第3講熱力學定律與能量守恒主干梳理 對點激活知識點熱力學第一定律1改變物體內能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞。2熱力學第一定律(1)內容一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(2)表達式：UQW。(3)UQW中正、負號法則 (4)UQW的三種特殊情況若過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對物體做的功等于物體內能的增加。外界對系統(tǒng)做功為0，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加。此處的W包含機械功、電流功等一切功。對于不涉及其他力做功的氣體等容過程，W0，QU。對于理想氣體，若過程是等溫的，即U0，則WQ0或WQ，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。知識點熱力學第二定律1熱力學第二定律的三種表述(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吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響?；虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C是不可能制成的?！?3)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(tǒng)的總熵不會減小。2熱力學第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。 知識點能量守恒定律1能量守恒定律的內容：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。2條件性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。例如，機械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無條件的，是一切自然現象都遵守的基本規(guī)律。3兩類永動機(1)第一類永動機：不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器。 違背能量守恒定律，因此不可能實現。(2)第二類永動機：從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不產生其他影響的機器。違背熱力學第二定律，不可能實現。4能源的利用(1)存在能量耗散和品質降低。(2)重視利用能源時對環(huán)境的影響。(3)要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質能、風能、水能等)。一 思維辨析1做功和熱傳遞的實質是相同的。()2絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內能一定減少20 J。()3根據熱力學第二定律可知，凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳導中熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體。()4熵增加原理說明一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。()5盡管技術不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機卻可以使溫度降到283 。()6對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機。()7在給自行車打氣時，會發(fā)現打氣筒的溫度升高，這是因為外界對氣體做功。()8自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失。()9利用河水的能量使船逆水航行的設想，符合能量守恒定律。()10熱機中，燃氣的內能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化。()答案1.2.3.4.5.6.7.89.10.二 對點激活1(人教版選修33P56T1改編)用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做了900 J的功，同時汽缸向外散熱210 J，汽缸里空氣的內能()A增加了1100 J B減少了1100 JC增加了690 J D減少了690 J答案C解析由熱力學第一定律UWQ，得U900 J210 J690 J，內能增加690 J。2(人教版選修33P61T2改編)(多選)下列現象中能夠發(fā)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解析熱量只會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯誤；機械能可以完全轉化為內能，而內能卻不能完全轉化為機械能，故B錯誤；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、水自動分離是因為泥沙的密度大于水，故可以分離，C正確；電冰箱通電后由于壓縮機做功從而將低溫物體的熱量傳到箱外的高溫物體，故D正確。3(2018石家莊一模)(多選)一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷三個過程(a到b、b到c、c到a)回到原狀態(tài)，其VT圖象如圖所示，pa、pb、pc分別表示狀態(tài)a、b、c時氣體的壓強，下列說法正確的是()A由a到b的過程中，氣體一定吸熱Bpc>pbpaC由b到c的過程中，氣體放出的熱量一定大于外界對氣體做的功D由b到c的過程中，每一個氣體分子的速率都減小E由c到a的過程中，氣體分子的平均動能不變答案ACE解析由a到b的過程中，氣體溫度升高，根據一定量的理想氣體內能只與溫度有關可知，氣體內能增大，又因為氣體體積不變，外界對氣體不做功，由熱力學第一定律可知，氣體一定吸熱，A正確；根據理想氣體狀態(tài)方程可知，pa<pcpb，B錯誤；由b到c的過程中，氣體做等壓變化，氣體的體積從3V0等壓壓縮到V0，外界對氣體做功，因溫度降低，氣體內能減小，由熱力學第一定律可知，氣體放出的熱量等于外界對氣體做的功和氣體內能減少量之和，即氣體放出的熱量一定大于外界對氣體做的功，C正確；由b到c的過程中，溫度降低，氣體分子平均動能減小，但不是每一個氣體分子的動能都減小，即不是每一個氣體分子的速率都減小，D錯誤；由c到a的過程中，氣體溫度不變，氣體分子的平均動能不變，E正確。4地球上有很多的海水，它的總質量約為1.41018噸，如果這些海水的溫度降低0.1 ，將要放出5.81023焦耳的熱量，有人曾設想將海水放出的熱量完全變成機械能來解決能源危機，但這種機器是不能制成的，其原因是()A內能不能轉化成機械能B內能轉化成機械能不滿足熱力學第一定律C只從單一熱庫吸收熱量并完全轉化成機械能而不產生其他影響的機器不滿足熱力學第二定律D上述三種原因都不正確答案C解析內能可以轉化成機械能，如熱機，A錯誤；內能轉化成機械能的過程滿足熱力學第一定律，即能量守恒定律，B錯誤；熱力學第二定律告訴我們：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，C正確?？键c細研 悟法培優(yōu)考點1熱力學第一定律改變內能的兩種方式的比較例1(2018太原二模)(多選)如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)1等溫變化到狀態(tài)2，再從狀態(tài)2絕熱變化到狀態(tài)3，此后，從狀態(tài)3等溫變化到狀態(tài)4，最后從狀態(tài)4絕熱變化回到狀態(tài)1。這種循環(huán)稱為卡諾循環(huán)。下列說法正確的是()A從1到2的過程中氣體吸收熱量B從2到3的過程中氣體對外界做功C從3到4的過程中氣體從外界吸收熱量D一次卡諾循環(huán)中，氣體對外界做的總功大于氣體從外界吸收的總熱量E一次卡諾循環(huán)中氣體向外界釋放的熱量小于吸收的熱量解題探究(1)一定質量的理想氣體的內能取決于_。提示：溫度(2)如何判斷氣體狀態(tài)變化過程是吸熱還是放熱？提示：根據體積變化判斷做功W的正負，根據溫度變化判斷U內能變化的正負，最后根據熱力學第一定律UQW來判斷是吸熱還是放熱。嘗試解答選ABE。從1到2的過程中氣體的溫度不變，內能不變，體積增大，氣體對外做功，由熱力學第一定律UWQ可知，氣體從外界吸收熱量，A正確；從2到3的過程中氣體體積增大，所以氣體對外界做功，B正確；從3到4的過程中氣體的溫度不變，內能不變，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知氣體向外界放出熱量，C錯誤；由pV圖象中圖線與橫軸圍成的面積等于該過程中氣體所做的功，可知一次卡諾循環(huán)氣體向外界做正功，由熱力學第一定律可知，一次卡諾循環(huán)氣體對外界做的總功等于氣體從外界吸收的熱量，D錯誤；因為一次卡諾循環(huán)總體上氣體從外界吸熱，所以向外界放出的熱量小于吸收的熱量，E正確?？偨Y升華應用熱力學第一定律的三點注意(1)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。(2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q0。(3)如果研究對象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，體現為分子動能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。變式11(2018東北三省三校模擬)(多選)對一定質量的理想氣體，下列說法正確的是()A該氣體在體積緩慢增大的過程中，溫度可能不變B該氣體在壓強增大的過程中，一定吸熱C該氣體被壓縮的過程中，內能可能減少D該氣體經等溫壓縮后，其壓強一定增大，且此過程一定放出熱量E如果該氣體與外界沒有發(fā)生熱量交換，則其分子的平均動能一定不變答案ACD解析由理想氣體狀態(tài)方程C可知V緩慢增大時，當pV不變時則溫度不變，A正確。同理p增大時如果V減小且pV不變，則T不變，內能U不變，外界對系統(tǒng)做正功W，由熱力學第一定律UWQ0，知Q為負，放出熱量，B錯誤。由C，分析知V減小時T可能減小，即內能可能減小，C正確。由C知氣體經等溫壓縮后，T不變，V減小，則p增大，外界對系統(tǒng)做正功，由U0WQ知Q為負，一定放出熱量，D正確。由UWQ知，當Q0時，如果W0，則U0，即溫度變化，分子平均動能變化，E錯誤。變式12 (2018武漢五月訓練)(多選)氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內為真空。航天員從太空返回氣閘艙時，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是()A氣體并沒有對外做功，氣體內能不變BB中氣體可自發(fā)地全部退回到A中C氣體溫度不變，體積增大，壓強減小D氣體體積膨脹，對外做功，內能減小E氣體體積變大，氣體分子單位時間對座艙壁單位面積碰撞的次數將變少答案ACE解析由于氣閘艙B內為真空，所以氣體在擴張過程中不會對外做功，系統(tǒng)與外界沒有熱交換，所以氣體內能不變，故A正確，D錯誤；根據熱力學第二定律可知，一切與熱現象有關的宏觀變化都是不可逆的，故B錯誤；理想氣體內能不變，溫度不變，由pVC可知，體積增大，壓強減小，故C正確；氣體體積變大，分子數密度n減小，溫度不變，分子平均動能不變，平均速率不變，所以氣體分子單位時間對座艙壁單位面積碰撞的次數將變少，故E正確。考點2熱力學第二定律1熱力學第一、第二定律的比較2兩類永動機的比較例2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盡管技術不斷進步，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(fā)展，第二類永動機可以制造出來解題探究(1)熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體嗎？提示：可以。(2)第二類永動機不違反能量守恒定律，所以可以制造出來嗎？提示：第二類永動機違反了熱力學第二定律，所以不能制造出來。嘗試解答選A。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用來做功轉化為機械能，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(fā)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，即須產生其他影響，B錯誤；盡管科技不斷進步，但熱機的效率永遠不能達到100%，制冷機也不能使溫度降到293 ，只能無限接近273.15 ，卻永遠不能達到，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，但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?？偨Y升華對熱力學第二定律的理解(1)在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產生其他影響”的涵義：“自發(fā)地”指不需要借助外界提供能量的幫助，指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性；“不產生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。(2)熱力學第二定律的實質：自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。如變式21(多選)關于第二類永動機，下列說法中正確的是()A第二類永動機沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機B第二類永動機違反了能量守恒定律，所以不可能制成C第二類永動機違背了熱力學第二定律，所以不可能制成D第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能E第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引起其他變化答案ACE解析沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機，故A正確；第二類永動機只是違反了熱力學第二定律，故B錯誤，C正確；機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引起其他變化，故E正確，D錯誤。變式22(2018南昌模擬)(多選)下列關于分子動理論和熱現象的說法中正確的是()A雨水沒有透過布雨傘是因為液體分子表面張力的原因B分子間的距離r增大，分子間的作用力一定做負功，分子勢能增大C自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性D懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間撞擊它的液體分子數越多，布朗運動越明顯E熵是物體內分子運動無序程度的量度答案ACE解析當分子力表現為斥力時，分子間的距離r增大，分子力做正功，分子勢能減?。划敺肿恿Ρ憩F為引力時，分子間的距離r增大，分子力做負功，分子勢能增大，B錯誤；懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間撞擊它的液體分子數越多，微粒受到的合力越接近于零，布朗運動越不明顯，D錯誤；由分子動理論基礎知識及熱力學第二定律知A、C、E正確。考點3氣體實驗定律與熱力學第一定律的綜合例3(2018南昌模擬) 如圖所示，一圓柱形絕熱汽缸豎直放置，通過絕熱活塞封閉著一定質量的理想氣體。活塞的質量為m，橫截面積為S，與汽缸底部相距h，此時封閉氣體的溫度為T1，現通過電熱絲緩慢加熱氣體，當氣體吸收熱量Q時，氣體溫度上升到T2。已知大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計活塞與汽缸的摩擦。求：(1)活塞上升的高度；(2)加熱過程中氣體的內能增加量。解題探究(1)通過電熱絲緩慢加熱氣體，活塞上升過程氣體經歷什么變化？提示：等壓變化。(2)氣體體積變大，氣體對外做功如何求解？提示：WpV。嘗試解答(1)hh(2)UQ(p0Smg)h(1)氣體發(fā)生等壓變化，有，解得hh。(2)加熱過程中氣體對外做功為WpSh(p0Smg)h，由熱力學第一定律知內能的增加量為UQWQ(p0Smg)h。總結升華氣體實驗定律與熱力學定律的綜合問題的處理方法(1)氣體實驗定律的研究對象是一定質量的理想氣體。(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵，根據不同的變化，找出相關的氣體狀態(tài)參量，利用相關規(guī)律解決。(3)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)做功WpV；只要溫度發(fā)生變化，其內能就發(fā)生變化。(4)結合熱力學第一定律UWQ求解問題。變式31(2018廣州調研)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的pV圖象如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)C時的溫度為300 K。則：(1)該氣體在狀態(tài)A、B時的溫度分別為多少？(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B是吸熱還是放熱？請說明理由。答案(1)TA450 K(或tA177 )TB300 K(或tB27 )(2)放熱，理由見解析解析(1)B到C過程，由理想氣體狀態(tài)方程知解得TBTC300 K(或tB27 )。又A到B為等容過程，有解得TA450 K(或tA177 )。(2)根據題圖可知，從A到B氣體體積不變，故外界對氣體做功W0由TA>TB可知，內能變化U<0根據熱力學第一定律UWQ，得Q<0即該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B放熱。變式32絕熱的活塞與汽缸之間封閉一定質量的理想氣體，汽缸開口向上置于水平面上，活塞與汽缸壁之間無摩擦，缸內氣體的內能UP72 J，如圖甲所示。已知活塞面積S5104 m2，其質量為m1 kg，大氣壓強p01.0105 Pa，重力加速度g10 m/s2。如果通過電熱絲給封閉氣體緩慢加熱，活塞由原來的P位置移動到Q位置，此過程封閉氣體的VT圖象如圖乙所示，且知氣體內能與熱力學溫度成正比。求：(1)封閉氣體最后的體積；(2)封閉氣體吸收的熱量。答案(1)6104 m3(2)60 J解析(1)以氣體為研究對象，根據蓋呂薩克定律，有：解得：VQ6104 m3。(2)由氣體的內能與熱力學溫度成正比：，解得：UQ108 J活塞從P位置緩慢移到Q位置，活塞受力平衡，氣體為等壓變化，以活塞為研究對象：pSp0Smg解得：pp01.2105 Pa外界對氣體做功：Wp(VQVP)24 J由熱力學第一定律：UQUPQW得氣體變化過程吸收的總熱量為Q60 J。高考模擬 隨堂集訓1(2018全國卷)(多選) 如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷過程、到達狀態(tài)e。對此氣體，下列說法正確的是()A過程中氣體的壓強逐漸減小B過程中氣體對外界做正功C過程中氣體從外界吸收了熱量D狀態(tài)c、d的內能相等E狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小答案BDE解析由理想氣體狀態(tài)方程可知，體積不變，溫度升高即Tb>Ta，則pb>pa，即過程中氣體的壓強逐漸增大，A錯誤；由于過程中氣體體積增大，所以過程中氣體對外做功，B正確；過程中氣體體積不變，對外做功為零，溫度降低，內能減小，根據熱力學第一定律，過程中氣體放出熱量，C錯誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，根據理想氣體的內能只與溫度有關，可知狀態(tài)c、d的內能相等，D正確；由理想氣體狀態(tài)方程C可得pC，即TV圖中的點與原點O的連線的斜率正比于該點的壓強，故狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小，E正確。2(2018全國卷)(多選) 如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如pV圖中從a到b的直線所示。在此過程中()A氣體溫度一直降低B氣體內能一直增加C氣體一直對外做功D氣體一直從外界吸熱E氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功答案BCD解析一定質量的理想氣體從a到b的過程，由理想氣體狀態(tài)方程可知，Tb>Ta，即氣體的溫度一直升高，A錯誤；根據理想氣體的內能只與溫度有關，可知氣體的內能一直增加，B正確；由于從a到b的過程中氣體的體積增大，所以氣體一直對外做功，C正確；根據熱力學第一定律，從a到b的過程中，氣體一直從外界吸熱，D正確；氣體吸收的熱量一部分增加內能，一部分對外做功，E錯誤。3(2017全國卷)(多選) 如圖，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(fā)擴散至整個汽缸。待氣體達到穩(wěn)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(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是()A氣體自發(fā)擴散前后內能相同B氣體在被壓縮的過程中內能增大C在自發(fā)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解析氣體向真空膨脹時不受阻礙，氣體不對外做功，由于汽缸是絕熱的，沒有熱交換，所以氣體擴散后內能不變，選項A正確。氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，且沒有熱交換，根據熱力學第一定律，氣體的內能增大，選項B、D正確。氣體在真空中自發(fā)擴散的過程中不對外做功，選項C錯誤。氣體在被壓縮的過程中，內能增大，由于一定質量的理想氣體的內能完全由溫度決定，溫度越高，內能越大，氣體分子的平均動能越大，選項E錯誤。4(2017全國卷)(多選) 如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經過等容過程ab到達狀態(tài)b，再經過等溫過程bc到達狀態(tài)c，最后經等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是()A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ab過程是等容變化，ab過程壓強增大，溫度升高，氣體內能增大，A正確。而由于體積不變，氣體對外界不做功，C錯誤。ca過程是等壓變化，體積減小，外界對氣體做功，B正確。體積減小過程中，溫度降低，內能減小，氣體要放出熱量，E錯誤。bc過程是等溫變化，內能不變，體積增大，氣體對外界做功，則需要吸收熱量，D正確。5(2017江蘇高考)(多選) 一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其VT圖象如圖所示。下列說法正確的是()AAB的過程中，氣體對外界做功BAB的過程中，氣體放出熱量CBC的過程中，氣體壓強不變DABC的過程中，氣體內能增加答案BC解析AB過程是等溫變化，氣體內能不變，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律知，氣體要放出熱量，選項A錯誤，B正確。BC過程中，是一個常數，為等壓變化，選項C正確。ABC整個過程，溫度降低，氣體內能減少，選項D錯誤。6(2016全國卷)(多選)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(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡答案BDE解析若氣體吸熱的同時對外做功，則其溫度不一定升高，A錯誤；做功是改變物體內能的途徑之一，B正確；理想氣體等壓膨脹，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程C知，氣體溫度升高，內能增加，故一定吸熱，C錯誤；根據熱力學第二定律知D正確；如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)與第三個系統(tǒng)的溫度均相等，則這兩個系統(tǒng)之間也必定達到熱平衡，故E正確。7. (2016全國卷)(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是()A氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)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(tài)方程C知，VC，因此氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，故A項正確；對理想氣體而言，內能由溫度決定，因Ta>Tc，故氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能，B項正確；過程cd為等溫變化，內能不變(U0)，壓強變大，體積減小，外界對氣體做功(W>0)，由熱力學第一定律UWQ，知Q<0，故為放熱過程且W|Q|，C項錯誤；過程da為等壓變化，溫度升高，體積變大，氣體的內能增大，U>0，對外做功，W<0，由UWQ，知該過程吸熱且Q>|W|，D項錯誤；bc和da過程中溫度改變量相同，故體積變化量與壓強的乘積相同，由WFlpSlpV知，E項正確。8(2016全國卷)(多選)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解析由于非理想氣體分子間作用力不可忽略，內能還包括分子勢能，則氣體的內能與體積有關，再者即使是理想氣體，內能取決于溫度和分子數目，質量相同的氣體，當分子數目不同、溫度相同時，內能也不相同，故A項錯誤；物體的內能與其機械運動無關，B項錯誤；由熱力學第一定律知，氣體被壓縮時，若同時向外散熱，則內能可能保持不變，C項正確；對于一定量的某種理想氣體，其內能只取決于分子平均動能，而溫度是分子平均動能的標志，所以D項正確；一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，由理想氣體狀態(tài)方程C知，p不變，V增大，則T增大，即內能增大，故E項正確。9(2018江蘇高考) 如圖所示，一定質量的理想氣體在狀態(tài)A時壓強為2.0105 Pa，經歷ABCA的過程，整個過程中對外界放出61.4 J熱量。求該氣體在AB過程中對外界所做的功。答案138.6 J解析整個過程中，外界對氣體做功WWABWCA，且WCApA(VCVA)，由熱力學第一定律UQW，以及U0，得WAB(QWCA)，代入數據得WAB138.6 J，即氣體對外界做的功為138.6 J。10(2018全國卷) 如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質量的理想氣體。已知活塞質量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止狀態(tài)，上、下方氣體壓強均為p0，溫度均為T0?，F用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處。求此時汽缸內氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。答案T0(p0Smg)h解析開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經歷等容過程，直至活塞開始運動。設此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據查理定律有根據力的平衡條件有p1Sp0Smg聯(lián)立式可得T1T0此后，汽缸中的氣體經歷等壓過程，直至活塞剛好到達b處，設此時汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2。根據蓋呂薩克定律有式中V1SHV2S(Hh)聯(lián)立式解得T2T0從開始加熱到活塞到達b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為W(p0Smg)h。配套課時作業(yè)時間：60分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共8小題，每小題5分，共40分。其中 12為單選，38為多選)1關于能量和能源，下列說法正確的是()A在能源利用的過程中，能量在數量上并未減少B由于自然界中總的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源C能量耗散說明能量在轉化過程中不斷減少D人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造答案A解析根據能量守恒定律可知，在能源使用過程中，能量在數量上并未減少，故A正確，C錯誤；雖然自然界中的總能量不會減少，但是能源的品質會降低，無法再利用，故還需要節(jié)約能源，故B錯誤；根據能量守恒可知，能量不會被創(chuàng)造，也不會消失，故D錯誤。2如圖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(huán)，在蒸發(fā)器中的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。下列說法正確的是()A熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)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電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律D電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律答案B解析熱力學第一定律是熱現象中內能與其他形式能的轉化或內能轉移的規(guī)律，是能的轉化和守恒定律的具體表現，適用于所有的熱學過程，C錯誤；由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)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了電能，B正確，A、D錯誤。3(2019安徽省示范高中考試)下列說法正確的是()A液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離，所以液體表面存在表面張力B由阿伏加德羅常數、氣體的摩爾質量和氣體的密度，可以估算出氣體分子間的平均距離C分子平均速率大的物體的溫度比分子平均速率小的物體的溫度高D機械能不可能全部轉化為內能，內能也無法全部用來做功轉化成機械能E分子間的引力和斥力同時存在，都隨分子間距離的增大而減小答案ABE解析液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離，液體表面層分子間表現為引力，所以液體表面存在表面張力，A正確；由阿伏加德羅常數、氣體的摩爾質量和氣體的密度，可以估算出氣體每個分子所占的空間體積，進而估算出分子間的平均距離，B正確；溫度是分子平均動能的標志，對于兩個物體來說，分子質量可能不同，分子平均速率大的物體的分子平均動能不一定大，溫度不一定高，C錯誤；機械能可以全部轉化為內能，D錯誤；分子間的引力和斥力同時存在，而且都隨分子間距離的增大而減小，E正確。4(2018云南七校適應性考試)下列說法中錯誤的是()A一定量氣體經過不同物理過程而溫度沒有改變，氣體與外界可以不做功B功可以全部轉化為熱量，熱量也可以全部轉化為功C第二類永動機無法制成是因為它違背了熱力學第一定律D在孤立系統(tǒng)中，一個自發(fā)的過程熵總是向減少的方向進行E熵值越大，說明系統(tǒng)的分子運動越無序答案BCD解析一定量的氣體可以先吸熱而后又放熱，最后溫度保持不變，A正確；功是能量轉化的過程量，不能說功轉化成熱量，只能說機械能轉化為內能，B錯誤；第二類永動機無法制成是因為它違背了熱力學第二定律，C錯誤；在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的熵總是向增加的方向進行，D錯誤；熵是系統(tǒng)內分子運動無序程度的量度，熵越大，分子運動無序程度越大，E正確。本題選錯誤的，故答案為B、C、D。5(2018長沙名校階段測試)關于熱力學定律的說法正確的是()A熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體B一切宏觀熱現象的過程一定是從無序狀態(tài)慢慢向有序狀態(tài)過渡C無論科技多么先進，熱力學溫度的0 K一定不可能達到D一絕熱汽缸中封閉一定質量的理想氣體，當氣體體積膨脹時，其溫度一定降低E一導熱汽缸中封閉一定質量的理想氣體，當缸外溫度緩慢升高時，氣體可能對外界做功答案ACE解析熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，但會引起其他變化，A正確；一切宏觀熱現象的過程一定是從有序狀態(tài)慢慢向無序狀態(tài)過渡，B錯誤；熱力學溫度的0 K永遠不能達到，C正確；絕熱汽缸中理想氣體與外界沒有熱交換，當氣體自由膨脹時，不對外做功，其內能不變，則溫度不變，D錯誤；導熱汽缸，汽缸外溫度緩慢升高時，氣體內能增加，氣體可能對外界做功，且氣體對外界做的功小于氣體從外界吸收的熱量，E正確。6(2016海南高考)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經歷過程1或者過程2到達狀態(tài)N，其pV圖象如圖所示，在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經歷等容變化再經歷等壓變化。對于這兩個過程，下列說法正確的是()A氣體經歷過程1，其溫度降低B氣體經歷過程1，其內能減小C氣體在過程2中一直對外放熱D氣體在過程2中一直對外做功E氣體經歷過程1的內能改變量與經歷過程2的相同答案ABE解析氣體經歷過程1，壓強減小，體積變大，氣體膨脹對外做功，且無熱交換，所以內能減小，故溫度降低，A、B正確；氣體在過程2中，根據理想氣體狀態(tài)方程C，則開始時，氣體體積不變，壓強減小，則溫度降低，對外放熱；然后壓強不變，體積變大，氣體膨脹對外做功，則溫度升高，需要吸熱，故C、D錯誤；過程1和過程2的初、末狀態(tài)相同，故氣體內能改變量相同，E正確。7對于一定質量的理想氣體，下列說法正確的是()A若氣體的壓強和體積都不變，其內能也一定不變B若氣體的內能不變，其狀態(tài)也一定不變C若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大D氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經歷的過程有關E當氣體溫度升高時，氣體的內能一定增大答案ADE解析一定質量的理想氣體，C，p、V不變，則T不變，分子平均動能不變，又理想氣體分子勢能為零，故氣體內能不變，A正確；理想氣體內能不變，則溫度T不變，由C知，p及V可以變化，故狀態(tài)可以變化，B錯誤；等壓變化過程，溫度升高、體積增大，故C錯誤；由熱力學第一定律UQW知，溫度升高1 K，內能增量U一定，而外界對氣體做的功W與經歷的過程可能有關(如體積變化時)，因此吸收的熱量與氣體經歷的過程也有關，D正確；溫度升高，分子平均動能增大，理想氣體分子勢能為零，故內能一定增大，E正確。8(2019四省八校雙教研聯(lián)盟聯(lián)考)一定質量的理想氣體由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，再由狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其壓強p與溫度t的關系如圖所示，下列說法正確的是()A氣體由a到b為等容變化B氣體在狀態(tài)a的內能大于在狀態(tài)b的內能C氣體由b到c的過程必放熱D氣體在狀態(tài)a的體積小于在狀態(tài)c的體積Eb到c的過程是等壓過程，溫度升高，氣體對外做功答案BDE解析由查理定律C(恒量)，T273 Kt可知等容過程的壓強p隨溫度t變化的圖線(pt圖線)不過坐標原點，A錯誤；氣體在狀態(tài)a的溫度高于在狀態(tài)b的溫度，根據理想氣體的內能只與溫度有關可知，氣體在狀態(tài)a的內能大于在狀態(tài)b的內能，B正確；氣體由b到c的過程為溫度升高的等壓過程，由蓋呂薩克定律可知，溫度升高，其體積必然增大，對外做功，又內能增大，根據熱力學第一定律，氣體必須吸收熱量，C錯誤，E正確；由于氣體在狀態(tài)a與狀態(tài)c的溫度相同，在狀態(tài)a的壓強更大，所以氣體在狀態(tài)a的體積小于在狀態(tài)c的體積，D正確。二、非選擇題(本題共4小題，共60分)9(2018長春質監(jiān))(15分)如圖1，在一個密閉的汽缸內有一定質量的理想氣體，如圖2所示是它從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的VT圖象，已知AB的反向延長線通過坐標原點O，氣體在狀態(tài)A時的壓強為p1.0105 Pa，在從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體吸收的熱量Q7.0102 J，求此過程中氣體內能的增量U。答案5.0102 J解析由題圖2中VT圖象的圖線經過坐標原點可以判斷，理想氣體做等壓變化。由蓋呂薩克定律得氣體對外做的功Wp(VBVA)解得W200 J根據熱力學第一定律知UWQ解得U5.0102 J。10(2018安徽聯(lián)考)(15分)如圖所示，導熱性能良好的管道A、B、C橫截面積相等，開始時管道B、C中的水銀柱高度均為h124 cm，管道A左側活塞與水銀柱之間封閉了長度為L160 cm的理想氣體，大氣壓強為76 cmHg。緩慢移動活塞，使管道B、C中的水銀柱均上升h20 cm，管道A中的氣體未進入管道B、C中，外界氣溫恒定。(1)求該過程中活塞移動的距離；(2)判斷該過程管道A中的氣體吸熱還是放熱，并說明理由。答案(1)50 cm(2)放熱理由見解析解析(1)設管道的橫截面積為S，氣體溫度不變，初狀態(tài)：p1p0gh1100 cmHg，體積為V1L1S末狀態(tài)：p2p0g(h1h)120 cmHg，體積為V2L2S根據玻意耳定律：p1V1p2V2代入數據解得：L250 cm該過程中活塞移動的距離x2hL1L250 cm(2)氣體體積變小，外界對氣體做功，氣體發(fā)生等溫變化，內能不變。由熱力學第一定律可知氣體放熱。11(2018長沙聯(lián)考)(15分)如圖甲所示，一圓柱形導熱汽缸水平放置，通過絕熱活塞封閉著一定質量的理想氣體，此時封閉氣體的絕對溫度為T?；钊c汽缸底部相距L；現將汽缸逆時針緩慢轉動直至汽缸處于豎直位置，如圖乙所示，此時活塞與汽缸底部相距L；現給汽缸外部套上絕熱泡沫材料(未畫出)且通過電熱絲緩慢加熱封閉氣體，當封閉氣體吸收熱量Q時，氣體的絕對溫度上升到T。已知活塞的橫截面積為S，外界環(huán)境溫度恒為T，大氣壓強為p0，重力加速度大小為g，不計活塞與汽缸的摩擦。求：(1)活塞的質量m；(2)加熱過程中氣體內能的增加量。答案(1)(2)Qp0SL解析(1)汽缸從水平位置轉到豎直位置，封閉氣體發(fā)生等溫變化，設轉動后封閉氣體壓強為p1，根據玻意耳定律有p0LSp1LSp1Smgp0S解得p1p0m。(2)對封閉氣體加熱，活塞上升，封閉氣體發(fā)生等壓變化，根據蓋呂薩克定律有解得LL加熱過程中氣體對外做功為Wp1SL由熱力學第一定律知內能的增加量為UQW解得UQp0SL。12(2018太原一模) (15分)如圖所示，導熱良好的汽缸開口向上豎直固定在水平面上。缸內輕質光滑活塞封閉一段一定質量的理想氣體。一根不可伸長的細繩繞過定滑輪，一端拴住活塞，另一端拴著質量為m的重物處于平衡狀態(tài)。此時氣體體積為V。用手托著重物，使其緩慢上升，直到細繩剛開始松弛但并未彎曲。已知大氣壓強為p0，活塞橫截面積為S，環(huán)境溫度保持不變。求：(1)從重物開始被托起到最高點的過程中，活塞下降的高度；(2)之后從靜止釋放重物，重物下落到最低點未與地面接觸時，活塞在汽缸內比最初托起重物前的位置上升了H。若氣體的溫度不變，則氣體吸收的熱量是多少？答案(1)(2)(p0Smg)(H)解析(1)對活塞受力分析可知，未托重物時，活塞內氣體壓強p1p0，氣體體積是V1V，托起重物到最高點時，活塞內氣體壓強p2p0，氣體體積是V2VhS，根據理想氣體狀態(tài)方程可知：p1V1p2V2，解得h。(2)以活塞為研究對象，設活塞從最低點到最高點的過程中，封閉氣體對活塞做功為W，則根據動能定理有：Wmg(Hh)p0S(Hh)00，得氣體對活塞做功，即對外做功為Wp0S(Hh)mg(Hh)外界對氣體做功：WW，根據熱力學第一定律，理想氣體的溫度不變，則內能不變：UQW0，氣體吸收的熱量QWW(p0Smg)(H)。