第3講熱力學定律與能量守恒定律過好雙基關 回扣基礎知識訓練基礎題目 一、熱力學第一定律.改變物體內能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞..熱力學第一定律⑴內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做功的和(2)表達式：AU=Q+W.(3)AU=Q+W中正、負號法則：\物理量f―意義\符號WQAU十外界對物體做功物體吸收熱量內能增加物體對外界做功物體放出熱量內能減少【自測1】一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0X104J,氣體內能減少.3X105J,則此過程()A.氣體從外界吸收熱量2.0X105JB.氣體向外界放出熱量2.0X105JC.氣體從外界吸收熱量6.0X104JD.氣體向外界放出熱量6.0X104J答案B二、熱力學第二定律.熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體.(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響.或表述為“第二類永動機是不可能制成的.”.用熵的概念表示熱力學第二定律在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小..熱力學第二定律的微觀意義一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行..第二類永動機不可能制成的原因是違背了熱力學第二定律【自測2教材P61第2題改編（多選）下列現象中能夠發生的是（）A.一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱B.蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化成機械能C.桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離D.電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體答案CD三、能量守恒定律.內容能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者是從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變.條件性能量守恒定律是自然界的普遍規律，某一種形式的能是否守恒是有條件的..第一類永動機是不可能制成的，官違背了能量守恒定律.【自測3】木箱靜止于水平地面上，現在用一個80N的水平推力推動木箱前進10m，木箱受到地面的摩擦力為60N，則轉化為木箱與地面系統的內能U和轉化為木箱的動能Ek分別是（空氣阻力不計）（）A.U=200J,Ek=600J B.U=600J,Ek=200JC.U=600J,Ek=800J D.U=800J,Ek=200J答案B解析U=F產=60X10J=600JEk=F-x-U=80X10J-600J=200J研透命題點 細研考綱和真題分析突破命題點 命題點一熱力學第一定律的理解和應用 .基礎考點自主悟透.熱力學第一定律的理解⑴內能的變化都要用熱力學第一定律進行綜合分析.（2）做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正.⑶與外界絕熱，則不發生熱傳遞，此時Q=0.（4）如果研究對象是理想氣體，則由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，主要體現在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發生了變化.三種特殊情況⑴若過程是絕熱的，則Q=0,W=AU,外界對物體做的功等于物體內能的增加；(2)若過程中不做功，即W=0,則Q=AU,物體吸收的熱量等于物體內能的增加；(3)若過程的初、末狀態物體的內能不變，即AU=0,則UW+Q=0或W=-Q,外界對物體做的功等于物體放出的熱量.【例1】(多選)(2017?全國卷H-33(1))如圖1,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空.現將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個汽缸.待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積.假設整個系統不漏氣.下列說法正確想體理氣想體理氣圖1A.氣體自發擴散前后內能相同B.氣體在被壓縮的過程中內能增大仁在自發擴散過程中，氣體對外界做功D.氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功E.氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變答案ABD解析因為汽缸、活塞都是絕熱的，隔板右側是真空，所以理想氣體在自發擴散的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對外界做功才艮據熱力學第一定律可知，氣體自發擴散前后，內能不變，選項A正確，選項C錯誤；氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功，氣體內能增大，又因為一定質量的理想氣體的內能只與溫度有關，所以氣體溫度升高，分子平均動能增大，選項B、D正確，選項E錯誤.【變式1】(多選X2016?全國卷m-33(1))關于氣體的內能，下列說法正確的是()A.質量和溫度都相同的氣體，內能一定相同B.氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內能越大C.氣體被壓縮時，內能可能不變D.一定量的某種理想氣體的內能只與溫度有關E.一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內能一定增加答案CDE解析質量和溫度都相同的氣體，雖然分子平均動能相同，但是不同的氣體，其摩爾質量不同，即分子個數不同，所以分子總動能不一定相同，A錯誤；宏觀運動和微觀運動沒有關系，所以宏觀運動速度大，內能不一定大，B錯誤；根據牛=C可知，如果等溫壓縮，則內能不變；等壓膨脹，溫度增大，內能一定增大，C、E正確；理想氣體的分子勢能為零，所以一定量的某種理想氣體的內能只與分子平均動能有關，而分子平均動能和溫度有關，D正確.命題點二熱力學第一定律與圖象的綜合應用 ，基礎考點自主悟透【例2（多選X2017?全國卷m?33（1））如圖2,一定質量的理想氣體從狀態a出發，經過等容過程ab到達狀態b，再經過等溫過程bc到達狀態c,最后經等壓過程ca回到狀態a.下列說法正確的是（）八po圖2A.在過程ab中氣體的內能增加B.在過程ca中外界對氣體做功C.在過程ab中氣體對外界做功D.在過程bc中氣體從外界吸收熱量E.在過程ca中氣體從外界吸收熱量答案ABD解析在過程ab中，體積不變，氣體對外界不做功，壓強增大，溫度升高，內能增加，故選項A正確，C錯誤；在過程ca中，氣體的體積縮小，外界對氣體做功，壓強不變，溫度降低，內能變小，氣體向外界放出熱量，故選項B正確，E錯誤；在過程bc中，溫度不變，內能不變，體積增大，氣體對外界做功，由熱力學第一定律可知，氣體要從外界吸收熱量，故選項D正確.【變式2（多選）（2016?全國卷H?33（1））一定量的理想氣體從狀態a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態，其pT圖象如圖3所示，其中對角線ac的延長線過原點。下列判斷正確的是（）圖3A.氣體在a、c兩狀態的體積相等B.氣體在狀態a時的內能大于它在狀態c時的內能C.在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功D.在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功E.在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功答案ABE解析由理想氣體狀態方程q=C得，p=~T，由題圖可知，V=V，選項A正確；理想氣T V ac體的內能只由溫度決定，而Ta>Tc,故氣體在狀態a時的內能大于在狀態c時的內能，選項B正確；由熱力學第一定律AU=Q+W知，cd過程溫度不變，內能不變，則Q=-W，選項C錯誤；da過程溫度升高，即內能增大，則吸收的熱量大于對外界做的功，選項D錯誤；由理想氣體狀態方程知：pa^1=ptfb1=空^=空乙=C,即pV=ct,pV=CTt,pv=ct,py,TTTT aaabbbcccddabcd=CTd.設過程bc中壓強為p0=pb=pc，過程da中壓強為p0'=pd=p/由外界對氣體做功W=p-AV知，過程bc中外界對氣體做的功Wbc=p0(Vb-Vc)=C(Tb-Tc),過程da中氣體對外界做的功Wda=p0'(Va-Vd)=C(Ta-Td),Ta=Tb,T=Td,故Wbc=Wda，選項E正確.命題點三熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用 "能力考點師生共研基本思路【例3】(2017?河北冀州2月模擬)如圖4甲所示，橫截面積為S,質量為M的活塞在汽缸內封閉著一定質量的理想氣體，現對缸內氣體緩慢加熱，使其溫度從T1升高了AT，氣柱的高度增加了AL,吸收的熱量為Q.不計汽缸與活塞的摩擦，外界大氣壓強為p0,重力加速度為g.求：圖4

⑴此加熱過程中氣體內能增加了多少？(2)若保持缸內氣體溫度不變，再在活塞上放一祛碼，如圖乙所示，使缸內氣體的體積又恢復到初始狀態，則所放祛碼的質量為多少？小士 , (PcS+MQAT答案(1)。-(P0S+Mg)AL(2)代gT:解析(1)設缸內氣體的溫度為T1時壓強為p1，活塞受重力、大氣壓力和缸內氣體的壓力作用而平衡，則有Mg+P0S=P1s氣體膨脹對外界做功為W=p1SAL根據熱力學第一定律有Q-W=AU聯立可得AU=Q~(p0S+Mg)AL(2)設所放祛碼的質量為m，缸內氣體的溫度為T2時壓強為p2,活塞和祛碼整體受重力、大氣壓力和缸內氣體的壓力作用而平衡，則有(M+m)g+p0S=p2S根據查理定律有T=T，又T2=T1+AT11T2聯立可得：m聯立可得：m=(p0S+Mg)AT【變式3](2017.廣東華南三校聯考)如圖5所示，汽缸內封閉一定質量的某種理想氣體，活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡，已知活塞距缸口h=50cm,活塞面積S=10cm2,封閉氣體的體積為匕=1500cm3,溫度為0℃,大氣壓強p0=1.0X105Pa,重物重力G=50N,活塞重力及一切摩擦不計.緩慢升高環境溫度，封閉氣體吸收了Q=60J的熱量，使活塞剛好升到缸口.整個過程重物未觸地，求：圖5⑴活塞剛好升到缸口時，氣體的溫度是多少？(2)汽缸內氣體對外界做多少功？⑶氣體內能的變化量為多少？答案(1)364K(2)25J(3)35J解析(1)封閉氣體的初態：匕=1500cm3,tt=273K末態：丫2=1500cm3+50X10cm3=2000cm3緩慢升高環境溫度，封閉氣體做等壓變化

匕T2解得T2=364K(2)設封閉氣體做等壓變化時的壓強為p對活塞：p0S=pS+G汽缸內氣體對外界做功W=pSh解得W=25J(3)由熱力學第一定律得，汽缸內氣體內能的變化量AU=Q-W得AU=35J故汽缸內的氣體內能增加了35J命題點四熱力學第二定律 "基礎考點自主悟透.熱力學第二定律的涵義“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等在產生其他影響的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程..熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性..熱力學過程的方向性實例(1)高溫物體 熱量Q能自發傳給 低溫物體.熱量Q不能自發傳給(2)功能自發地完全轉化為 熱不能自發地轉化為(2)功能自發地完全轉化為 熱不能自發地轉化為(3)氣體體積匕能自發膨脹到

不能自發收縮到氣體體積V2(較大).(4)不同氣體A和B能自發混合成 混合氣體AB.不能自發分離成.兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設計不需要任何動力或燃料，卻能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成要求不斷地對外做功的機器功，而不產生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律【例4】如圖6所示為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環.在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外.圖6(1)(多選)下列說法正確的是()A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律(2)電冰箱的制冷系統從冰箱內吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關系？答案(1)BC(2)見解析解析(1)熱力學第一定律是熱現象中內能與其他形式能的轉化規律，是能量守恒定律的具體表現，適用于所有的熱學過程，故C項正確，D項錯誤；由熱力學第二定律可知，熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助，電冰箱把熱量從低溫的內部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故B項正確，A項錯誤.(2)由熱力學第一定律可知，電冰箱制冷系統從冰箱內吸收了熱量，同時消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內吸收的熱量多.【變式4](多選)(2016?全國卷I-33(1))關于熱力學定律，下列說法正確的是()A.氣體吸熱后溫度一定升高B.對氣體做功可以改變其內能C.理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D.熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體E.如果兩個系統分別與狀態確定的第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定達到熱平衡答案BDE解析氣體內能的改變AU=Q+W，故對氣體做功可改變氣體的內能，B選項正確；氣體吸熱為Q,但不確定外界做功W的情況，故不能確定氣體溫度的變化，A選項錯誤；理想氣體等壓膨脹，W<0,由理想氣體狀態方程半=C,p不變，V增大，氣體溫度升高，內能增大，AU>0,由AU=Q+W，知Q>0,氣體一定吸熱，C選項錯誤；由熱力學第二定律，D選項正確；根據熱平衡性質，E選項正確.課時作業 限時訓練練規范練速度 %雙基鞏固練.（多選）關于熱力學定律，下列說法正確的是（）A.熱量能夠自發地從高溫物體傳到低溫物體B.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體C.第二類永動機違反了熱力學第二定律D.氣體向真空膨脹的過程是不可逆過程E.功轉變為熱的實際宏觀過程是可逆過程答案ACD.（多選）在裝有食品的包裝袋中充入氮氣，然后密封進行加壓測試，測試時，對包裝袋緩慢施加壓力，將袋內的氮氣視為理想氣體，在加壓測試過程中，下列說法中正確的是（）A.包裝袋內氮氣的壓強增大B.包裝袋內氮氣的內能不變C.包裝袋內氮氣對外做功D.包裝袋內氮氣放出熱量E.包裝袋內氮氣的所有分子運動速率都保持不變答案ABD.（多選）下列說法中正確的是（）A.物體速度增大，則分子動能增大，內能也增大B.一定質量氣體的體積增大，但既不吸熱也不放熱，內能減小C.相同質量的兩種物體，提高相同的溫度，內能的增量一定相同D.物體的內能與物體的溫度和體積都有關系E.凡是與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性答案BDE解析速度增大，不會改變物體的分子的動能，故A錯誤；體積增大時，氣體對外做功，不吸熱也不放熱時，內能減小，故B正確；質量相同，但物體的物質的量不同，故溫度提高相同的溫度時，內能的增量不一定相同，故C錯誤；物體的內能取決于物體的溫度和體積，故D正確；由熱力學第二定律可知，凡是與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，故E正確.4.（2018.青海格爾木調研）根據你學過的熱學中的有關知識，判斷下列說法中正確的是（）A.機械能可以全部轉化為內能，內能也可以全部用來做功轉化成機械能B.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.盡管科技不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%,制冷機卻可以使溫度降到一293℃D.第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發展，第二類永動機可以制造出來答案A解析機械能可以全部轉化為內能，而內能在引起其他變化時也可以全部轉化為機械能，A正確；凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B錯誤；盡管科技不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機也不能使溫度降到-293℃,只能無限接近-273.15℃,C錯誤；第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學第二定律，第二類永動機不可能制造出來，D錯誤..關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是（）A.第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律B.第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能D.由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的答案D解析第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機違反熱力學第二定律，A、B錯；由熱力學第一定律可知WW0,QW0,但衛=W+Q可以等于0,C錯；由熱力學第二定律可知D中現象是可能的，但會引起其他變化，D對..景頗族的祖先發明的點火器如圖1所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨.猛推推桿，艾絨即可點燃.對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中（）圖1A.氣體溫度升高，壓強不變B.氣體溫度升高，壓強變大C.氣體對外界做正功，氣體內能增加D.外界對氣體做正功，氣體內能減少答案B7.（2015.福建理綜29（2））如圖2,一定質量的理想氣體，由狀態a經過ab過程到達狀態b或者經過ac過程到達狀態c.設氣體在狀態b和狀態c的溫度分別為7；和7＞在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則（）

AT/Tc，Q/Qac5=T，Q/Qac圖AT/Tc，Q/Qac5=T，Q/Qac圖2B4>Tc，Qab<QacDT=QQJQ℃答案解析a-b過程為等壓變化，由蓋-呂薩克定律得：:=學，得T=2T,a-c過程為等容TT baab變化，由查理定律得：p=爭，得T=2T,所以T=T.TT ca bcac由熱力學第一定律，a-b:Wb+Qab=AUaba-c:W3c+Qac=AUac又Wab<0,W3c=0，AUab=AUac>0,則有Qab>Qac，故C項正確.8.如圖3所示，一定質量的理想氣體從狀態A依次經過狀態B、C和D后再回到狀態A.其中，A一B和C-D為等溫過程，B-C和D-A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，這就是著名的“卡諾循環”.圖3圖3⑴該循環過程中，下列說法正確的是 .A.A-B過程中，外界對氣體做功B.B-C過程中，氣體分子的平均動能增大C.C-D過程中，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數增多D.D-A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發生變化(2)該循環過程中，內能減小的過程是(選填“A-B”“B一C”“C一D”或“D一A”).若氣體在A一B過程中吸收63kJ的熱量，在C一D過程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環對外做的功為 kJ.答案(1)C(2)B-C25解析(1)由理想氣體狀態方程和熱力學第一定律分析，A一B為等溫過程，內能不變，氣體的體積增大，氣體對外做功，A錯；B—>C過程為絕熱過程，氣體體積增大，氣體對外做功，因此內能減小，氣體分子的平均動能減小，B錯；C一D為等溫過程，氣體體積減小，單位體積內的分子數增多，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數增多，C正確；D-A為絕熱過程，氣體體積減小，外界對氣體做功，內能增大，溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線變化，D錯.(2)在以上循環過程中，內能減小的過程是B—＞。.由熱力學第一定律AU=Q+W得W=25kJ.力綜合提升練.如圖4所示，用輕質活塞在汽缸內封閉一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計，開始時活塞距離汽缸底部高度H1=0.60m,氣體的溫度T1=300K；現給汽缸緩慢加熱至T2=480K,活塞緩慢上升到距離汽缸底部某一高度H2處，此過程中缸內氣體增加的內能AU=300J.已知大氣壓強p0=1.0X105Pa,活塞橫截面積S=5.0X10-3m2.求：圖4(1)活塞距離汽缸底部的高度H2；(2)此過程中缸內氣體吸收的熱量Q.答案(1)0.96m(2)480J解析(1)氣體做等壓變化，根據蓋―呂薩克定律得：竿=H120.60m H2即300K=480K解得H2=0.96m(2)在氣體膨脹的過程中，氣體對外做功為：卬0=P0A丫=[L0x105x(0.96-0.60及5.0乂10一3]J=180J根據熱力學第一定律可得氣體內能的變化量為AU=-%+Q，＜Q=AU+%=480J..如圖5所示，豎直放置的汽缸內壁光滑，橫截面積為S=10-3m2,活塞的質量為m=2kg,厚度不計.在A、B兩處設有限制裝置，使活塞只能在A、B之間運動，B下方汽缸的容積為1.0X10-3m3,A、B之間的容積為2.0X10-4m3,外界大氣壓強p0=1.0X105Pa,開始時活塞停在B處，缸內氣體的壓強為0.9p0,溫度為27℃,現緩慢加熱缸內氣體，直至327℃.g=10m/s2,求:圖5(1)活塞剛離開B處時氣體的溫度12；(2)缸內氣體最后的壓強.答案(1)127℃(2)1.5X105Pa解析(1)活塞剛離開b處時，設氣體的壓強為p2,由二力平衡可得p2=p0+mg,解得p2=1.2X105Pa氣體發生等容變化，由查理定律得00??0=07PL，4=27℃，解得t,=127℃273+t273+t1 212pV(2)假設活塞最終移動到A處時缸內氣體最后的壓強為p,由理想氣體狀態方程得pvT73 273+t1p3V3,t=27℃,t=327℃,V=1.0X10-3m3,V=1.2X10-3m3.解得p=1.5X105Pa273+13 1 3 0 3 3因為p3>p2，故活塞最終移動到A處的假設成立..一定質量的理想氣體被活塞封閉在導熱汽缸內，如6s所示水平放置活塞的質量m=20kg,橫截面積S=100cm2,活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動但不漏氣，開始時汽缸水平放置，活塞與汽缸底的距離L1=12cm,離汽缸口的距離L2=3cm.外界氣溫為27℃,大氣壓強為1.0X105Pa,將汽缸緩慢地轉到開口向上的豎直位置，待穩定后對缸內氣體逐漸加熱，使活塞上表面剛好