(江苏专版)202x版高考物理一轮复习 第十二章 第3节 热力学定律
【精准解析】新高考物理：第12章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律
第12章第3讲热力学定律与能量守恒定律课时作业时间：60分钟满分：100分一、选择题(本题共9小题，每小题5分，共45分。
其中1～4题为单选，5～9题为多选)1．(2019·湖北荆门第五次检测)奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧室三部分组成，当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧。
则以下说法不正确的是() A．燃气由液态变为气态的过程中要对外做功B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能增加C．燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程D．燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用答案 D解析燃气由液态变为气态的过程中体积增大，要对外做功，分子势能增大，故A、B正确；根据热力学第二定律，燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程，故C正确；燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量变为品质低的大气内能，能量耗散了，很难再被回收利用，故D错误。
2．(2019·湖南三湘名校教育联盟三模改编)能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。
然而，无数事实告诉我们，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。
下列说法正确的是()A．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机B．第二类永动机违反能量守恒定律C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递D．气体向真空的自由膨胀是可逆的答案 C解析根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故A错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故B错误；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故C正确；根据熵增原理可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故D错误。
3.如图，一定质量理想气体从状态A依次经状态B和C后再回到状态A，对此气体下列说法正确的是()A．A→B过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功B．B→C过程中气体分子对器壁单位面积碰撞的平均冲力减小C．C→A过程中气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量D．B→C过程中气体放出的热量等于C→A过程中吸收的热量答案 C解析A→B过程中为等温变化，压强减小，由公式pV＝C可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，A→B过程温度不变，ΔU＝0，Q＝－W，故气体要吸收热量且等于气体对外做的功，故A错误；B→C过程为等压变化，由p＝F可知气体分子对器壁单位面积碰撞的平均冲力不变，故B错误；SC→A过程为等容变化，温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量，故C正确；B→C过程为等压变化，由热力学第一定律可知，ΔU1＝Q1＋W1，其中ΔU1为负值，W1为正值，所以Q1<0，气体放出热量，C→A过程为等容变化，由热力学第一定律可知，ΔU2＝Q2，其中ΔU2为正值，所以Q2>0，气体吸收热量，又ΔU1＝－ΔU2，故Q1＋W＝－Q2，即B→C 过程中气体放出的热量大于C→A过程中气体吸收的热量，故D错误。
2023年高考物理一轮复习讲义——热力学定律与能量守恒定律
第3讲热力学定律与能量守恒定律目标要求 1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并能用热力学第一定律解决相关问题.2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性.3.知道第一类永动机和第二类永动机不可能制成．考点一热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递．2．热力学第一定律(1)内容：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．(2)表达式：ΔU＝Q＋W.(3)表达式中的正、负号法则：物理量＋－W 外界对物体做功物体对外界做功Q 物体吸收热量物体放出热量ΔU 内能增加内能减少3．能量守恒定律(1)内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．(2)条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的．(3)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．1．做功和热传递的实质是相同的．(×)2．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少20 J．(×)3．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(√)1．热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W 为负；体积缩小，外界对气体做功，W 为正．(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q ＝0.(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化． 2．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q ＝0，W ＝ΔU ，外界对物体做的功等于物体内能的增加； (2)若过程中不做功，即W ＝0，则Q ＝ΔU ，物体吸收的热量等于物体内能的增加； (3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU ＝0，则W ＋Q ＝0或W ＝－Q ，外界对物体做的功等于物体放出的热量．例1 (多选)(2021·湖南卷·15(1)改编)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S 1和S 2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A 下降h 高度到B 位置时，活塞上细沙的总质量为m .在此过程中，用外力F 作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变．整个过程环境温度和大气压强p 0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g .下列说法正确的是( )A ．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变B ．整个过程，理想气体的内能增大C ．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p 0S 1h ＋mgh )D ．左端活塞到达B 位置时，外力F 等于mgS 2S 1答案 ACD解析 根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，A 正确，B 错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：Q ＝W <p 0S 1h ＋mgh ，C 正确；左端活塞到达 B 位置时，根据压强相等可得：p 0＋mg S 1＝p 0＋F S 2，即：F ＝mgS 2S 1，D 正确．考点二热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．或表述为“第二类永动机是不可能制成的”．2．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行．3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．1．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．(√)2．热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化．(×)3．热量不可能从低温物体传给高温物体．(×)1．热力学第二定律的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能．2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．3．热力学过程的方向性实例(1)高温物体热量Q能自发传给低温物体．热量Q不能自发传给热．(2)功能自发地完全转化为不能自发地完全转化为气体体积V2(较大)．(3)气体体积V1能自发膨胀到不能自发收缩到例2(多选)下列说法正确的是()A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律B．自发的热传导是不可逆的C ．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响D ．气体向真空膨胀具有方向性 答案 BD解析 有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A 错误；据热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B 正确，不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C 错误；气体可自发地向真空容器膨胀，具有方向性，D 正确．考点三 热力学第一定律与图像的综合应用1．气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程pVT ＝C 分析．2．气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析．(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功．(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小． (3)由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 判断气体是吸热还是放热．(4)在p －V 图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功． 例3 (多选)(2021·全国乙卷·33(1)改编)如图，一定量的理想气体从状态a (p 0，V 0，T 0)经热力学过程ab 、bc 、ca 后又回到状态a .对于ab 、bc 、ca 三个过程，下列说法正确的是( )A ．ab 过程中，气体始终吸热B ．ca 过程中，气体始终放热C ．ca 过程中，气体对外界做功D ．bc 过程中，气体的温度先降低后升高 答案 AB解析 由理想气体的p －V 图可知，ab 过程是等容过程，外界对气体不做功，理想气体的温度升高，则内能增大，由ΔU ＝Q ＋W 可知，气体始终吸热，故A 正确；ca过程为等压压缩，气体体积减小，则外界对气体做正功，但气体温度降低，即内能减小，由ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即气体始终放热，故B正确，C错误；气体在b和c状态时，p b V b＝＝p c V c＝2p0V0，从b、c连线上任取一点，该点的pV>p b V b＝p c V c，根据理想气体状态方程pVT C，可知bc过程中，气体的温度先升高后降低，故D错误．例4(多选)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为 1.5×105Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是()A．C→A的过程中外界对气体做功300 JB．B→C的过程中气体对外界做功600 JC．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量答案AC解析在C→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，根据W CA＝p·ΔV，得W CA＝300 J，A正确；由题知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，则B→C 的过程中气体对外界做功900 J，B错误；A→B→C→A，温度不变，则内能变化量ΔU＝0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900 J；C→A的过程中外界对气体做功300 J，故W＝W CA＋W BC＝－600 J，Q＝ΔU－W＝600 J，则整个过程中气体从外界吸收600 J的热量，C正确，D错误．考点四热力学第一定律与气体实验定律的综合应用解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程例5 如图所示，水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的质量m ＝10 kg ，横截面积S ＝100 cm 2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到汽缸底部的距离L 1＝11 cm ，到汽缸口的距离L 2＝4 cm.现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平．已知g ＝10 m/s 2，外界气温为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa ，活塞厚度不计，则：(1)活塞上表面刚好与汽缸口相平时缸内气体的温度是多少？(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q ＝350 J 的热量，则气体增加的内能ΔU 多大？答案 (1)450 K(或177 ℃) (2)295 J解析 (1)当汽缸水平放置时，p 0＝1.0×105 Pa ，V 0＝L 1S ，T 0＝(273＋27) K ＝300 K. 当汽缸口朝上，活塞上表面刚好与汽缸口相平时，活塞受力分析如图所示，根据平衡条件有p 1S ＝p 0S ＋mg V 1＝(L 1＋L 2)S由理想气体状态方程得p 0L 1S T 0＝p 1(L 1＋L 2)S T 1解得T 1＝450 K(或177 ℃)(2)当汽缸口向上稳定后，未加热时，由玻意耳定律得 p 0L 1S ＝p 1LS加热后，气体做等压变化，气体对外界做功 则W ＝－p 1(L 1＋L 2－L )S 根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 解得ΔU ＝295 J.例6 如图所示，体积为V 、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞，汽缸内密封有温度为2.4T 0、压强为1.2p 0的理想气体，p 0和T 0分别为外界大气的压强和温度．已知气体内能U 与温度T 的关系为U ＝aT ，a 为正的常量，容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V 1； (2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量． 答案 (1)0.5V (2)12p 0V ＋aT 0解析 (1)在气体压强由1.2p 0下降到p 0的过程中，气体体积不变，温度由2.4T 0变为T 1，由查理定律得1.2p 02.4T 0＝p 0T 1解得T 1＝2T 0在气体温度由T 1变为T 0的过程中，气体体积由V 减小到V 1，气体压强不变，由盖—吕萨克定律得V T 1＝V 1T 0，解得V 1＝0.5V .(2)活塞下降过程中，外界对气体做的功为 W ＝p 0(V －V 1)在这一过程中，气体内能的变化量为ΔU ＝a (T 0－T 1) 由热力学第一定律得， Q ＝ΔU －W ＝－aT 0－12p 0V ，故汽缸内气体放出的热量为12p 0V ＋aT 0.课时精练1．(多选)下列有关物体内能改变的说法中，正确的是( ) A ．外界对物体做功，物体的内能一定增加 B ．外界对物体传递热量，物体的内能一定增加 C ．物体对外界做功，物体的内能可能增加 D ．物体向外界放热，物体的内能可能增加 答案 CD解析 做功和热传递都能改变物体的内能，根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可知，当外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，同理当外界对物体传递热量时，物体的内能也不一定增加，故A 、B 错误；由ΔU ＝Q ＋W 可知，若物体对外界做功，物体的内能可能增加，同理物体向外界放热，物体的内能可能增加，故C 、D 正确． 2．(多选)下列说法正确的是( )A ．第一类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第一定律B ．能量耗散过程中能量不守恒C ．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D ．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 答案 AD解析 第一类永动机不消耗能量却源源不断对外做功，违背了热力学第一定律，所以不可能制成，A 正确；能量耗散过程中能量仍守恒，B 错误；电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是压缩机做功的结果，不违背热力学第二定律，C 错误；能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，D 正确．3．(2020·全国卷Ⅱ·33(1))下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________．(填正确答案标号)A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内答案B C解析A项符合热力学第一、第二定律．冷水和杯子温度不可能都变低，只能是一个升高一个降低，或温度都不变，B项描述违背了热力学第一定律．C项描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．D项中冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第一、第二定律．4.(2020·天津卷·5)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图．从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口．扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出．若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体()A．压强变大B．对外界做功C．对外界放热D．分子平均动能变大答案 B解析储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由pV＝CT可知，压强变小，故A错误；气体体积增大，对外界做功，故B正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0，由于气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q>0，因此气体从外界吸热，故C错误；温度不变，分子平均动能不变，故D错误．5．(多选)(2021·天津卷·6)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成．上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换．若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中()A．上下乘客时，气体的内能不变B．上下乘客时，气体从外界吸热C．剧烈颠簸时，外界对气体做功D．剧烈颠簸时，气体的温度不变答案AC6.(2021·山东卷·2)如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高．一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气．挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体()A．内能减少B．对外界做正功C．增加的内能大于吸收的热量D．增加的内能等于吸收的热量答案 B解析由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内气体的温度升高，内能增加，A错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程pVT ＝C，气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；由A、B分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，C、D错误．7．(2021·河北卷·15(1))两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图甲所示．现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能________(填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B内气体的内能，图乙为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线________(填图像中曲线标号)表示汽缸B中气体分子的速率分布规律．答案 大于 ①解析 对活塞受力分析有p ＝mgS因为A 中细沙的质量大于B 中细沙的质量，故稳定后有p A >p B ； 所以在达到平衡过程中外界对封闭气体做的功有W A >W B 则根据ΔU ＝W ＋Q因为汽缸和活塞都是绝热的，即Q ＝0，故有ΔU A >ΔU B 即重新平衡后汽缸A 内气体的内能大于汽缸B 内气体的内能；由题图乙中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，由前面分析可知汽缸B 温度较低，故曲线①表示汽缸B 中气体分子的速率分布规律． 8.(2020·江苏卷·13(3))一定质量的理想气体从状态A 经状态B 变化到状态C ，其p －1V 图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q .答案 2×105 J解析 气体由A →B 为等压变化过程，则外界对气体做的功W 1＝p (V A －V B ) 气体由B →C 为等容变化过程，则W 2＝0 根据热力学第一定律得ΔU ＝(W 1＋W 2)＋Q A 和C 的温度相等ΔU ＝0 代入数据解得Q ＝2×105 J.9.(多选)一定质量的理想气体，从初始状态A 经状态B 、C 、D 再回到状态A ，其体积V 与温度T 的关系如图所示．图中T A 、V A 和T D 为已知量，则下列说法正确的是( )A ．从状态A 到B ，气体经历的是等压过程 B ．从B 到C 的过程中，气体的内能减小 C ．从C 到D 的过程中，气体向外放热 D ．气体在状态D 时的体积V D ＝T D V AT A答案 CD解析 从状态A 到B ，气体经历的是等容过程，所以A 错误；从B 到C 的过程中，温度不变，则气体的内能不变，所以B 错误；从C 到D 的过程中，气体温度降低，气体内能减小，ΔU <0 ，体积减小，则外界对气体做正功，W >0 ，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，Q <0，则气体向外放热，所以C 正确；从状态D 到A ，气体经历的是等压过程，根据V D T D ＝V AT A ，解得V D ＝T D V AT A，所以D 正确．10.(2020·山东卷·6)一定质量的理想气体从状态a 开始，经a →b 、b →c 、c →a 三个过程后回到初始状态a ，其p －V 图像如图所示．已知三个状态的坐标分别为a (V 0，2p 0)、 b (2V 0，p 0)、c (3V 0， 2p 0)．以下判断正确的是( )A ．气体在a →b 过程中对外界做的功小于在b →c 过程中对外界做的功B ．气体在a →b 过程中从外界吸收的热量大于在b →c 过程中从外界吸收的热量C ．在c →a 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D ．气体在c →a 过程中内能的减少量大于b →c 过程中内能的增加量 答案 C解析 p －V 图线与V 轴所围面积表示气体状态变化所做的功，由题图知，a →b 和b →c 过程中，气体对外界做的功相等，故A 错误．由pVT ＝C 知，a 、b 两状态温度相等，内能相同，ΔU＝0，由ΔU ＝W ＋Q 知，Q ab ＝－W ；由pVT ＝C 知，c 状态的温度高于b 状态的温度，则b →c过程中，ΔU >0，据ΔU ＝W ＋Q 知，Q bc >|W |，即Q bc >Q ab ，故B 错误．由pVT ＝C 知，c 状态温度高于a 状态温度，则c →a 过程内能减少，ΔU <0，外界对气体做正功，W >0，属于放热过程，由ΔU ＝Q ＋W 知，W <|Q |，故C 正确．由于a 、b 状态内能相等，故c →a 过程中内能的减少量等于b →c 过程中内能的增加量，故D 错误．11.(2021·重庆市1月适应性测试·15(2))如图所示，密闭导热容器A 、B 的体积均为V 0，A 、B 浸在盛水容器中，达到热平衡后，A 中压强为p 0，温度为T 0，B 内为真空，将A 中的气体视为理想气体．打开活栓C ，A 中部分气体进入B .(1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；(2)若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU ＝k (T 2－T 1)(k 为大于0的已知常量，T 1、T 2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T 0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量． 答案 (1)12p 0 (2)0.6p 0 0.2kT 0解析 (1)容器内的理想气体从打开C 到再次平衡时，发生等温变化，根据玻意耳定律得 p 0V 0＝p ·2V 0 解得此时气体压强 p ＝12p 0. (2)升高温度，理想气体发生等容变化，根据查理定律得pT 0＝p ′1.2T 0解得压强为p ′＝1.2p ＝0.6p 0温度改变，理想气体的体积不变，则外界既不对理想气体做功，理想气体也不对外界做功，所以W ＝0；升高温度，内能增量为 ΔU ＝k (1.2T 0－T 0)＝0.2kT 0根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可知气体吸收的热量为Q ＝ΔU ＝0.2kT 0.12．绝热的活塞与汽缸之间封闭一定质量的理想气体，汽缸开口向上置于水平面上，活塞与汽缸壁之间无摩擦，缸内气体的内能U P ＝72 J ，如图甲所示．已知活塞面积S ＝5×10－4 m 2，其质量为m ＝1 kg ，大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，重力加速度g ＝10 m/s 2，如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热，活塞由原来的P 位置移动到Q 位置，此过程封闭气体的V －T 图像如图乙所示，且知气体内能与热力学温度成正比．求：(1)封闭气体最后的体积； (2)封闭气体吸收的热量． 答案 (1)6×10－4 m 3 (2)60 J解析 (1)以气体为研究对象，由于压强不变，根据盖—吕萨克定律，有 V P T P ＝V QT Q解得V Q ＝6×10－4 m 3(2)由气体的内能与热力学温度成正比U P U Q ＝T PT Q解得U Q ＝108 J活塞从P 位置缓慢移到Q 位置，活塞受力平衡，气体为等压变化，以活塞为研究对象有 pS ＝p 0S ＋mg解得p ＝p 0＋mgS＝1.2×105 Pa外界对气体做功W ＝－p (V Q －V P )＝－24 J 由热力学第一定律U Q －U P ＝Q ＋W 得气体吸收的总热量为Q ＝60 J.13.如图所示装置中两玻璃泡的容积均为V 0＝0.5 L ，玻璃管的容积忽略不计，开始时阀门K 关闭，将上面玻璃泡抽成真空，下面玻璃泡中有一定质量的理想气体，外界大气压强为p 0＝1.0×105 Pa ，温度为t 0＝27 ℃时，玻璃管中水银面高出水银槽内水银面h ＝12 cm ，水银密度(假设不随温度改变)为13.6×103 kg/m 3，重力加速度g ＝10 m/s 2.(1)如果外界大气压强保持不变，玻璃管中水银面上升2 cm ，则环境温度改变了多少摄氏度； (2)如果在环境温度急剧升高到t ＝40 ℃的过程中，打开阀门，改变外界大气压使玻璃管中的水银面高度几乎不发生变化，则玻璃泡中气体的压强变为多少？在此过程中吸收了200 J 热量，则气体的内能增加了多少？ 答案 (1)9.7 ℃ (2)4.37×104 Pa 200 J 解析 (1)设玻璃泡中气体初态压强为p 1，有 p 0＝p 1＋ρ水银gh 解得p 1≈8.37×104 Pa 温度T 1＝t 0＋273 K ＝300 K设末态压强为p 2，则p 0＝p 2＋ρ水银g (h ＋Δh ) 故p 2≈8.10×104 Pa 根据查理定律有p 1T 1＝p 2T 2代入数据解得T 2≈290.3 K则环境温度降低了Δt ＝T 1－T 2＝9.7 ℃(2)打开阀门前有p 1＝8.37×104 Pa ，V 1＝V 0＝0.5 L ，T 1＝300 K 打开阀门后有V 2＝2V 0＝1.0 L ，T 2′＝t ＋273 K ＝313 K 根据理想气体状态方程有p 1V 1T 1＝p 2′V 2T 2′代入数据解得p 2′≈4.37×104 Pa根据题设条件，由于上部容器原来是真空，气体发生自由膨胀，故气体膨胀过程对外做的功为零，即W ＝0根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q 故ΔU＝0＋200 J＝200 J.。
2025届高三物理一轮复习热力学定律与能量守恒(33张PPT)
自发地
不产生其他影响
第二类
(3)用熵的概念表示热力学第二定律。在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会_______。(熵增加原理)2.热力学第二定律的微观意义。一切自发过程总是沿着分子热运动的_______增大的方向进行。
减小
无序性
(1)可以从单一热源吸收热量,使之完全变成功( )(2)热机中,燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化( )(3)热量不可能从低温物体传给高温物体( )
1.热力学第二定律的涵义。(1)自然界中诸如传热等热力学宏观现象具有方向性,不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不引起其他变化”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能,如气体的等温膨胀过程。
解析 因为汽缸、活塞都是绝热的,隔板右侧是真空,所以理想气体在自发扩散的过程中,既不吸热也不放热,也不对外界做功。根据热力学第一定律可知,气体自发扩散前后,内能不变,A项正确,C项错误;气体被压缩的过程中,外界对气体做功,气体内能增大,B、D两项正确。
答案 ABD
解答此类问题的基本流程。
考点2 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
考点1 热力学第一定律
做功
传热
2.热力学第一定律。(1)内容。一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_______与外界对它所做的功的和。(2)表达式:ΔU=_______。(3)ΔU=Q+W中正、负号法则。
热量
Q+W
物理量意义符号
W
Q
ΔU
+
外界对物体做功
物体_______热量
内能_______
(江苏专版)高考物理一轮复习第十二章热学第3节热力学定律课件选修33
内能的转移
第七页，共35页。
做功
热传递
做功是其他形式 不同物体间或同一物体
从能量的
的能与内能相互 不同部分之间内能的转
区 角度看
转化的过程
移
别
能的性质 能的性质发生了
能的性质不变
变化情况
变化
联系
做一定量的功或传递一定量的热量在改变 内能的效果上是相同的
第八页，共35页。
2．温度、内能、热量、功的比较
(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。
(√ ) (7)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变
化。
(× )
第五页，共35页。
课 堂提能·考点全通
易点速过，难点(nádiǎn)精研，时间用到增分点 上
第六页，共35页。
突破点(一) 热力学第一定律(自主悟透类)
1．改变内能的两种方式的比较
微观·易错判断
(1)做功和热传递的实质是相同的。
(×)
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能一定减
少。
(× )
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。 ( √ )
(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为
外界对气体做功。
(√ )
(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。( × )
做功
热传递
外界对物体做功，
内能变化 物体的内能增加； 物体吸收热量，内能增加；
情况 物体对外界做功， 物体放出热量，内能减少
物体的内能减少
区
别
热传递是通过分子之间的
从运动形 做功是宏观的机械 相互作用，使同一物体的
高考物理新课标一轮复习习题：第12章 第3讲 热力学定律 含答案
第3讲热力学定律A组基础题组1.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( )A.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体2.(多选)下列说法正确的是( )A.物体吸收热量,其温度一定升高B.橡胶无固定熔点,是非晶体C.做功和热传递是改变物体内能的两种方式D.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒分子的无规则运动的反映E.第二类永动机是不能制造出来的,尽管它不违反热力学第一定律,但它违反热力学第二定律3.(多选)下列关于热学现象和热学规律的说法中,正确的是( )A.利用浅层海水和深层海水间的温度差造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,这在原理上是可行的B.大量分子参与的宏观物理过程都具有方向性C.空调的制冷系统将室内的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化D.热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象,能量耗散不符合热力学第二定律4.下列说法正确的是( )A.物体放出热量,其内能一定减小B.物体对外做功,其内能一定减小C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变5.如图是密闭的汽缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的( )A.温度升高,内能增加600 JB.温度升高,内能减少200 JC.温度降低,内能增加600 JD.温度降低,内能减少200 J6.(多选)一定质量的理想气体由状态A变化到状态B,气体的压强随热力学温度的变化如图所示,则此过程( )A.气体的密度增大B.外界对气体做功C.气体从外界吸收了热量D.气体分子的平均动能增大7.[2019福建理综,29(2),6分]如图,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b 或者经过ac过程到达状态c。
设气体在状态b和状态c的温度分别为T b和T c,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac。
高考物理(全国通用)一轮总复习配套课件：第十二章 热学12.3
名师考点精 讲
考点 一 考点 二
【解析】由p-T图象可知过程ab是等容变化,W=0,温度升高,内能增 加,体积不变,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知过程ab一定吸热,A 项正确;过程bc温度不变,即内能不变,由于过程bc体积增大,所以气 体对外做功,由热力学第一定律可知,气体一定吸收热量,B项错误; 过程ca压强不变,温度降低,内能减少,体积减小,外界对气体做功,由 热力学第一定律可知,放出的热量一定大于外界对气体做的功,C项 错误;温度是分子平均动能的标志,由p-T图象可知,a状态气体温度 最低,则平均动能最小,D项正确;b、c两状态温度相等,分子平均动 能相等,由于压强不相等,所以单位面积单位时间内受到气体分子 撞击的次数不同,E项正确。
名师考点精 讲
考点 一 考点 二
考点一 热力学第一定律 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能 的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的 定量关系。此定律是标量式,应用时热量的单位应统一为国际单位 制中的焦耳。
名师考点精 讲
考点 一 考点 二
典例1 在如图所示的坐标系中,一定质量的某种理想气体先后发 生以下两种状态变化过程:第一种变化是从状态A到状态B,外界对 该气体做功为6 J;第二种变化是从状态A到状态C,该气体从外界吸 收的热量为9 J。图线AC的反向延长线过坐标原点O,B、C两状态 的温度相同,理想气体的分子势能为零。求:
名师考点精 讲
考点 一方法: (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。 (2)做功情况看气体的体积:体积增大,气体对外做功,W为负;体积 缩小,外界对气体做功,W为正。 (3)与外界绝热,则不发生热传递,此时Q=0。 (4)如果研究对象是理想气体,则由于理想气体没有分子势能,所 以当它的内能变化时,主要体现在分子动能的变化上,从宏观上看 就是温度发生了变化。
高考物理一轮复习课件第12部分热学
【思路剖析】要熟悉分子力在什么范围表现为引力,什么范围表现为斥力.
【解析】两个分子由远及近时，当达到分子作用力距离范畴时，分子间先 表现为引力，分子力做正功，随着距离的接近，当分子间距离小于平衡位 置距离时，分子力表现为斥力，分子力做负功.当分子间距离为r0时，引力 和斥力恰好相等，分子处于平衡状态，物体被压缩时，分子间引力和斥力 者增大，结果斥力大于引力，分子力表现为斥力.
②布朗运动确实是由于液体（或气体）分子对固体微粒的碰撞引起的， 但只有在固体微粒很小，各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡才引起它做 布朗运动.因此正确的说法是：固体微粒体积越小，布朗运动越显著，如果固 体微粒体积过大，液体分子对它的碰撞在各个方向上趋于平衡，就不会做布 朗运动了.
思维拓展 布朗运动是液体（或气体）分子无规则运动的反映.通过宏 观的布朗运动现象，找到微观分子做无规则运动的本质.
每1000mL溶液中有纯油酸1mL,用注射器测得1mL上述溶液有200滴,把一滴
该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的
近似轮廓如下图所示,图中正方形小方格的边长为1cm,则每一滴油酸酒精溶
液中含有纯油酸的体积是
mL,油酸膜的面积是
cm2.根据上述
数据,估测出油酸分子的直径是
思维拓展 有关液晶问题在过去高考中出现的并不多，但这不代表未来不 考，随着新课改的深入和液晶在高新技术方面的广泛应用，有关液晶类的命 题出现的可能性还是有的，其题型应当是选择题，内容包括对概念的理解和 研究.
【例3】已知地球半径为R=6370km，请你设计一个简单实验，估算包围地球 的大气的总质量，要求列出实验器材，说明实验方法，写出实验结果的表达 式. 【思路剖析】大气压强可以看成是由地球大气的重力产生的，如把地球表面 展开成平面，那么整个大气的重力就等于大气压强跟地表总面积的乘积. 【解析】用压强计测得大气压强为p0，当把地球表面展开成平面时受到的总 压力为：
(江苏专用)高考物理一轮复习-热学 基础课时3 热力学第一定律与能量守恒定律课件(选修3-3)
考点一 对热力学第一定律的理解 1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能
的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之 间的定量关系，即ΔU＝Q＋W。 2.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等 于物体内能的增加量。 (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等 于物体内能的增加量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0 或W＝－Q。外界对物体做的功等于物体放出的热量。
பைடு நூலகம்
4.一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图8所示水平放置。 活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁 无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的 距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。外界气温为27 ℃， 大气压强为1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位 置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸 口相平，已知g＝10 m/s2，求：
3.[2015·重庆理综，10(1)]某驾驶员发现中午时车胎内的气压高 于清晨时的，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变 且可视为理想气体，那么__________。 A.外界对胎内气体做功，气体内能减小 B.外界对胎内气体做功，气体内能增大 C.胎内气体对外界做功，内能减小 D.胎内气体对外界做功，内能增大 解析 车胎体积增大，故胎内气体对外界做功，胎内气体温 度升高，故胎内气体内能增大，D项正确。 答案 D
2.(2016·深圳第一次调研)如图7所示，一定质量的理想气体从状态 a变化到状态b，在这一过程中，下列说法正确的是________。
A.气体体积变小 C.气体从外界吸收热量
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符号
W
Q
＋ 外界对物体做功 物体吸收热量
－ 物体对外界做功 物体放出热量
ΔU 内能增加 内能减少
4．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功
等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热量
等于物体内能的增加。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 ΔU＝0，则 W＋
2．热力学第一、第二定律的比较
热力学第一定律
热力学第二定律
定律揭示的 它从能量守恒的角度揭 问题 示了功、热量和内能改 变量三者的定量关系
它指出自然界中出现的 宏观过程是有方向性的
机械能和内 当摩擦力做功时，机械 能的转化 能可以全部转化为内能
内能不可能在不引起其 他变化的情况下完全变 成机械能
热量可以从高温物体自 说明热量不能自发地从
(√ )
(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界
对气体做功。
(√ )
(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。 (×)
(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。( √)
(7)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。
( ×)
二
课堂提能·考点全通
机器
产生其他影响的机器
不可能制成 的原因
违背能量守恒定律
不违背能量守恒定律， 违背热力学第二定律
[典例] [多选](2019·南京模拟)下列说法中正确的是 ( ) A．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 B．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递 可以逆向 C．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进 行的 D．由于自然界中总的能量守恒，所以不需要节约能源
突破点(一) 热力学第一定律 自主悟透类
1．改变内能的两种方式的比较
做功
热传递
内能变化 情况
外界对物体做功，物体的 内能增加；物体对外界做 功，物体的内能减少
物体吸收热量，内能增加； 物体放出热量，内能减少
区 别
从运动形 式上看
做功是宏观的机械运动向 物体的微观分子热运动的 转化
热传递是通过分子之间的 相互作用，使同一物体的 不同部分或不同物体间的 分子热运动发生变化，是 内能的转移
现，对个别分子来说，温度没有意义
内能 物体内所有分子动能和势能的总和，它是由
(热能)
大量分子的热运动和分子的相对位置所决定 的能
热量 是热传递过程中内能的改变量，热量用来量 度热传递过程中内能转移的多少
功
做功过程是机械能或其他形式的能和内能之 间的转化过程
特点 状态量 过程量
3．对公式 ΔU＝Q＋W 符号的确定
第3节
热力学定律
目录
一 课前回顾·基础速串 二 课堂提能·考点全通 三 课后演练·逐点过关
一
课前回顾·基础速串
宏观 ·循图忆知
微观 ·易错判断
(1)做功和热传递的实质是相同的。
(×)
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能一定减少。(×)
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。
使云室内充满酒精饱和蒸汽，迅速向下拉动活塞。以下说法正
确的是
()
A．室内气体温度降低，酒精饱和蒸汽压降低
B．室内气体温度升高，酒精饱和蒸汽压降低
C．室内气体温度降低，酒精饱和蒸汽压升高
D．室内气体温度升高，酒精饱和蒸汽压升高 解析：迅速向下拉动活塞，酒精蒸汽绝热膨胀，对外做功，
温度降低，酒精饱和蒸汽压降低，酒精蒸汽达到过饱和状态，
B．汽缸内分子平均动能增大 D．气体从外界吸收热量
解析：金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气 体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体 等温度压缩，温度不变，气体的内能不变。而汽缸内封闭气 体被压缩，体积减小，外界对气体做功，ΔU＝0，W>0，根 据 ΔU＝W＋Q 可知 Q<0，即放热，A 正确，D 错误；温度不 变，则汽缸内分子平均动能保持不变，B 错误；汽缸内封闭 气体被压缩，体积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子密 度增大，C 正确。 答案：AC
热量的传递 发传向低温物体
低温物体传向高温物体
表述形式 只有一种表述形式
有多种表述形式
两定律的 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共 关系 同构成了热力学知识的理论基础
3．两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不需要任何动力或燃料，从单一热源吸收热量，
却能不断地对外做功的 使之完全变成功，而不
不能说物体含有多少热量，故 A、B 错误；只有在绝热过程
中 ΔU＝W，故 C 错误；发生热传递的条件是存在温度差，热
量从高温物体向低温物体传递，故 D 正确。 答案：D
2．(2018·连云港期末)1912 年，英国物理学家威
尔逊发明了观察带电粒子运动径迹的云室，
结构如图所示，在圆筒容器中加入少量酒精，
从能量的 做功是其他形式的能与内 不同物体间或同一物体不
角度看 能相互转化的过程
同部分之间内能的转移
能的性质 变化情况
能的性质发生了变化
能的性质不变
联系
做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果 上是相同的
2．温度、内能、热量、功的比较
含义
表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能 温度 大小的标志，它是大量分子热运动的集体表
故 A 正确，B、C、D 错误。 答案：A
3．[多选](2019·南京六校联考)如图所示，一导热性能良好的金属
汽缸静放在水平面上，活塞与汽缸壁间的摩擦不计。汽缸内封
闭了一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙
土，忽略环境温度的变化，在此过程中
()
A．气体的内能不变 C．汽缸内气体分子密度增大
Q＝0 或 W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。
[题点全练]
1．(2019·如东月考)关于温度、热量、功、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，内能必定增加 W
D．热量总是从温度高的物体传给温度低的物体 解析：热量是过程量，只有在吸热、放热过程中才发生转移，
突破点(二) 热力学第二定律 师生共研类
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其 他影响”的涵义
(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向 性，不需要借助外界提供能量的帮助。
(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程 只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。 如吸热、放热、做功等。