3.2～3.3热力学第一定律 能量守恒定律-2024-2025学年高二物理同步讲练（人教版2019选择性必修第三册）

3.2-3.3热力学第一定律 能量守恒定律 （1）能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律。 （2）能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。 （1）知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 （2）理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。 （3）知道第一类永动机是不可能实现的。 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？ 知识点一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 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、ΔU)的正负； (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况． 知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功． (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小． (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热． 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程 知识点三、能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 3．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 4．如图小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。那么，它是靠什么来维持工作的呢？原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（ 甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（乙），重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 [例题1] 气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其简化装置如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。气闸舱与座舱在太空中可认为与外界绝热。下列说法正确的是（　　） A．气体平衡后压强增大 B．气体平衡后内能减小 C．气体平衡后温度不变 D．气体平衡后分子热运动的平均动能增大 [例题2] 以下所述现象中，属于通过传热改变了物体内能的是（　　） A．将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热 B．放在空气中的一杯热水会冷却 C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热 D．电流通过电阻丝，电阻丝发热 [例题3] 金属制成的气缸中有雾状柴油和空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（　　） A．迅速向里推进活塞 B．缓慢向里推活塞 C．迅速向外拉活塞 D．缓慢向外拉活塞 [例题4] 关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是（　　） A．同一物体温度高时，含有的热量多 B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C．外界对系统做功W，系统内能必定增加 D．发生传热的条件是两物体之间存在温度差 [例题5] 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可以在N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（　　） A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小 [例题6] 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　） A．热水将热量传递给叶片，所以热水的温度会降低 B．由形状记忆合金自身提供了转轮转动的能量 C．转轮依靠自身惯性一直转动，不需要消耗外界能量 D．叶片在热水中吸收的热量等于在空气中释放的热量 [练习1] 下列关于能量的转化和守恒定律的认识不正确的是（　　） A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器﹣﹣永动机不可能制成 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 [练习2] 骑自行车既是安全、绿色的出行方式之一，又是比较不错的有氧运动。山地自行车安装了气压式减震装置来抵抗颠簸从而受到不少人的喜爱，其原理如图所示。如果路面不平，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，下列说法正确的是（　　） A．活塞迅速下压时汽缸内的气体对外界做负功 B．活塞迅速下压时汽缸内的气体温度可能减小 C．活塞迅速下压时汽缸内的气体的压强变小 D．活塞迅速下压时汽缸内的气体的内能减小 [练习3] 一定质量的气体因外力对其做功体积减小，同时放出热量，则此过程的末态与初态相比（　　） A．气体内能可能增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能增加还是减小取决于气体种类 [练习4] 对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能一定变化的是（　　） A．等温增压后再等温膨胀 B．等压膨胀后再等温压缩 C．等容减压后再等压膨胀 D．等容增压后再等压压缩 [练习5] （多选）如图所示，一定质量的理想气体，从状态A沿直线经历状态B、C到达状态D，下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中气体分子的平均动能不变 B．B→C过程中气体对外界做功 C．B→C过程中气体向外界放热 D．C→D过程中气体分子的密集程度减小 [练习6] （多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。下列说法正确的是（　　） A．过程①中气体的压强逐渐增大 B．过程②中气体对外界做正功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．气体在状态c、d的内能相等 [练习7] 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是（　　） A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 [练习8] （多选）能的转化和守恒定律的认识正确的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 [练习9] 下列说法中错误的是（　　） A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化 B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律 C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器 D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量保持不变 [练习10] 有人设计了一台“永动机”（如图所示），设计思想如下：在水轮上方装入一定量的水，水流下时冲击水轮使其转动，水轮通过皮带传动带动抽水机不断地把水从下方的水池里抽到上方水箱中，这样，永不停地循环，水轮机将永久地转动下去。请你分析一下，这样的“永动机”能实现吗？为什么？ [练习11] 如图所示是历史上很有名的一个永动机的设计图，轮子边缘安重装着若干个转轴，每个转轴处都连接着一根直杆，杆的另一端安有一个较重的小球。特殊的设计使得小球只能在大约90°的范围内转动。按照设计者的想法，右边的小球伸出去较远而左边的小球比较靠近转轴，因此右边小球所受重力的力臂大于左边小球所受重力的力臂，装置不能平衡，会在重力的作用下沿顺时针方向转动，并且永不停止。但实际上，用力拨动使其开始转动以后，它只能转不多的几圈就停止下来。 （1）请说明：是什么原因使它停止下来； （2）在它停止转动之后，是处于平衡状态的，这时各小球大概在什么位置，为什么能够平衡。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.2-3.3热力学第一定律 能量守恒定律 （1）能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律。 （2）能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。 （1）知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 （2）理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。 （3）知道第一类永动机是不可能实现的。 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？ 知识点一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 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、ΔU)的正负； (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况． 知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功． (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小． (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热． 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程 知识点三、能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 3．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 4．如图小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。那么，它是靠什么来维持工作的呢？原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（ 甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（乙），重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 [例题1] 气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其简化装置如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。气闸舱与座舱在太空中可认为与外界绝热。下列说法正确的是（　　） A．气体平衡后压强增大 B．气体平衡后内能减小 C．气体平衡后温度不变 D．气体平衡后分子热运动的平均动能增大 【解答】解：A、气体自由扩散过程中，根据知PV＝nRT，由于温度不变，可知压强和体积成反比，故体积变大，压强减小，故A错误； B、该过程中气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU＝W+Q可知内能不变，温度不变，故B错误； C、该过程中气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU＝W+Q可知内能不变，温度不变，故C正确； D、整个过程内能不变，所以平均动能不变。故D错误。 故选：C。 [例题2] 以下所述现象中，属于通过传热改变了物体内能的是（　　） A．将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热 B．放在空气中的一杯热水会冷却 C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热 D．电流通过电阻丝，电阻丝发热 【解答】解：ACD、弯折铁丝是用力对铁丝做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电阻丝发热是电流通过电阻丝做功，三者都是通过做功改变物体内能的，故ACD错误； B、热水放在空气中，热水通过热对流和热辐射向外传热，使自身的内能减少，温度下降，它是通过热传递改变内能的，故B正确。 故选：B。 [例题3] 金属制成的气缸中有雾状柴油和空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（　　） A．迅速向里推进活塞 B．缓慢向里推活塞 C．迅速向外拉活塞 D．缓慢向外拉活塞 【解答】解：向里推活塞时是外界对气缸内的气体做功，可以使气体的内能增加，温度升高，所以可以使气缸中的柴油到达燃点；但是如果缓慢的推活塞，那么气体和外界会发生热传递，气体的温度会降低，不能到达柴油的燃点； 故选：A。 [例题4] 关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是（　　） A．同一物体温度高时，含有的热量多 B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C．外界对系统做功W，系统内能必定增加 D．发生传热的条件是两物体之间存在温度差 【解答】解：A、热量是物体间进行传热时内能的转移，不能说物体含有多少热量，故A错误； B、物体的内能越大，温度不一定越高，故B错误； C、由于做功和热传递都可引起物体内能的变化，只根据做功无法准确判断物体内能的变化，故C错误； D、物体间发生热传递的条件是存在温度差，故D正确； 故选：D。 [例题5] 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可以在N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（　　） A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小 【解答】解：M向下滑动，压力与位移同方向，即外界对气体做正功，同时筒内气体不与外界发生热交换，根据能量守恒定律，气体内能一定增加； 故选：A。 [例题6] 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　） A．热水将热量传递给叶片，所以热水的温度会降低 B．由形状记忆合金自身提供了转轮转动的能量 C．转轮依靠自身惯性一直转动，不需要消耗外界能量 D．叶片在热水中吸收的热量等于在空气中释放的热量 【解答】解：A.热水将热量传递给叶片，同时热水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减少，所以热水的温度会降低，故A正确； B.要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自身提供，而是消耗了水的内能，故B错误； C.叶轮的转动不是靠自身的惯性，是叶片吸收了热水的能力，通过形变转化为叶轮的动能，这个过程是消耗了外界（热水）的能量，故C错误； D.根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其他变化，故叶片在热水中吸收的热量一部分克服重力做功，使叶片转动，所以叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D错误。 故选：A。 [练习1] 下列关于能量的转化和守恒定律的认识不正确的是（　　） A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器﹣﹣永动机不可能制成 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 【解答】解：A、根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其它形式的能一定增大。故A正确。 B、某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其它物体的能量增加。故B正确。 C、不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器﹣﹣永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成的。故C正确。 D、石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，机械能并没有消失；故D错误； 本题选错误的，故选：D。 [练习2] 骑自行车既是安全、绿色的出行方式之一，又是比较不错的有氧运动。山地自行车安装了气压式减震装置来抵抗颠簸从而受到不少人的喜爱，其原理如图所示。如果路面不平，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，下列说法正确的是（　　） A．活塞迅速下压时汽缸内的气体对外界做负功 B．活塞迅速下压时汽缸内的气体温度可能减小 C．活塞迅速下压时汽缸内的气体的压强变小 D．活塞迅速下压时汽缸内的气体的内能减小 【解答】解：当活塞迅速下压时外界对气体做功（汽缸内的气体对外界做负功），且来不及热交换，根据热力学第一定律，气体的内能增大，温度升高，汽缸内的气体分子平均动能增大，气体的体积减小，则气体压强增大，故A正确，BCD错误； 故选：A。 [练习3] 一定质量的气体因外力对其做功体积减小，同时放出热量，则此过程的末态与初态相比（　　） A．气体内能可能增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能增加还是减小取决于气体种类 【解答】解：由于气体放出热量，所以Q＜0，由于体积减小，则外界对气体做功，所以W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W+Q，无法判断ΔU的正负，所以气体内能可能增加，也有可能减小，也可能不变。气体内能增加还是减小与气体种类无关，故A正确，BCD错误。 故选：A。 [练习4] 对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能一定变化的是（　　） A．等温增压后再等温膨胀 B．等压膨胀后再等温压缩 C．等容减压后再等压膨胀 D．等容增压后再等压压缩 【解答】解：A、等温增压后再等温膨胀，气体温度不变，内能不变，即初始状态的内能一定等于未状态的内能，故A错误； B、等压膨胀过程，由盖一吕萨克定律得，气体温度升高，则气体内能增大，等温压缩过程，温度不变，气体内能不变，则气体初始状态的内能一定小于末状态的内能，故B正确； C、等容减压过程，由查理定律得，气体温度降低，则气体内能减小，等压膨胀过程，由盖一吕萨克定律得，气体温度升高，则气体内能增大，气体内能先减小后增大，初始状态的内能与末状态的内能可能相等，故C错误； D、等容增压过程，由查理定律得，气体温度升高，则气体内能增大，等压压缩过程，由盖一吕萨克定律得，气体温度降低，则气体内能减小，气体内能先增大后减小，初始状态的内能与末状态的内能可能相等，故D错误； 故选：B。 [练习5] （多选）如图所示，一定质量的理想气体，从状态A沿直线经历状态B、C到达状态D，下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中气体分子的平均动能不变 B．B→C过程中气体对外界做功 C．B→C过程中气体向外界放热 D．C→D过程中气体分子的密集程度减小 【解答】解：A．由图可知，A→B过程中气体温度升高，则气体分子的平均动能增大，故A错误； BC．由图可知，B→C过程中气体压强不变，温度降低，由盖—吕萨克定律：，可知气体的体积减小，则外界对气体做功（W＞0），由于温度降低，气体内能减小（ΔU＜0），由热力学第一定律：ΔU＝W+Q，可得：Q＜0，即气体向外界放热，故B错误，C正确； D．由图可知，C→D过程中，气体的温度不变，压强减小，由玻意耳定律：P1V1＝P2V2，可知气体的体积增大，则气体分子的密集程度减小，故D正确。 故选：CD。 [练习6] （多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。下列说法正确的是（　　） A．过程①中气体的压强逐渐增大 B．过程②中气体对外界做正功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．气体在状态c、d的内能相等 【解答】解：A、过程①中气体作等容变化，温度升高，根据查理定律c知，气体的压强逐渐增大，故A正确； B、过程②中气体的体积增大，气体对外界做正功，故B正确； C、过程④中气体作等容变化，气体不做功，温度降低，气体的内能减少，根据热力学第一定律ΔU＝W+Q知气体向外界放出了热量，故C错误； D、状态c、d的温度相等，根据一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，可知，气体在状态c、d的内能相等，故D正确。 故选：ABD。 [练习7] 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是（　　） A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 【解答】解：A、转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功。故A错误。 B、要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供。故B错误。 C、转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误。 D、根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量。故D正确。 故选：D。 [练习8] （多选）能的转化和守恒定律的认识正确的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【解答】解：A、根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其它形式的能一定增大。故A正确。 B、某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其它物体的能量增加。故B正确。 C、不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器﹣﹣永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成的。故C正确。 D、石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，能量并没有消失；故D错误； 故选：ABC。 [练习9] 下列说法中错误的是（　　） A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化 B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律 C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器 D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量保持不变 【解答】解：各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，故A错误，BCD正确。 本题选择错误选项； 故选：A。 [练习10] 有人设计了一台“永动机”（如图所示），设计思想如下：在水轮上方装入一定量的水，水流下时冲击水轮使其转动，水轮通过皮带传动带动抽水机不断地把水从下方的水池里抽到上方水箱中，这样，永不停地循环，水轮机将永久地转动下去。请你分析一下，这样的“永动机”能实现吗？为什么？ 【解答】解：这样的永动机不可能实现。水从上方流下冲击水轮使其转动，实际上只把水的一部分机械能转移给了水轮机，另一部分机械能在流入水池过程中转化为内能；而水轮通过皮带传动带动抽水机抽水的过程中，又要不断克服摩擦等阻力做功，消耗机械能，所以最终水轮机必将停下来。 [练习11] 如图所示是历史上很有名的一个永动机的设计图，轮子边缘安重装着若干个转轴，每个转轴处都连接着一根直杆，杆的另一端安有一个较重的小球。特殊的设计使得小球只能在大约90°的范围内转动。按照设计者的想法，右边的小球伸出去较远而左边的小球比较靠近转轴，因此右边小球所受重力的力臂大于左边小球所受重力的力臂，装置不能平衡，会在重力的作用下沿顺时针方向转动，并且永不停止。但实际上，用力拨动使其开始转动以后，它只能转不多的几圈就停止下来。 （1）请说明：是什么原因使它停止下来； （2）在它停止转动之后，是处于平衡状态的，这时各小球大概在什么位置，为什么能够平衡。 【解答】解：（1）使它停止下来的原因是摩擦阻力做功而消耗机械能，当它开始具有的初动能消耗完时，就停止转动。 （2）停止下来的位置处于平衡状态，根据力矩平衡画出各小球大概位置如图： 其中转轴处于最右侧的杆与小球大致处于竖直向上的位置，它将要向右翻倒而未翻倒，所有小球所受重力与力臂的乘积的代数和与转轴处受到的静摩擦力与其力臂的乘积，恰好相等，处于转动平衡状态，即满足杠杆平衡。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$