備戰(zhàn)2019年高考物理 考點(diǎn)一遍過(guò) 考點(diǎn)62 熱力學(xué)定律和能量守恒定律（含解析）

熱力學(xué)定律和能量守恒定律一、熱力學(xué)第零定律1熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)也一定處于熱平衡。2意義：兩個(gè)系統(tǒng)熱平衡由溫度表示，故熱力學(xué)第零定律給出了溫度的定義和測(cè)量方法。 二、熱力學(xué)第一定律1定義：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公式：U=Q+W內(nèi)能變化量/U熱量/Q做功/W符號(hào)內(nèi)能增加吸收熱量外界對(duì)系統(tǒng)做正功+內(nèi)能減少放出熱量系統(tǒng)對(duì)外界做正功3熱力學(xué)第一定律實(shí)際上是涉及熱現(xiàn)象的能量守恒定律。4能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，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(guò)程中，能量的總量保持不變。5其他表述：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成。三、熱力學(xué)第二定律1克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。2開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。3其他表述：（1）氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。（2）第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。4宏觀意義：闡述了傳熱的方向性；闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性：機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；熱機(jī)的效率總是小于100%。5微觀意義：一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行。6熵增加原理（熱力學(xué)第二定律）：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。四、熱力學(xué)第三定律1定義：不可能通過(guò)有限的過(guò)程把一個(gè)物體冷卻到絕對(duì)零度。2意義：絕對(duì)零度不可能達(dá)到。關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是A第二類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律B如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)看這兩種改變方式是有區(qū)別的【參考答案】D【詳細(xì)解析】第二類永動(dòng)機(jī)沒(méi)有違反能量守恒定律，但卻不能成功制成，A錯(cuò)誤；如果物體從外界吸收了熱量，且又對(duì)外做功，則物體的內(nèi)能不一定增加，B錯(cuò)誤；外界對(duì)物體做功，若與外界無(wú)熱量交換，則物體的內(nèi)能一定增加，C錯(cuò)誤；做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看這兩種改變方式是有區(qū)別的，D正確?！久麕燑c(diǎn)睛】對(duì)熱力學(xué)定律的考查主要有兩點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律中兩類改變內(nèi)能的方式、熱力學(xué)第二定律的理解和應(yīng)用。1（2018·上海市師范大學(xué)附屬中學(xué)高二期末）下列說(shuō)法正確的是A物體吸收熱量，其溫度一定升高B熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞C氣體自由膨脹的過(guò)程是可逆的D目前，人類消耗的能量主要來(lái)自常規(guī)能源【答案】D【解析】根據(jù)熱力學(xué)第一定律，E=W+Q，物體的內(nèi)能的變化與外界做功和物體的吸收熱量有關(guān)，物體吸收熱量，同時(shí)物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能可能減小，溫度可能降低，故A錯(cuò)誤；熱量也能由低溫物體傳遞到高溫物體，但此過(guò)程會(huì)引起其他的變化，故B錯(cuò)誤；氣體自由膨脹的過(guò)程是不可逆的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；目前，人類消耗的能量主要來(lái)自常規(guī)能源，例如煤、石油等，選項(xiàng)D正確。2關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法中正確的是A沒(méi)有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī)B第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，所以不可能制成C第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化【答案】AD【解析】沒(méi)有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī)，A正確；第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，所以不可能制成，B錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化，C錯(cuò)誤，D正確。 （2018·陜西省西安中學(xué)高二期末）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到初態(tài)a，下列說(shuō)法正確的是A在過(guò)程ab中氣體的外界對(duì)氣體做功B在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功C在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量D在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量【參考答案】D【詳細(xì)解析】在過(guò)程ab中氣體體積不變，根據(jù)W=pV可知，氣體對(duì)外界做功為零，外界也不對(duì)氣體做功，故AB錯(cuò)誤；在過(guò)程ca中壓強(qiáng)不變，體積減小，溫度降低，所以外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q可知，氣體放出熱量，故C錯(cuò)誤；在過(guò)程bc中，屬于等溫變化，氣體膨脹對(duì)外做功，而氣體的溫度不變，則內(nèi)能不變；根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q可知，氣體從外界吸收熱量，故D正確；故選D?！久麕燑c(diǎn)睛】本題主要是考查了理想氣體的狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律的知識(shí)，要能夠根據(jù)熱力學(xué)第一定律判斷氣體內(nèi)能的變化與哪些因素有關(guān)（功和熱量）；熱力學(xué)第一定律在應(yīng)用時(shí)一定要注意各量符號(hào)的意義；U為正表示內(nèi)能變大，Q為正表示物體吸熱；W為正表示外界對(duì)物體做功。1一定質(zhì)量的理想氣體分別在T1、T2溫度下發(fā)生等溫變化，相應(yīng)的兩條等溫線如圖所示，T2對(duì)應(yīng)的圖線上A、B兩點(diǎn)表示氣體的兩個(gè)狀態(tài)，則A溫度為T1時(shí)氣體分子的平均動(dòng)能比T2時(shí)大BA到B的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加CA到B的過(guò)程中，氣體從外界吸收熱量DA到B的過(guò)程中，氣體分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少【答案】ACD【解析】由圖可知，當(dāng)體積相同時(shí)，有，根據(jù)查理定律，可得，A正確；對(duì)于理想氣體，其內(nèi)能僅由溫度決定，A到B的過(guò)程是等溫變化的過(guò)程，所以氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，B錯(cuò)誤；A到B的過(guò)程中，氣體體積增大，對(duì)外做功而內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量，C正確；A到B的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)減小，則氣體分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積上的碰撞次數(shù)減少，D正確。2（2018·寧夏育才中學(xué)高二期末）如圖所示，一定質(zhì)量的氫氣(可看作理想氣體)由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，設(shè)由A到B、由B到C的過(guò)程外界對(duì)氣體做的功分別為W1、W2，氣體從外界吸收的熱量分別為Q1、Q2，則A，B，C D 【答案】B【解析】氣體由A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過(guò)程中，圖象上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率p/T減小，由氣態(tài)方程pV/T=c知，氣體的體積不斷增大，氣體對(duì)外界做功，所以W1<0，W2<0，所以A錯(cuò)誤；在AB過(guò)程中，氣體的溫度不斷升高，同時(shí)對(duì)外做功，要吸熱，所以Q1>0，在BC過(guò)程中，氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，但同時(shí)對(duì)外做功，要吸熱，所以Q2>0，所以B正確；在全程中，溫度升高，內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=Q+W得知，氣體吸收的熱量大于氣體對(duì)外做功，即有|W1|+|W2|<|Q1|+|Q2|，所以CD錯(cuò)誤。故選B?！久麕燑c(diǎn)睛】本題要知道AO、BO、CO連線可表示等容變化，根據(jù)斜率分析對(duì)應(yīng)的體積大小，并掌握熱力學(xué)第一定律，能用來(lái)分析能量的變化。較好的考查了應(yīng)用圖象解決物理問(wèn)題的能力。如圖所示，質(zhì)量不計(jì)的活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在上端開口的直立圓筒形氣缸中，活塞上堆放細(xì)沙，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)在對(duì)氣體緩慢加熱，同時(shí)不斷取走細(xì)沙，使活塞緩慢上升，直到細(xì)沙全部取走，則在此過(guò)程中A氣體壓強(qiáng)增大，內(nèi)能可能不變B氣體溫度可能不變，氣體對(duì)外做功C氣體的體積增大，壓強(qiáng)減少，對(duì)外不做功D氣體對(duì)外做功，內(nèi)能一定增加【參考答案】B【詳細(xì)解析】逐漸取走細(xì)沙，直到細(xì)沙全部取走，根據(jù)活塞的受力平衡，可以判斷氣缸內(nèi)的氣體壓強(qiáng)一定減小，A錯(cuò)誤；對(duì)氣體緩慢加熱，氣缸內(nèi)的氣體一定吸收熱量，據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q，Q為正數(shù)，因體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)數(shù)，所以U可能為零，溫度可能不變，B正確，CD錯(cuò)誤。【易錯(cuò)警示】解氣缸活塞問(wèn)題要注意豎直放置的氣缸中活塞是否有質(zhì)量，計(jì)算氣體壓強(qiáng)時(shí)不要漏算。1（2018·江蘇省蘇州新區(qū)一中高二期末復(fù)習(xí)）如圖所示，用細(xì)繩將一個(gè)導(dǎo)熱良好且開口向下的氣缸懸掛在天花板上，氣缸內(nèi)有一定質(zhì)量的氣體（不計(jì)氣體分子之間的相互作用力），氣缸內(nèi)活塞可以自由滑動(dòng)且不漏氣，活塞下掛個(gè)沙桶，當(dāng)沙桶裝滿細(xì)沙時(shí)，活塞恰好靜止，外部環(huán)境溫度恒定給沙桶底部開一小孔，細(xì)沙緩慢漏出，則在此過(guò)程中A氣缸內(nèi)氣體體積減小，溫度降低 【名師點(diǎn)睛】由圖示圖象判斷氣體的狀態(tài)變化過(guò)程，應(yīng)用氣態(tài)方程判斷氣體體積如何變化，然后應(yīng)用熱力學(xué)第一定律答題。5A【解析】充氣過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體溫度不變，氣體的平均動(dòng)能不變，氣體的質(zhì)量增大，故氣體內(nèi)能增大，A正確，B錯(cuò)誤；噴水過(guò)程中，氣體對(duì)外做功，W<0，氣體溫度不變，根據(jù)可知Q>0，氣體吸熱，C錯(cuò)誤；噴水過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體體積增大，溫度不變，根據(jù)可知，壓強(qiáng)減小，D錯(cuò)誤。6B【解析】由可知，pV圖象中雙曲線表示1到2溫度不變，氣體體積增大，對(duì)外做功，由可得，氣體吸熱，A錯(cuò)誤；pV圖象中過(guò)原點(diǎn)的直線上，與原點(diǎn)距離越大，溫度越高，從1到2溫度降低，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，可得，氣體放熱，B正確；由可知，VT圖象中過(guò)原點(diǎn)的直線上壓強(qiáng)不變，從1到2溫度升高，內(nèi)能增加，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，可得，氣體吸熱，C錯(cuò)誤；由VT圖象中氣體體積不變，可知，溫度升高，內(nèi)能增加，可得，氣體吸熱，D錯(cuò)誤。8D【解析】隨著金屬筒緩慢下降，金屬筒內(nèi)外液面差增大，金屬筒內(nèi)氣體會(huì)被壓縮，體積減小，壓強(qiáng)增大，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積的氣體分子數(shù)增多，A錯(cuò)誤；由于不計(jì)氣體分子間相互作用，所以氣體是理想氣體，內(nèi)能只與溫度有關(guān)，而外界溫度不變，所以氣體溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，但并不是每一個(gè)分子的分子動(dòng)能都不變，B錯(cuò)誤；氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，W>0，氣體溫度不變，U=0，由熱力學(xué)第一定律可知Q<0，氣體向外界放熱，C錯(cuò)誤，D正確。 18CDE【解析】質(zhì)量和溫度都相同的氣體分子平均動(dòng)能相同，但可能是不同的氣體，摩爾質(zhì)量不同，分子數(shù)不同，所以分子動(dòng)能不一定相同，且分子勢(shì)能不一定相同，故內(nèi)能不一定相同，A錯(cuò)誤；宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能大，微觀運(yùn)動(dòng)的分子平均動(dòng)能不一定大，內(nèi)能不一定大，B錯(cuò)誤；氣體被壓縮時(shí)，外界對(duì)氣體做功，如果同時(shí)還向外界放出熱量，氣體內(nèi)能可能不變，C正確；理想氣體的分子勢(shì)能為零，內(nèi)能等于分子動(dòng)能，而分子動(dòng)能只與溫度有關(guān)，D正確；理想氣體等壓膨脹過(guò)程中，由蓋呂薩克定律可知，溫度增大，內(nèi)能一定增大，E正確。19氣體對(duì)外界做的功為138.6 J【解析】整個(gè)過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功W=WAB+WCA，且WCA=pA（VCVA）由熱力學(xué)第一定律U=Q+W，得WAB=（Q+WCA）代入數(shù)據(jù)得WAB=138.6 J，即氣體對(duì)外界做的功為138.6 J8