【物理】2018届一轮复习人教版热力学定律和能量守恒定律学案 12页

一、热力学第零定律 1．热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，则这两个系统也一定处 于热平衡。 2．意义：两个系统热平衡由温度表示，故热力学第零定律给出了温度的定义和测量方 法。 二、热力学第一定律 1．定义：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的 和。 2．公式：ΔU=Q+W 内能变化量/ΔU 热量/Q 做功/W 符号 内能增加 吸收热量 外界对系统做正功 + 内能减少 放出热量 系统对外界做正功 – 3．热力学第一定律实际上是涉及热现象的能量守恒定律。 4．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另 一种形式， 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。 5．其他表述：第一类永动机不可能制成。 三、热力学第二定律 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。 3．其他表述：（1）气体向真空的自由膨胀是不可逆的。（2）第二类永动机不可能制 成。 4．宏观意义：阐述了传热的方向性；阐述了机械能与内能转化的方向性：机械能可以 全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能；热机的效率总是小于 100%。 5．微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 6．熵增加原理（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减 小。 四、热力学第三定律 1．定义：不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。 2．意义：绝对零度不可能达到。 关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是 A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加 C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加 D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点看这两种改变方 式是有区别的 【参考答案】D 【详细解析】第二类永动机没有违反能量守恒定律，但却不能成功制成，A 错误；如果 物体从外界吸收了热量，且又对外做功，则物体的内能不一定增加，B 错误；外界对物体做 功，若与外界无热量交换，则物体的内能一定增加，C 错误；做功和热传递都可以改变物体 的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的，D 正确。 【名师点睛】对热力学定律的考查主要有两点：热力学第一定律中两类改变内能的方式、 热力学第二定律的理解和应用。 1．关于温度，下列说法正确的是 A．随着人类制冷技术的不断提高，总有一天绝对零度会达到 B．温度由摄氏温度 t 升至 2t，对应的热力学温度便由 T 升至 2T C．温度升高 1 ℃，也可以说温度升高 274 K D．温度升高 1 ℃，也可以说温度升高 1 K 【答案】D 2．关于第二类永动机，下列说法中正确的是 A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引 起其他变化的热机叫做第二类永动机 B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化 为机械能 D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化 为机械能，同时不引起其他变化 【答案】AD 若一定量理想气体按如图所示从 A 状态变化到 B 状态，则 A．气体每个分子动能都增大 B．气体内能增加 C．气体一定吸热 D．气体体积可能增大 【参考答案】BC 【详细解析】从 A 状态变化到 B 状态，气体的温度升高，则气体的平均动能变大，但 是气体内每个分子动能不一定都增大，A 错误；由于气体的温度升高，则气体内能增加，B 正确；由 可得 ，则从 A 到 B 气体体积不变，D 错误；气体体积不变，则 W=0，由热力学第一定律 ΔU=W+Q>0，可知 Q>0，则气体一定吸热，C 正确。 【名师点睛】气体状态图象中，p–T 图象的斜率与 成正比，V–T 图象的斜率与 成 正比。 理想气体的温度变化，则内能变化；气体体积变化，则才有做功，体积增大是气体对外 界做功，体积减小是外界对气体做功。 1．一定质量的理想气体分别在 T1、T2 温度下发生等温变化，相应的两条等温线如图所示， T2 对应的图线上 A、B 两点表示气体的两个状态，则 A．温度为 T1 时气体分子的平均动能比 T2 时大 B．A 到 B 的过程中，气体内能增加 C．A 到 B 的过程中，气体从外界吸收热量 D．A 到 B 的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少 【答案】ACD 如图所示，质量不计的活塞把一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形气缸中， 活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态。现在对气体缓慢加热，同时不断取走细沙，使活塞缓 慢上升，直到细沙全部取走，则在此过程中 A．气体压强增大，内能可能不变 B．气体温度可能不变，气体对外做功 C．气体的体积增大，压强减少，对外不做功 D．气体对外做功，内能一定增加 【参考答案】B 【详细解析】逐渐取走细沙，直到细沙全部取走，根据活塞的受力平衡，可以判断气缸 内的气体压强一定减小，A 错误；对气体缓慢加热，气缸内的气体一定吸收热量，据热力学 第一定律 ΔU=W+Q，Q 为正数，因体积增大，气体对外做功，W 为负数，所以 ΔU 可能为 零，温度可能不变，B 正确，CD 错误。 【易错警示】解气缸–活塞问题要注意竖直放置的气缸中活塞是否有质量，计算气体压 强时不要漏算。 1．如图所示，一个封闭的绝热气缸被中间的挡板分割成左右相等的两部分。左边充满一定 量的某种理想气体，右边真空。现将中间的挡板移去，待气体稳定后，则 A．气体的温度不发生变化 B．因为气体的体积膨胀了，所以内能降低 C．气体分子的平均动能减小 D．虽然气体的体积膨胀了，但是没有对外做功 E．气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半 【答案】ADE 1．在人类探索热现象的过程中，下列说法不符合历史事实的是 A．布朗发现悬浮在液体中的花粉颗粒做无规则运动 B．许多科学家在研究热现象时发现，功转变为热这一规象是可逆的 C．焦耳通过实验证实，在改变内能的方式上做功和热传递是等效的 D．克劳修斯在大量研究的基础上提出，热量不能自发地从低温物体传到高温物体 2．下列叙述和热力学定律相关，其中不正确的是 A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 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 E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 3．以下说法中正确的是 A．随着科学技术的发展，制冷机的制冷温度可以降到–280 ℃ B．随着科学技术的发展，热量可以从低温物体传到高温物体 C．随着科学技术的发展，热机的效率可以达到 100% D．无论科技怎样发展，第二类永动机都不可能实现 E．无论科技怎样发展，都无法判断一温度升高的物体是通过做功还是热传递实现的 4．如图，注射器内封闭一部分气体，若针筒和活塞隔热性能良好，则缓慢向外移动活塞的 过程中 A．对活塞不做功 B．对活塞做负功 C．温度保持不变 D．压强逐渐减小 5．如图是某喷水壶示意图。未喷水时阀门 K 闭合，压下压杆 A 可向瓶内储气室充气，多次 充气后按下按柄 B 打开阀门 K，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理 想气体，充气和喷水过程温度保持不变。则 A．充气过程中，储气室内气体内能增大 B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大 C．喷水过程中，储气室内气体放热 D．喷水过程中，储气室内气体压强增大 6．一定质量的理想气体，沿箭头方向由状态 1 变化到状态 2，气体放出热量的变化过程是 A B C D 7．如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 依次经过状态 B、C 和 D 后再回到状态 A。其 中 A→B 和 C→D 为等温过程，B→C 和 D→A 为绝热过程。该循环过程中，下列说法正 确的是 A．A→B 过程中，气体对外界做功、吸热 B．B→C 过程中，气体分子的平均动能增加 C．C→D 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D．D→A 过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化 E．该循环过程中，气体放热 8．如图所示，将空的薄金属筒开口向下压入水中，设水温均匀恒定，筒内空气不泄漏，不 计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，下列说法正确的是 A．筒内壁与气体接触处，单位时间内碰撞单位面积的气体分子数不变 B．筒内气体每一个分子的分子动能都不变 C．筒内气体从外界吸热 D．筒内气体向外界放热 9．如图所示，一定质量的理想气体被绝热活塞封闭在水平放置的绝热气缸内，气缸固定且 内壁光滑，活塞通过细绳绕过定滑轮与一砂桶（无砂子）连接。开始活塞处于静止状态， 封闭气体的体积为 V0，温度 T0=300 K，压强为 0.9p0（p0 为大气压强），活塞面积为 S。 现不停地向砂桶中加砂子，使活塞缓慢地向右移动。当增加的砂子质量为砂桶质量的 2 倍时，气体体积增加了 0.2V0（活塞未被拉出气缸），已知重力加速度为 g，求： （1）砂桶的质量 m； （2）最终气缸内封闭气体的温度 T。 10．（2017 新课标全国Ⅱ卷）如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想 气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。 待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。 下列说法正确的是 A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 11．（2017 新课标全国Ⅲ卷）如图，一定质量的理想气体从状态 a 出发，经过等容过程 ab 到达状态 b，再经过等温过程 bc 到达状态 c，最后经等压过程 ca 回到状态 a。下列说 法正确的是 A．在过程 ab 中气体的内能增加 B．在过程 ca 中外界对气体做功 C．在过程 ab 中气体对外界做功 D．在过程 bc 中气体从外界吸收热量 E．在过程 ca 中气体从外界吸收热量 12．（2017 江苏卷）一定质量的理想气体从状态 A 经过状态 B 变化到状态 C，其 V–T 图象 如图所示。下列说法正确的有 A．A→B 的过程中，气体对外界做功 B．A→B 的过程中，气体放出热量 C．B→C 的过程中，气体压强不变 D．A→B→C 的过程中，气体内能增加 13．（2016 新课标全国Ⅰ卷）关于热力学定律，下列说法正确的是 A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功可以改变其内能 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之 间也必定达到热平衡 14．（2016 新课标全国Ⅱ卷）一定量的理想气体从状态 a 开始，经历等温或等压过程 ab、 bc、cd、da 回到原状态，其 p–T 图象如图所示，其中对角线 ac 的延长线过原点 O。下 列判断正确的是 A．气体在 a、c 两状态的体积相等 B．气体在状态 a 时的内能大于它在状态 c 时的内能 C．在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D．在过程 da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E．在过程 bc 中外界对气体做的功等于在过程 da 中气体对外界做的功 15．（2016 新课标全国Ⅲ卷）关于气体的内能，下列说法正确的是 A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C．气体被压缩时，内能可能不变 D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 1．B【解析】布朗发现悬浮在液体中的花粉颗粒做无规则运动，称为布朗运动，A 正确； 根据热力学第二定律可知，功转变为热这一规象是不可逆的，B 错误；焦耳通过实验证 实，在改变内能的方式上做功和热传递是等效的，C 正确；克劳修斯在大量研究的基础 上提出，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D 正确。故选 B。 2．BCE【解析】第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守 恒定律，A 正确；能量耗散过程的能量仍然守恒，B 错误；电冰箱在电机做功的情况下， 不断把冰箱内的热量传到外界，同时产生更多热量，没有违背热力学第二定律，C 错误； 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，D 正确；物体从 单一热源吸收的热量不可全部用于做功，E 错误。 3.BDE 4．D【解析】缓慢向外移动活塞的过程中，对活塞做正功，AB 错误；封闭气体的体积变大， 气体对外界做功，W<0，又 Q=0，根据 可知 ΔU<0，温度降低，C 错误；由 可知，压强减小，D 正确。 5．A【解析】充气过程中，储气室内气体温度不变，气体的平均动能不变，气体的质量增 大，故气体内能增大，A 正确，B 错误；喷水过程中，气体对外做功，W<0，气体温度 不变， ，根据 可知 Q>0，气体吸热，C 错误；喷水过程中，储气 室内气体体积增大，温度不变，根据 可知，压强减小，D 错误。 6．B【解析】由 可知，p–V 图象中双曲线表示 1 到 2 温度不变， ，气体体 积增大，对外做功， ，由 可得 ，气体吸热，A 错误；p–V 图 象中过原点的直线上，与原点距离越大，温度越高，从 1 到 2 温度降低， ，气 体体积减小，外界对气体做功， ，可得 ，气体放热，B 正确；由 可知，V–T 图象中过原点的直线上压强不变，从 1 到 2 温度升高，内能增加， ， 气体体积增大，气体对外界做功， ，可得 ，气体吸热，C 错误；由 V–T 图 象中气体体积不变，可知 ，温度升高，内能增加， ，可得 ，气体 吸热，D 错误。 7．ACD【解析】A→B 过程中，气体等温膨胀，气体对外界做功，内能不变，根据 可知气体吸热，A 正确；B→C 过程中，气体绝热膨胀，气体对外界做功，内能减小，温 度降低，气体分子的平均动能减小，B 错误；C→D 过程中，气体压强增大，则单位时 间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C 正确；D→A 过程中，气体绝热压缩，温度一定 变化，分子平均动能变化，气体分子的速率分布曲线发生变化，D 正确；该循环过程中， 循环一周气体内能不变，由 ，图线与 V 轴所围面积表示气体对外界做的功 或外界对气体做的功，可知循环一周气体对外界做的功大于外界对气体做的功，根据 可知气体吸热，E 错误。 8.D 9．（1） （2）T=280 K 【解析】（1）开始活塞静止，由平衡条件有 p0S=0.9p0S+mg 可得砂桶的质量 （2）设末态气体的压强为 p 则有 p0S=pS+3mg 可得 p=0.7p0 由理想气体状态方程有 解得 T=280 K 10．ABD【解析】气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发 扩散前后内能相同，A 正确，C 错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸 绝热，则气体内能增大，BD 正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，温度升 高，气体分子的平均动能增加，E 错误。 11．ABD【解析】在过程 ab 中，体积不变，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，压 强增大，温度升高，内能增加，A 正确，C 错误；在过程 ca 中，气体体积缩小，外界 对气体做功，压强不变，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体向外界放 出热量，B 正确，E 错误；在过程 bc 中，温度不变，内能不变，体积增大，气体对外 界做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，D 正确。 12．BC【解析】由图知，A→B 的过程中，温度不变，内能不变，体积减小，故外界对气体 做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，A 错误，B 正确；由理想气体状态方程 可得 ，B→C 的过程中，气体压强不变，C 正确；A→B→C 的过程中， 温度降低，气体内能减少，D 错误。 13.BDE 14．ABE【解析】由理想气体状态方程 可得 ，气体在a、c 两状态的体积 相等，A 正确；理想气体的内能由温度决定，而 Tc