ΔＵ＝Ｑ＋Ｗ，得Ｑ＝ΔＵ－Ｗ＝２２０＋４０Ｊ＝２６０Ｊ． 三、计算题 ７．解析：（１）活塞缓慢移动，任意状态都处于平衡 状态，故气体做等压变化，由盖 －吕萨克定律可知：ＶＴ ＝ΔＶ ΔＴ ，其中Ｖ＝ １２Ｓｈ，ΔＶ＝（Δｘ）Ｓ， 解得Δｔ＝ΔＴ＝２Δｘｈ·（２７３＋ｔ）． （２）设汽缸内压强为ｐ，由平衡条件得：ｐＳ＝ｐ０Ｓ－ Ｇ，封闭气体对外做功：Ｗ ＝ΔｐＳΔｘ＝－（ｐ０Ｓ－Ｇ）Δｘ，由 热力学第一定律得：ΔＵ＝Ｑ＋Ｗ ＝Ｑ－（ｐ０Ｓ－Ｇ）Δｘ． ８．解析：（１）根据热力学第一定律ΔＵ＝Ｗ＋Ｑ，由于 气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此吸热． （２）初态封闭气体的压强 ｐ１ ＝ｐ０＋ ｍｇ Ｓ ＝１．２× １０５Ｐａ，根据ｐ１ｌ１Ｓ＝ｐ２ｌ２Ｓ，可得ｐ２＝０．９６×１０ ５Ｐａ，由于 机舱内外气体压强之比为４∶１，则舱外气体压强 ｐ′２ ＝ １ ４ｐ２ ＝０．２４×１０ ５Ｐａ，对应题图可知飞行高度为１０４ｍ． Ｂ组 一、选择题 １．ＢＤ　２．ＡＢ　３．ＢＣ 二、填空题 ４．５　放出　２９ 解析：将空气压缩装入气瓶的过程中，温度不变，所 以内能不变，潜水员背着气瓶潜入海底的过程中，放出 ５ｋＪ的热量，则ΔＵ＝－５ｋＪ．故两过程减小的空气内能 为５ｋＪ，在这两个过程中，由热力学第一定律得ΔＵ＝Ｗ ＋Ｑ，Ｑ＝ΔＵ－Ｗ＝（－５－２４）ｋＪ＝－２９ｋＪ，“－”说明 放出热量． 三、计算题 ５．解析：（１）理想气体从Ａ状态到Ｂ状态的过程中， 压强保持不变，根据盖 －吕萨克定律有 ＶＡ ＴＡ ＝ ＶＢ ＴＢ ，代入数 据解得ＴＢ ＝ ＶＢ ＶＡ ＴＡ ＝ ２×１０－３ １×１０－３ ×３００Ｋ＝６００Ｋ． （２）由理想气体状态方程 ｐＡＶＡ ＴＡ ＝ ｐＣＶＣ ＴＣ 得 ｐＣ ＝３×１０ ５Ｐａ （３）理想气体从Ａ状态到Ｂ状态的过程中，外界对 气体做功Ｗ１ ＝－ｐＡ（ＶＢ－ＶＡ），解得Ｗ１ ＝－１２０Ｊ，气体 从Ｂ状态到Ｃ状态过程中，体积不变，外界对气体做功为 零；从Ｃ状态到Ｄ状态的过程中，外界对气体做功Ｗ２ ＝ ｐＣ（ＶＣ－ＶＤ），解得Ｗ２ ＝３００Ｊ；从Ｄ状态到Ａ状态过程 中，体积不变，外界对气体做功为零，一次循环过程中外 界对气体所做的总功Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＝１８０Ｊ，理想气体从 Ａ状态完成一次循环，回到 Ａ状态，始末温度相同，所以 内能不变根据热力学第一定律 ΔＵ＝Ｗ＋Ｑ解得 Ｑ＝ －１８０Ｊ，故完成一个循环，气体向外界放热１８０Ｊ． 书 题型一　对热力学第二定律的理解 例１．设想在一间与外界绝热的房间里，有一台正在 工作的电冰箱，如果电冰箱的门是开着的，那么室内的 温度将 （　　） Ａ．升高　　Ｂ．降低　　Ｃ．不变　　Ｄ．都有可能 解析：电冰箱是利用制冷剂如氟利昂从箱内蒸发器 处吸热而汽化后，到箱外冷凝器中放热液化，然后又到 蒸发器中吸热汽化 ……，如此循环而制冷的．由于蒸发 器温度低，冷凝器温度高，制冷过程中，全靠压缩机将蒸 发器中的氟利昂抽出再压缩到冷凝器中，以实现热量从 低温物体传递到高温物体，其中压缩机对氟利昂蒸气做 了功，电能转化为内能，所以，制冷剂从蒸发器吸收的热 量比整台冰箱放出的热量要少，房间又是绝热的，故室 内温度升高．当制冷剂从低温物体吸收的热量等于它的 高温物体处放出的热量时，室内温度就会保持不变，压 缩机必须停止做功，由热力学第二定律可知，这是不可 能的，所以Ｃ错．室内温度更不可能降低，因为不符合能 量守恒定律，所以Ｂ、Ｄ错，所以，正确选项Ａ． 例２．根据热力学第二定律，下列判断正确的是 （　　） Ａ．电流的能不可能全部变为内能 Ｂ．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电 能 Ｃ．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 Ｄ．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递 给高温度物体 解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关 的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能 （由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部