第二节 能量的转化（导学案）物理沪科版2020必修第三册

第二节 能量的转化 导学案 1．各种形式的能量可以互相转化。通过“大家谈”，知道能量在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。 2通过“摔碎的杯子”和“气体自由膨胀”等实例，知道能量转化具有方向性。 3让学生了解能量在利用的过程中，能量的总值虽然保持不变，可被利用的价值在退化，理解为什么能量守恒还会有能源危机的问题，引导学生关注可再生能源和核能的研究与开发。 【知识回顾】 一、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；只能从一种形式_________为其他形式，或者从一个物体_______到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总量保持______。 第一类永动机：不消耗任何能量，却能源源不断地对外_______。违背了能量守恒定律，因此无法实现。 二、能量转化的方向性 1．内能和其他形式的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有_________性。电能和机械能_______（可以/不可）无条件地（自发地）转化为内能，而内能_________（可以/不可）无条件地转化为电能和机械能。 2．自然界中的一切实际变化都具有_______性。如①_______、②气体自由膨胀和分子扩散、③_________，……。 真空 气体自由膨胀过程 X Y X + Y 扩散过程 （1）朝某个方向的变化是可以_______发生的，相反方向的变化却是受到_______的。 （2）如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要施加外加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的_______。 能量转化过程是否会产生或损失能量？ 在学习机械能守恒定律时我们知道，在只有重力和弹力做功的情况下物体的动能和势能可以相互转化，而两者之和即总机械能保持不变。人们根据积累的经验和大量的生产实践、科学实验发现，不只是机械能守恒，在任何能量转化过程中能量的总量都不变。这就是能量守恒定律（law of conservation of energy）：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件。人们曾经认为互不相关的各种现象，如力学的、热学的、电磁学的、光学的、化学的、生物学的……都能通过能量守恒定律联系起来，把表面上不同的各类运动统一在同一个自然规律之中。恩格斯把能量守恒定律与细胞学说、生物进化论一起列为 19 世纪的三大发现。能量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一，一切现象都遵循这一定律。直到现在，能量守恒定律仍然是我们研究自然科学强有力的工具。 图 12–11 泰斯尼尔斯设 计的磁力“永动机” 在 17—18 世纪，为了满足生产力日益增加的需求，许多人致力于制造一种机器，可以不消耗任何能量，却能源源不断地对外做功；这样的机器称为“第一类永动机”。 如图 12–11 所示为意大利人泰斯尼尔斯设计的磁力“永动机”。左侧高台上有一个强力磁体，能将右侧的小铁球吸上斜面；小铁球从斜面顶端的小孔落下，回到斜面底部，再穿过底部的小孔回到斜面上；如此往复实现小铁球的永动。实践后却发现，如果磁体磁性够强，则小铁球无法从左侧斜面顶端的小孔落下；如果磁体磁性不够强，则小球无法被吸上斜面。 迄今为止，历史上所有对第一类永动机的尝试都以失败 告终。事实证明，任何制造“永动机”的设想无论看上去多么巧妙，都无法实现，因为这类永动机违背了能量守恒定律。 拓 展 视 野 凡是能量守恒的过程就一定能发生吗？ 人死不能复生、破镜不能重圆，覆水难收、落叶归根……这些事实和成语都反映了一个道理——实际过程具有“单向性”或“不可逆性”（图 12–12）。而且，这是另外一条重要的物理规律的表现。 下面我们通过简单的例子来考察“单向性”的含义。 烧开的水放在空气中会逐渐冷却，最终温度与室温相同。谁也没有见过这样的现象：热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的帮助，也没有对外界产生任何影响。这说明热传递过程具有单向性，只能自发地从高温物体传向低温物体。 （a）从桌上落下摔碎的杯子 （b）碎片自发地重新集合 （c）完整的水杯自动返回桌面 图 12–12 如图所示的过程不会发生 自由膨胀和扩散现象也具有单向不可逆性。如图 12–13 所示，隔板将气室隔成两部分；左边有气体，右边为真空。抽去隔板，气体会自发地向真空区域膨胀，最终均匀地分布于整个容器。但我们从未观察到相应的逆过程：气体自发地缩回容器的一边。又如图 12–14 所示，两种不同的气体可以自发地混入对方，最后形成均匀混合气体，但是绝不会发生相反的现象：两种气体均匀混合后又自发地各自分开回到原处。 真空 图 12–13 自由膨胀过程 X Y X + Y 图 12–14 扩散过程 能量转化的方向性是指内能和其他形式的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性。机械能可以无条件地全部转化为内能，而内能不可无条件地全部转化为机械能。 秋千在来回摆动许多次后总会停下来，它通过克服阻力做功而使其机械能转化为内能。同样，我们也从未观察到相应的逆过程：传到空气中的这部分内能重新自发地转变为机械能而使秋千恢复摆动。 热传递、气体自由膨胀、分子扩散、摩擦生热……这些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生。大量事实表明，自然界中的一切实际变化都具有方向性。朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要外界施加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的不可逆性。 既然能量守恒，为什么还会有能源危机？ 在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越小，也就是说能量是在退降。 对于人类来说，既需要内能，更需要机械能和电能。内能在转化为机械能的过程中，总有一部分要散发到温度较低的环境里，只有部分内能可成为有用的机械能，另一部分成了“废品”。从这个意义上说，内能是一种可被利用价值低的能量。如果其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转化成内能，其能量的可被利用的价值就降低了。 由于自然过程的不可逆性，如果一个系统的内能增加，这个系统就永远无法依靠自身的作用（自发地）回到原先的状态，除非系统依靠外界的帮助。而“外界的帮助”往往会更多地消耗其他形式的能量，又将产生出更多的内能来。 当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上能量的总量，但是能量的可利用价值在降低。例如，汽车行驶时要消耗汽油，汽油在发动机中燃烧，将一部分内能转化为驱动汽车行驶的机械能、一部分内能使发动机整体升温而传到空气中，还有一部分内能被汽车排气管排出的废气带走，后两部分内能就很难再利用了。 目前，人类消耗的能量主要来自煤炭、石油、天然气等物质。这些能源在地球上的总储量是有限的，燃烧使用后在几百年，乃至几千年内是无法再生的。如果人类不研究和开发新能源，能源危机就会迫在眉睫。所以，为了解决能源危机，世界各国都在积极研究和开发可再生能源和核能等。 一、单选题 1．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） 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 2．在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体叫做气团，气团可看作理想气体，将其作为研究对象。气团直径很大可达几千米，其边缘部分与外界的热交换相对于整个气团的内能来说非常小，可以忽略不计。气团从地面上升到高空后温度可降低到，关于气团上升过程中下列说法正确的是（　　） A．气团体积膨胀，对外做功，内能增加，压强减小 B．气团体积收缩，外界对气团做功，内能减少，压强增大 C．气团体积膨胀，对外做功，内能减少，压强减小 D．气团体积收缩，外界对气团做功，内能增加，压强不变 二、多选题 3．根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 4．在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（　　） A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 三、解答题 简易温度计 小明同学设计了一种测温装置，用于测量室内的气温（室内的气压为一个标准大气压气压，相当于76cm汞柱产生的压强），结构如图所示，大玻璃泡A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映泡内气体的温度，即环境温度。 5．当室内温度为27℃时，B管内水银面的高度为16cm，B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，下列说法中正确的是（    ） A．该测温装置利用了盖·吕萨克定律 B．B管上所刻的温度数值上高下低 C．B管内水银面的高度为22cm时，室内的温度为 D．若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，测出的温度比实际偏低 6．将这个简易温度计放入冰箱，静置一段时间后 （1）气体压强 （选填： A．“变大”、B．“变小”C．“不变”），请用分子动理论的观点从微观角度解释气体压强变化的原因： 。 （2）温度计放入冰箱后，B管内水银柱液面会 （选填A．“升高”B．“降低”C．“不变”）。设玻璃泡内气体内能变化的绝对值为，气体做功的绝对值为W，则气体在这个过程中吸收的热量为 7．某次读数过程中小明同学不小心使测量装置发生了如图所示的小角度倾斜，则容器内气体的压强将（    ） A．变大 B．变小   C．不变   8．将密封于装置中的气体看作理想气体，在某一过程中，该气体从状态a依次经过、和三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的图像正确的是（    ） A． B． C． D． 四、综合题 三、消防救援 夏天，一些地区出现了不同程度的用水困难现象。消防救援队伍第一时间出动，将水送到群众家门口。 9．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，不计分子势能，则胎内气体（　　） A．内能不变 B．从外界吸热 C．对外界做负功 D．分子平均动能减小 10．如图所示为消防车轮胎中气体分子速率分布函数图像，f（v）为在速率v附近单位速率间隔内气体分子数与分子总数的比，两条图线分别为车刚启动和行驶一段时间后胎内气体分子速率分布曲线，图中曲线 （选填“Ⅰ”或“Ⅱ”）对应车刚启动时的图线。相比行驶一段时间后，车刚启动时单位时间内对轮胎内壁单位面积上碰撞的气体分子数 （填“较多”“一样”或“较少”）。 11．某型号消防仪表，表内外压强差超过6.0×104Pa时，表盘玻璃将爆裂。消防员携带此表实施高山环境救援，山脚温度为27℃，表内气压为1.0×105Pa；登上山顶时，表盘玻璃发生爆裂，此时山顶气温为−23℃。表内气体体积的变化可忽略不计，山顶大气压强小于山脚大气压强，分析说明表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂，并求山顶大气压强为多少。（结果保留两位有效数字） 12．如图所示消防官兵为群众准备的热水保温桶，保温桶的容积为20L，打开保温桶底部阀门，热水可缓慢流出。现向内倒入16L热水，立即用桶盖将其密封，此时桶内部气压可达到2.5p0（p0为大气压）。用容积为250mL的杯子接水，设桶内部气体质量和温度不变，不计水产生的压强。接满4杯水后，桶内气体压强为 ；最多可连续接满 杯热水。 一、组成物质的分子 物质是由分子组成的，人类无法直接观察分子的运动，通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息。分子的运动也对应着能量的转化和守恒。 13．（多选）下列关于各种材料的说法正确的是（　　） A．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向同性 B．半导体材料的导电性能通常介于金属导体和绝缘体之间 C．物质的微粒小到纳米数量级，其性质会发生很多变化 D．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 14．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁；此过程中（　　） A．瓶内空气分子的平均速率增大，气体对外界做正功 B．瓶内空气分子的平均速率减小，外界对气体做正功 C．瓶内空气分子的平均速率不变，外界对气体不做功 D．瓶内空气分子的平均速率减小，外界对气体做负功 15．利用海浪制作的发电机工作时气室内的活塞随海浪上升或下降，通过改变气室中空气的压强驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭来推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体，理想气体的定义是 。压缩过程中，两个阀门均关闭，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为，压强为1个标准大气压。已知阿伏加德罗常数，估算此时气室中气体的分子数为 （计算结果保留2位有效数字）。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 能量的转化 导学案 1．各种形式的能量可以互相转化。通过“大家谈”，知道能量在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。 2通过“摔碎的杯子”和“气体自由膨胀”等实例，知道能量转化具有方向性。 3让学生了解能量在利用的过程中，能量的总值虽然保持不变，可被利用的价值在退化，理解为什么能量守恒还会有能源危机的问题，引导学生关注可再生能源和核能的研究与开发。 【知识回顾】 一、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体_转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 第一类永动机：不消耗任何能量，却能源源不断地对外做功。违背了能量守恒定律，因此无法实现。 二、能量转化的方向性 1．内能和其他形式的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性。电能和机械能可以（可以/不可）无条件地（自发地）转化为内能，而内能不可（可以/不可）无条件地转化为电能和机械能。 2．自然界中的一切实际变化都具有方向性。如①热传递、②气体自由膨胀和分子扩散、③摩擦生热 ，……。 真空 气体自由膨胀过程 X Y X + Y 扩散过程 （1）朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。 （2）如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要施加外加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的不可逆性。 能量转化过程是否会产生或损失能量？ 在学习机械能守恒定律时我们知道，在只有重力和弹力做功的情况下物体的动能和势能可以相互转化，而两者之和即总机械能保持不变。人们根据积累的经验和大量的生产实践、科学实验发现，不只是机械能守恒，在任何能量转化过程中能量的总量都不变。这就是能量守恒定律（law of conservation of energy）：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件。人们曾经认为互不相关的各种现象，如力学的、热学的、电磁学的、光学的、化学的、生物学的……都能通过能量守恒定律联系起来，把表面上不同的各类运动统一在同一个自然规律之中。恩格斯把能量守恒定律与细胞学说、生物进化论一起列为 19 世纪的三大发现。能量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一，一切现象都遵循这一定律。直到现在，能量守恒定律仍然是我们研究自然科学强有力的工具。 图 12–11 泰斯尼尔斯设 计的磁力“永动机” 在 17—18 世纪，为了满足生产力日益增加的需求，许多人致力于制造一种机器，可以不消耗任何能量，却能源源不断地对外做功；这样的机器称为“第一类永动机”。 如图 12–11 所示为意大利人泰斯尼尔斯设计的磁力“永动机”。左侧高台上有一个强力磁体，能将右侧的小铁球吸上斜面；小铁球从斜面顶端的小孔落下，回到斜面底部，再穿过底部的小孔回到斜面上；如此往复实现小铁球的永动。实践后却发现，如果磁体磁性够强，则小铁球无法从左侧斜面顶端的小孔落下；如果磁体磁性不够强，则小球无法被吸上斜面。 迄今为止，历史上所有对第一类永动机的尝试都以失败 告终。事实证明，任何制造“永动机”的设想无论看上去多么巧妙，都无法实现，因为这类永动机违背了能量守恒定律。 拓 展 视 野 凡是能量守恒的过程就一定能发生吗？ 人死不能复生、破镜不能重圆，覆水难收、落叶归根……这些事实和成语都反映了一个道理——实际过程具有“单向性”或“不可逆性”（图 12–12）。而且，这是另外一条重要的物理规律的表现。 下面我们通过简单的例子来考察“单向性”的含义。 烧开的水放在空气中会逐渐冷却，最终温度与室温相同。谁也没有见过这样的现象：热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的帮助，也没有对外界产生任何影响。这说明热传递过程具有单向性，只能自发地从高温物体传向低温物体。 （a）从桌上落下摔碎的杯子 （b）碎片自发地重新集合 （c）完整的水杯自动返回桌面 图 12–12 如图所示的过程不会发生 自由膨胀和扩散现象也具有单向不可逆性。如图 12–13 所示，隔板将气室隔成两部分；左边有气体，右边为真空。抽去隔板，气体会自发地向真空区域膨胀，最终均匀地分布于整个容器。但我们从未观察到相应的逆过程：气体自发地缩回容器的一边。又如图 12–14 所示，两种不同的气体可以自发地混入对方，最后形成均匀混合气体，但是绝不会发生相反的现象：两种气体均匀混合后又自发地各自分开回到原处。 真空 图 12–13 自由膨胀过程 X Y X + Y 图 12–14 扩散过程 能量转化的方向性是指内能和其他形式的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性。机械能可以无条件地全部转化为内能，而内能不可无条件地全部转化为机械能。 秋千在来回摆动许多次后总会停下来，它通过克服阻力做功而使其机械能转化为内能。同样，我们也从未观察到相应的逆过程：传到空气中的这部分内能重新自发地转变为机械能而使秋千恢复摆动。 热传递、气体自由膨胀、分子扩散、摩擦生热……这些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生。大量事实表明，自然界中的一切实际变化都具有方向性。朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要外界施加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的不可逆性。 既然能量守恒，为什么还会有能源危机？ 在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越小，也就是说能量是在退降。 对于人类来说，既需要内能，更需要机械能和电能。内能在转化为机械能的过程中，总有一部分要散发到温度较低的环境里，只有部分内能可成为有用的机械能，另一部分成了“废品”。从这个意义上说，内能是一种可被利用价值低的能量。如果其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转化成内能，其能量的可被利用的价值就降低了。 由于自然过程的不可逆性，如果一个系统的内能增加，这个系统就永远无法依靠自身的作用（自发地）回到原先的状态，除非系统依靠外界的帮助。而“外界的帮助”往往会更多地消耗其他形式的能量，又将产生出更多的内能来。 当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上能量的总量，但是能量的可利用价值在降低。例如，汽车行驶时要消耗汽油，汽油在发动机中燃烧，将一部分内能转化为驱动汽车行驶的机械能、一部分内能使发动机整体升温而传到空气中，还有一部分内能被汽车排气管排出的废气带走，后两部分内能就很难再利用了。 目前，人类消耗的能量主要来自煤炭、石油、天然气等物质。这些能源在地球上的总储量是有限的，燃烧使用后在几百年，乃至几千年内是无法再生的。如果人类不研究和开发新能源，能源危机就会迫在眉睫。所以，为了解决能源危机，世界各国都在积极研究和开发可再生能源和核能等。 一、单选题 1．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） 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 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； 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，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 2．在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体叫做气团，气团可看作理想气体，将其作为研究对象。气团直径很大可达几千米，其边缘部分与外界的热交换相对于整个气团的内能来说非常小，可以忽略不计。气团从地面上升到高空后温度可降低到，关于气团上升过程中下列说法正确的是（　　） A．气团体积膨胀，对外做功，内能增加，压强减小 B．气团体积收缩，外界对气团做功，内能减少，压强增大 C．气团体积膨胀，对外做功，内能减少，压强减小 D．气团体积收缩，外界对气团做功，内能增加，压强不变 【答案】C 【详解】据热力学第一定律可知，忽略气团与外界的热交换，则有 气团上升过程中，压强随高度升高而变小，气团体积膨胀，对外做功，导致内能大量减少而温度降低。 故选C。 二、多选题 3．根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 【答案】BCD 【详解】ABC．根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能（由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；A错误，BC正确； D．根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，D正确。 故选BCD。 4．在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（　　） A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 【答案】CD 【详解】A．自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误； BD．功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，B错误，D正确； D．由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确。 故选CD。 三、解答题 简易温度计 小明同学设计了一种测温装置，用于测量室内的气温（室内的气压为一个标准大气压气压，相当于76cm汞柱产生的压强），结构如图所示，大玻璃泡A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映泡内气体的温度，即环境温度。 5．当室内温度为27℃时，B管内水银面的高度为16cm，B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，下列说法中正确的是（    ） A．该测温装置利用了盖·吕萨克定律 B．B管上所刻的温度数值上高下低 C．B管内水银面的高度为22cm时，室内的温度为 D．若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，测出的温度比实际偏低 6．将这个简易温度计放入冰箱，静置一段时间后 （1）气体压强 （选填： A．“变大”、B．“变小”C．“不变”），请用分子动理论的观点从微观角度解释气体压强变化的原因： 。 （2）温度计放入冰箱后，B管内水银柱液面会 （选填A．“升高”B．“降低”C．“不变”）。设玻璃泡内气体内能变化的绝对值为，气体做功的绝对值为W，则气体在这个过程中吸收的热量为 7．某次读数过程中小明同学不小心使测量装置发生了如图所示的小角度倾斜，则容器内气体的压强将（    ） A．变大 B．变小   C．不变   8．将密封于装置中的气体看作理想气体，在某一过程中，该气体从状态a依次经过、和三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的图像正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】5．C 6． B 见解析 A 7．C 8．C 【解析】5．A．A中密封的气体体积不变，所以该测温装置利用了查理定律，故A错误； B．容器内气体的压强 可知，A中气体的压强越大，x越小，由 可知，温度越高A中的气体压强越大，B管上所刻的温度数值上低下高，故B错误； C．B管内水银面的高度为22cm时，由 可得室内的温度为 故C正确； D．若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，因为外界大气压变小，B中液柱会降低，根据刻度上低下高可知测出的温度比实际偏高，故D错误。 故选C。 6．（1）[1]将这个简易温度计放入冰箱，静置一段时间后，气体压强变小，故选B； [2]气体温度降低，所以分子热运动程度减低，分子与器壁碰撞的次数减少，所以气体压强变小； （2）[3]温度计放入冰箱后，A中气体压强减小，所以B管内水银柱液面会升高，故选A； [4]气体温度降低，所以内能减少，外界对气体做功，由热力学第一定律有 可得气体吸收的热量为 既气体放热； 7．容器内气体的压强 其中x是管内水银面的高度不是液柱的长度，所以装置发生小角度倾斜时，液柱的高度不变，则容器内气体的压强不变。 故选C。 8．由V-T图可知，是等压变化，温度升高，所以p-T是平行与T轴的直线，是等温变化，体积变大，压强变小，所以p-T是垂直与T轴向下的直线，是等容变化，温度升高，压强变大，并且压强与温度成正比，所以p-T是过原点的倾斜直线。 故选C。 四、综合题 三、消防救援 夏天，一些地区出现了不同程度的用水困难现象。消防救援队伍第一时间出动，将水送到群众家门口。 9．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，不计分子势能，则胎内气体（　　） A．内能不变 B．从外界吸热 C．对外界做负功 D．分子平均动能减小 10．如图所示为消防车轮胎中气体分子速率分布函数图像，f（v）为在速率v附近单位速率间隔内气体分子数与分子总数的比，两条图线分别为车刚启动和行驶一段时间后胎内气体分子速率分布曲线，图中曲线 （选填“Ⅰ”或“Ⅱ”）对应车刚启动时的图线。相比行驶一段时间后，车刚启动时单位时间内对轮胎内壁单位面积上碰撞的气体分子数 （填“较多”“一样”或“较少”）。 11．某型号消防仪表，表内外压强差超过6.0×104Pa时，表盘玻璃将爆裂。消防员携带此表实施高山环境救援，山脚温度为27℃，表内气压为1.0×105Pa；登上山顶时，表盘玻璃发生爆裂，此时山顶气温为−23℃。表内气体体积的变化可忽略不计，山顶大气压强小于山脚大气压强，分析说明表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂，并求山顶大气压强为多少。（结果保留两位有效数字） 12．如图所示消防官兵为群众准备的热水保温桶，保温桶的容积为20L，打开保温桶底部阀门，热水可缓慢流出。现向内倒入16L热水，立即用桶盖将其密封，此时桶内部气压可达到2.5p0（p0为大气压）。用容积为250mL的杯子接水，设桶内部气体质量和温度不变，不计水产生的压强。接满4杯水后，桶内气体压强为 ；最多可连续接满 杯热水。 【答案】9．AB 10． Ⅰ 较少 11．向外爆裂，2.3×104Pa 12． 2p0 24 【解析】9．AD．在缓慢放水过程中，胎内气体温度不变，则胎内气体内能不变，分子平均动能不变，故A正确，D错误； BC．根据 在缓慢放水过程中，消防车的载重减小，胎内气体压强的压强减小，胎内气体温度不变，气体做等温变化，根据玻意耳定律可知，气体体积增加，气体对外界做正功，根据热力学第二定律 可知气体从外界吸热，故B正确，C错误。 故选AB。 10．[1]温度越高，分子的热运动越剧烈，平均分子动能越大，则曲线Ⅰ对应的温度比曲线Ⅱ对应的温度低，则曲线Ⅰ对应车刚启动时的图线。 [2]温度升高后，单位体积内的分子数增多，撞击到单位面积器壁上的分子数增多，故相比行驶一段时间后，车刚启动时单位时间内对轮胎内壁单位面积上碰撞的气体分子数较少。 11．表内气体初态压强、温度为 其末态的温度为 气体做等容变化，由查理定律有 解得山顶上表内气体压强为 若表盘是向内爆裂，则山上气压为 因为山上气压小于山脚下气压，故表盘不可能向内爆裂，故表盘是向外爆裂。山顶大气压强为 12．[1]以热水保温桶内封闭气体为研究对象，初始状态 接满4杯水后，设桶内气体压强为，体积为 气体做等温变化有 解得 [2]假设最多可以连续接满n杯，此时桶内气体压强为 体积为 气体做等温变化有 解得 一、组成物质的分子 物质是由分子组成的，人类无法直接观察分子的运动，通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息。分子的运动也对应着能量的转化和守恒。 13．（多选）下列关于各种材料的说法正确的是（　　） A．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向同性 B．半导体材料的导电性能通常介于金属导体和绝缘体之间 C．物质的微粒小到纳米数量级，其性质会发生很多变化 D．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 14．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁；此过程中（　　） A．瓶内空气分子的平均速率增大，气体对外界做正功 B．瓶内空气分子的平均速率减小，外界对气体做正功 C．瓶内空气分子的平均速率不变，外界对气体不做功 D．瓶内空气分子的平均速率减小，外界对气体做负功 15．利用海浪制作的发电机工作时气室内的活塞随海浪上升或下降，通过改变气室中空气的压强驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭来推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体，理想气体的定义是 。压缩过程中，两个阀门均关闭，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为，压强为1个标准大气压。已知阿伏加德罗常数，估算此时气室中气体的分子数为 （计算结果保留2位有效数字）。 【答案】13．BC 14．B 15． 在任何温度、任何压强下都严格遵从气体实验定律的气体 【解析】13．A．液晶既有液体的流动性，分子取向排列的液晶具有各向异性，A错误； B．半导体导电性能介于导体和绝缘体之间。它们的电阻比导体大得多，但又比绝缘体小得多，B正确； C．当构成物质的微粒某个维度达到纳米尺度时，其性质会发生很多变化，例如石墨烯，C正确； D．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，D错误； 故选BC。 14．温度降低分子的平均动能减小，由于密闭薄塑料瓶，物质相同，质量相同，所以瓶内空气分子的平均速率减小，薄塑料瓶因降温而变扁、空气体内积减小，外界压缩空气做功，故外界对气体做正功； 故选B。 15．[1]在任何温度、任何压强下都严格遵从气体实验定律的气体叫做“理想气体”。 [2]设气体在标准状况下的体积为，上述过程为等压过程，有 气体物质的量为 分子数为 联立以上各式，代入得 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $