2021届山东新高考物理一轮复习讲义：第12章 第3节 热力学定律与能量守恒定律 Word版含答案

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。

权掇市安稳阳光实验学校第3讲热力学定律与能量守恒对应学生用书P204热力学第一、二定律Ⅰ(考纲要求)1．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热量与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W(3)符号规定做功W 外界对物体做功W>0 物体对外界做功W<0吸放热Q 物体从外界吸收热量Q>0 物体向外界放出热量Q<0内能变化ΔU 物体内能增加ΔU>0 物体内能减少ΔU<02.(1)表述一：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．(2)表述二：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．能量守恒定律(1)能量守恒定律的内容：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另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变．(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．例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律．(3)两类永动机①第一类永动机不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器．不能制成的原因：违背能量守恒定律．②第二类永动机从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器．不能制成的原因：违背了热力学第二定律．1．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU.(2)若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU.(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.2．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．3．热力学过程方向性实例(1)高温物体热量Q能自发传给热量Q不能自发传给低温物体(2)功能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为热(3)气体体积V 1能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B能自发混合成不能自发分离成混合气体AB1．对热力学第二定律，下列理解正确的是( )．A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的C．热量不可能由低温物体传递到高温物体D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成解析由热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C错；第二类永动机并不违反能量守恒，却违背了热力学第二定律，故A、D错，B正确．答案B2．一定量气体，吸热200 J，内能减少20 J，下列说法中正确的是( )．A．气体对外做功180 J B．气体对外做功220 JC．外界对气体做功180 J D．外界对气体做功220 J解析根据ΔU＝Q＋W，Q＝200 J，ΔU＝－20 J．所以W＝－220 J，即对外做功220 J，B项正确．答案B3．关于热力学定律，下列说法正确的是( )．A．在一定条件下物体的温度可以降到0 KB．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C．吸收了热量的物体，其内能一定增加D．压缩气体总能使气体的温度升高答案B图1－3－14．(2010·广东高考)如图1－3－1所示是密闭的汽缸，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 J解析由热力学第一定律知：由W＋Q＝ΔU得：ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，B、D错，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600 J>0，故温度一定升高，A选项正确，C错．答案A5．(2011·福州质检)(1)下列关于分子运动和热现象的说法中正确的是________(填选项前的字母)．A．布朗运动反映了悬浮微粒中分子运动的无规则性B．冰融化为同温度的水时，其分子势能增加C．热机效率不可能提高到100%……，因为它违背了热力学第一定律D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力(2)一定质量的理想气体，体积变大的同时，温度也升高了，那么下面判断正确的是________(填选项前的字母)．A．单位体积内分子数一定增多B．气体的压强一定保持不变C．气体一定从外界吸收热量D．外界一定对气体做正功答案(1)B (2)C6．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂．已知气泡在湖底的体积为2 mL，压强为1.5×105 Pa，在湖面的压强为1.0×105 Pa.若气泡内的气体视为理想气体，求：(1)气泡在湖面时的体积；(2)若气泡在上升过程中对外做功0.1 J，则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？解析(1)由玻意耳定律得p1V1＝p2V2①代入数据解得V2＝3 mL.②(2)由于气体是理想气体，所以当温度不变时，其内能不变，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝－W＝0.1 J，即吸收0.1 J的热量．答案(1)3 mL (2)吸收热量0.1 J对应学生用书P206考点一热力学定律及能量守恒定律的理解及应用【典例1】一定质量的气体，在从一个状态①变化到另一个状态②的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？解析(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J气体的内能增加了160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从②状态回到①状态的过程中内能的变化应等于从①状态到②状态的过程中内能的变化，则从②状态到①状态的内能应减少160 J即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.答案(1)增加了160 J (2)外界对气体做功80 J——热力学第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系ΔU＝W＋Q，使用时注意符号法则(简记为：外界对系统取正，系统对外取负)．对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0.【变式1】(2011·江苏四市联考)一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′.如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则( )．A．W1>W2，Q1<Q2，ΔU1>ΔU2B．W1>W2，Q1>Q2，ΔU1>ΔU2C．W1<W2，Q1＝Q2，ΔU1>ΔU2D．W1＝W2，Q1>Q2，ΔU1>ΔU2解析由热力学第一定律：ΔU1＝W1＋Q1，ΔU2＝W2＋Q2，若通过压强不变的过程实现体积膨胀，则由pVT为恒量，可知温度必定升高，对理想气体，内能必定增大，ΔU1>0，W1<0，Q1>0，且|Q1|>|W1|；若通过温度不变的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，ΔU2＝0，W2<0，Q2>0，且|Q2|＝|W2|，则ΔU1>ΔU2；由于气体对外做功的过程中，体积膨胀，通过温度不变的方式，由pVT为恒量，可知压强必定减小，则平均压强比通过压强不变的过程时的压强要小，故W1>W2，Q1>Q2.B选项正确．答案B考点二气体实验定律与热力学定律综合【典例2】图1－3－2如图1－3－2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分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U 与温度T 的关系为U＝αT ，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：(1)汽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Q .解析 (1)在气体由p ＝1.2p 0下降到p 0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4 T 0变为T 1，由查理定律得T 1T ＝p 0p在气体温度由T 1变为T 0的过程中，体积由V 减小到V 1，气体压强不变，由盖·吕萨克定律得V V 1＝T 1T 0解得⎩⎪⎨⎪⎧T 1＝2T 0V 1＝12V(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W ＝p 0(V －V 1)在这一过程中，气体内能的减小为ΔU ＝α(T 1－T 0) 由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q ＝W ＋ΔU解得Q ＝12p 0V ＋αT 0.答案 (1)12V (2)12p 0V ＋αT 0【变式2】如图1－3－3所示，教室内用截面积为0.2 m 2的绝热活塞，将一定质量的理想气体封闭在圆柱汽缸内，活塞与汽缸之间无摩擦．a 状态是汽缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，活塞离汽缸底部的高度为0.6 m ；b 状态是汽缸从容器中移出后达到的平衡状态，活塞离汽缸底部的高度为0.65 m ．设室内大气压强始终保持1.0×105Pa ，忽略活塞质量．图1－3－3(1)求教室内的温度；(2)若气体从a 状态变化到b 状态的过程中，内能增加了560 J ，求此过程中气体吸收的热量．解析 (1)由题意知气体是等压变化，设教室内温度为T 2，由V 1T 1＝V 2T 2 知T 2＝V 2T 1V 1＝295.75 K.(2)气体对外界做功为W ＝p 0S (h 2－h 1)＝103J. 由热力学第一定律得Q ＝1 560 J. 答案 (1)295.75 K (2)1 560 J对应学生用书P2071．夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂．关于这一现象的描述(暴晒过程中内胎容积几乎不变)，下列说法错误的是( )．A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C．在车胎突然爆裂前的瞬间，气体内能增加D．在车胎突然爆裂后的瞬间，气体内能减少解析分析题意得：车胎在阳光下暴晒，爆裂前内能增加，气体的温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强变大，所以选项B和C是正确的，易知选项A是错误的．当车胎突然爆裂的瞬间，气体膨胀对外做功，温度也会有所下降，所以气体内能减少，选项D正确．答案A2．(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )．A．从外界吸热 B．对外界做负功C．分子平均动能减小 D．内能增加解析胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大气体对外界做正功．根据热力学第一定律，气体一定从外界吸热．A正确．答案A3．(2011·全国卷Ⅰ，14改编)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )．A．气体吸收的热量不能完全转化为功B．气体体积增大时，其内能一定减少C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．外界对气体做功，气体内能可能减少解析由热力学第二定律的表述之一：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，即气体吸收热量在引起其他变化的情况下，可以完全转化为功，知A选项错误；气体的内能由气体的温度和体积共同决定，气体体积增大，内能不一定减少，故B项错误；由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W，若物体从外界吸热，即Q>0但同时对外做功，即W<0.且Q＋W<0，则内能减少，故C错；若外界对气体做功，即W>0，但同时向外界放热，即Q<0，且Q＋W<0，所以D项正确．答案D4．(2011·广东卷，14)如图1－3－4所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动．设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的动程中( )．图1－3－4A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小解析筒内气体不与外界发生热交换，当气体体积变小时，则外界对气体做功，气体的内能增大，A正确．答案A5．(2011·全国卷，33改编)对于一定量的理想气体，下列说法错误的是( )．A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．若气体的内能不变，其状态也一定不变C．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关D．当气体温度升高时，气体的内能一定增大解析理想气体的内能只由温度决定，由理想气体状态方程pVT＝C可知，若气体的压强和体积都不变，温度T也不变，所以内能也一定不变，A、D选项正确．若气体的内能不变，则温度T不变，但气体的压强和体积可以改变，B 项错误．由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，C选项正确．答案B6．(2010·全国Ⅱ理综改编)如图1－3－5所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中( )．图1－3－5A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度降低解析因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，由ΔU＝W ＋Q知内能不变，故选项A错误、选项B正确．稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p2V2和V1<V2知p1>p2，即气体压强变小，故选项C错误、选项D错误．答案B对应学生用书P305 1．二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。

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.。

4 能源与可持续发展1.知道自然界中能量的转化情况，知道能量守恒定律的内容.2.知道能量转移或转化的方向性，知道什么是能量耗散.3.知道什么是不可再生能源和可再生能源，了解能源的利用与社会发展的关系．一、能量守恒定律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．这个规律叫作能量守恒定律．二、能量转移或转化的方向性1．能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．2．能量耗散(1)能量耗散的概念：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用．(2)能量品质降低：能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源．(3)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．三、能源的分类与应用1．可再生能源：在自然界中可以再生的能源，如：水能、风能、潮汐能等．2．不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等．3．我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电．四、能源与社会发展1．人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期．2．人类社会可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡．人类要树立新的能源安全观，转变能源的供需模式：既要提倡节能，又要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源．一、能量的转化与守恒1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．2．能量守恒定律的适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．3．能量守恒定律的表达式(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．4．应用步骤(1)明确研究对象及研究过程；(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．二、能源的分类与应用1．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能2．能源的分类(1)可再生能源：自然界可以源源不断地提供，或在自然界中可以再生，如：水能、风能、潮汐能．(2)不可再生能源：自然界无法在短时间内再生，如：煤炭、石油、天然气．三、能源与社会发展1．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．2．能源和环境污染(1)温室效应：石油、煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应．温室效应造成的影响：温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染物．1．以下属于一次能源的是（）A．太阳能B．电能C．煤气D．焦炭2．在阳光的照射下，悬挂在墙上的太阳能小风扇快速转动，这说明（）A．动能可以凭空产生B．不同形式的能可以相互转化C．可以制造出不需要消耗能量的“永动机”D．太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源3．能量守恒定律是自然界最基本的规律之一。

【高三】2021届高考物理第一轮考纲知识复习热力学定律与能量守恒【高三】2021届高考物理第一轮考纲知识复习热力学定律与能量守恒第三章热力学定律和能量守恒【考纲知识梳理】一、了解温度、内能、热量和功二、改变内能的两种方式1.改变物体内能的方法通常有两种：功和热传递。

（1）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质的区别。

（2）做功涉及内部能量和其他能量之间的传递；热传递只涉及不同物体之间的内部能量传递。

三、对热力学第一定律的理解1.热力学第一定律（第一种永动机无法制造）做功和热传递都能改变物体的内能。

也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。

但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。

（1）内容：外部世界对物体所做的功w加上物体从外部吸收的热量Q等于物体内能δe的增加（2）表达式:δe=q+w这在物理学中叫做热力学第一定律。

表达式中的符号规则：W为正值，表示外部世界对对象所做的功；W为负值，表示对象对外部世界起作用；q为正值，表示物体从外界吸热；q为负值，表示物体对外界放热；δE为正值，表示物体的内能增加；δE为负值，表示物体的内能降低2、能的转化和守恒定律能量既不会从稀薄的空气中产生，也不会被破坏或消失。

它只能从一种形式转换到另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，但总能量保持不变。

这就是能量转换和守恒定律(1)能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，违背该定律的第一类永动机是无法实现的.（2）不同形式的物质运动对应不同形式的能量。

在一定条件下，各种形式的能量可以转化或转移。

在转化或转移过程中，总能量是守恒的四、对热力学第二定律的理解1.热传导的方向性：热传导的过程是有方向的。

这个过程可以在一个方向上自发地进行（热量将从高温物体自发地传递到低温物体），但不能在相反的方向上自发地进行。

2、机械能与内能转化的方向性:机械能可以全部转化为内能,而内能不可能全部转化为机械能而不引起其它的变化.3.热力学第二定律(1)表述：① 在不引起其他变化（根据热传导的方向性表示）的情况下，将热量从低温物体传递到高温物体是不可能的。

2021届高考物理一轮复习-热力学定律与能量守恒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)表达式：ΔU＝Q＋W．3．能的转化和守恒定律(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．(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机．它是不可能制成的．特别提示：(1)做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的：做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移．(2)气体向真空中自由膨胀不做功．命题视角1改变内能的两种方式(2015·高考北京卷)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[思路点拨]物体内能的变化需看两方面：做功和热传递．[解析]根据热力学第一定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错误，选项C正确；物体放出热量同时对外做功，则Q＋W<0，内能减小，选项D错误．[答案] C命题视角2气体内能的变化判断(2015·高考重庆卷)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[审题点睛]对一定质量的理想气体，内能的大小只看温度；体积的变化决定做功情况．[解析]中午，车胎内气体温度升高，内能增大，车胎体积增大，气体对外做功．选项D正确．[答案] D命题视角3图象问题(2015·高考福建卷)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，则()A．T b>T c，Q ab>Q ac B．T b>T c，Q ab<Q acC．T b＝T c，Q ab>Q ac D．T b＝T c，Q ab<Q ac[解析] 由理想气体状态方程可知p a V a T a ＝p c V c T c ＝p b V bT b ，即2p 0·V 0T c ＝p 0·2V 0T b，得T c ＝T b ，则气体在b 、c 状态内能相等，因a 到b 和a 到c 的ΔU 相同；而a 到c 过程中气体体积不变，W ＝0，a 到b 过程中气体膨胀对外做功，W ＜0，根据热力学第一定律：ΔU ＝Q ＋W 可知a 到b 的吸热Q ab 大于a 到c 的吸热Q ac ，即Q ab ＞Q ac .选项C 正确．[答案] C1．[视角1](2015·高考广东卷)如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )A ．内能增大B ．压强增大C ．分子间引力和斥力都减小D ．所有分子运动速率都增大解析：选AB.在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A 正确；根据pT ＝C 知，气体的压强增大，选项B 正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C 错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D 错误．2．[视角2](2016·东北三校联考)如图所示，一个绝热的汽缸竖直放置，上方有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将汽缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体A 和B .活塞的质量为m ，横截面积为S ，与隔板相距h .现通过电热丝缓慢加热气体A ，当气体吸收热量Q 时，活塞上升了h ，此时气体的温度为T 1.已知大气压强为p 0，重力加速度为g .(1)加热过程中，若A 气体内能增加了ΔE 1，求B 气体内能增加量ΔE 2；(2)现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时A 气体的温度为T 2.求此时添加砂粒的总质量Δm .解析：(1)B 气体对外做功W ＝p 1Sh ＝(p 0S ＋mg )h 由热力学第一定律得ΔE 1＋ΔE 2＝Q －W 解得ΔE 2＝Q －(mg ＋p 0S )h －ΔE 1. (2)B 气体的初状态p 1＝p 0＋mgS ；V 1＝2hS ；T 1B 气体末状态p 2＝p 0＋(m ＋Δm )gS ；V 2＝hS ；T 2由理想气体状态方程p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2解得Δm ＝⎝⎛⎭⎫2T 2T 1－1⎝⎛⎭⎫p 0S g ＋m . 答案：见解析3．[视角3](2014·高考全国卷Ⅰ)一定量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程ab 、bc 、ca 回到原状态，其p －T 图象如图所示．下列判断正确的是( ) A ．过程ab 中气体一定吸热B ．过程bc 中气体既不吸热也不放热C ．过程ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热D ．a 、b 和c 三个状态中，状态a 分子的平均动能最小E ．b 和c 两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同解析：选ADE.对一定质量的理想气体，由pVT＝C 进行状态分析．由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 进行吸放热、做功分析．在不同坐标系中要注意各种图象的不同，从图象中找出体积、温度、压强的变化情况．由p －T 图象可知过程ab 是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab 一定吸热，选项A 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，选项B 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，选项C 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，选项D 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，选项E 正确．1．对公式ΔU ＝Q ＋W 符号的规定2.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，即Q ＝0，则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．考点二 热力学第二定律1．三种表述(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． (3)用熵的概念进行表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小． 2．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．3．第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机．这类永动机不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，也是不可能制成的．4．下列关于热现象的描述不正确的是( )A ．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%B ．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C ．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D ．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的E ．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：(1)热力学定律的内容及意义．(2)对温度、分子运动论等规律的理解．[解析] 根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此，热机的效率不可能达到100%，选项A 正确；做功是通过能量转化改变系统的内能，热传递是通过能量的转移改变系统的内能，选项B 错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，选项C 正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，选项D 错误．由热力学第二定律知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，空调机作为制冷机使用时，消耗电能，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，选项E 错误．[答案] BDE4．关于热力学定律，下列说法正确的是( )A ．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量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E ．机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程解析：选ACE.由ΔU ＝W ＋Q 可知做功和热传递是改变物体内能的两种途径，它们是等效的，故A 正确、B 错误．由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之全部变为功，但会产生其他影响，故C 正确．由热力学第二定律知，热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体，D 错误．一切与热现象有关的宏观过程不可逆，则E 正确．对热力学第二定律的理解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．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．热力学过程方向性实例(1)高温物体热量Q能自发传给热量Q不能自发传给低温物体(2)功能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为热(3)气体体积V 1能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B能自发混合成不能自发分离成混合气体AB一、选择题(每小题至少有一个选项正确)1.(2014·高考山东卷)如图，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体()A．内能增加B．对外做功C．压强增大D．分子间的引力和斥力都增大[导学号76070540]解析：选AB.一定质量的某种理想气体的内能只决定于温度，处在导热汽缸中的理想气体由于外界环境温度升高，理想气体的内能要增大，所以选项A正确；再根据理想气体的状态方程：pVT＝C可知，气体压强不变，当温度升高时，体积要增大，因此气体要对外做功，所以选项B正确，C错误；理想气体没有分子间的相互作用力，因此分子间的作用力始终为零，故D选项错误．2．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是()A．气体的内能减少B．气体的内能不变C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了E．气体分子的平均动能减小[导学号76070541]解析：选ACE.气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，热力学第一定律的表达式为W＝ΔU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确．3．下列说法正确的是()A．两个物体只要温度相等，那么它们分子热运动的平均动能就相等B．在自然界能的总量是守恒的，所以不存在能源危机C．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”E．1 kg的0 ℃的冰比1 kg的0 ℃的水的内能小些[导学号76070542]解析：选ACE.温度是分子热运动的平均动能的标志，两个物体只要温度相等，那么它们分子热运动的平均动能就相等，A正确；虽然在自然界能的总量是守恒的，但能的转化和转移具有方向性，所以B错；热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成，C正确；热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他的变化”，D错；1 kg的0 ℃的冰变成1 kg的0 ℃的水要吸收热量，所以E正确．4．(2014·高考重庆卷)重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小[导学号76070543]解析：选B.储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大．因气体体积不变，故外界对气体不做功，只有B正确．5.(2016·河北衡水中学模拟)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中()A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温变不变E．单位时间内和容器壁碰撞的分子数目减少[导学号76070544]解析：选BDE.a内气体向真空膨胀，不对外界做功，故A错；又因容器绝热，Q＝0，由热力学第一定律知，ΔU＝0，故B对；由玻意耳定律知压强减小；稀薄气体可看做理想气体，内能不变，则温度不变，C错，D、E对．6．(2016·江西八校联考)关于热学知识的下列叙述中正确的是()A．温度降低，物体内所有分子运动的速度不一定都变小B．布朗运动就是液体分子的热运动C．将大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体D．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的E．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加[导学号76070545]解析：选ADE.布朗运动是固体小颗粒的运动，B错误．物质是否是晶体与组成它的微粒的空间分布有关，与体积大小无关，C错误．7．(2016·杭州二中高三月考)一定质量的理想气体在下列哪些过程中，一定从外界吸收了热量()A．温度保持不变，体积逐渐膨胀B．体积保持不变，温度逐渐升高C．压强保持不变，体积逐渐收缩D．温度逐渐升高，压强逐渐减小E．温度逐渐升高，体积逐渐收缩[导学号76070546]解析：选ABD.体积增大，气体向外界做功，温度不变，内能不变，故一定吸收了热量，A正确．体积不变，气体与外界不做功，温度升高，内能增大，则只能气体吸收热量，B正确．体积减小，外界对气体做功，压强不变，体积减小，则温度减小，内能减小，故一定向外放出热量，C错误．温度升高，压强减小，则内能变大，体积增大，气体对外界做功，故一定吸收热量，D正确．温度升高，内能增大，体积减小，外界对气体做功，气体不一定从外界吸收热量，E错误．8．下列说法中正确的是()A．悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动就越明显B．用气筒给自行车打气，越打越费劲，说明气体分子之间的分子力表现为斥力C．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小D．一定质量的理想气体，温度升高，体积减小，则单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加E．内能全部转化为机械能的热机是不可能制成的[导学号76070547]解析：选ADE.悬浮在液体中的固体小颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数就越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动就越明显，选项A正确；用气筒给自行车打气，越打越费劲，不能说明气体分子之间的分子力表现为斥力，选项B错误；当分子之间表现为引力时，分子势能随着分子之间距离的增大而增大，选项C错误；一定质量的理想气体，温度升高，体积减小时，单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加，所以其压强增大，选项D正确；热力学第二定律指出，任何热机的效率都不可能达到100%，选项E正确．9.(2014·高考广东卷)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体() A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小[导学号76070548]解析：选AC.实际气体在温度不太低、压强不太大时可看做理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W>0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，内能增大，温度升高，选项A、C正确；根据理想气体状态方程pVT＝C可判断压强一定增大，选项B、D错误．10．(2016·山东德州模拟)下列说法正确的是()A．PM2.5(指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物)的密度与空气密度接近，所以不容易降到地面B．分子间引力总是随着分子间距离的减小而减小C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体D．水的饱和汽压随温度的升高而增大E．液晶既具有液体的流动性，又具有单晶体的光学各向异性的特点[导学号76070549]解析：选CDE.PM2.5颗粒不易降落到地面的原因是它在空气中做布朗运动，选项A错误；分子间引力随分子间距离的增大而减小，选项B错误；根据热力学第二定律可知，选项C正确；饱和汽压只与温度有关，随温度的增大，饱和汽压逐渐增大，选项D正确；液晶既具有液体的流动性，又具有单晶体的光学各向异性的特点，选项E正确．二、非选择题(要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11.我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录．在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K．某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化．如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0＝300 K，压强p0＝1 atm，封闭气体的体积V0＝3 m3，如果将该汽缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体．(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)．(2)下潜过程中封闭气体________(选填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(选填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功．[导学号76070550] 解析：(1)当汽缸下潜至990 m 时，设封闭气体的压强为p ，温度为T ，体积为V ，由题意可知p ＝100 atm ①根据理想气体状态方程得p 0V 0T 0＝pVT②代入数据得V ＝2.8×10－2 m 3.③(2)下潜过程中温度降低，则ΔU <0，气体体积减小，则W >0，由ΔU ＝Q ＋W 知，Q <0，放热，且|Q |>W . 答案：(1)2.8×10－2 m3 (2)放热 大于 12.(2016·河北保定模拟)一定质量的理想气体，其内能跟温度成正比．在初始状态A 时，体积为V 0，压强为p 0，温度为T 0，已知此时其内能为U 0.该理想气体从状态A 经由一系列变化，最终还回到原来状态A ，其变化过程的p －T 图线如图所示，其中CA 延长线过坐标原点，BA 在同一竖直直线上．求：(1)状态B 的体积； (2)状态C 的体积；(3)从状态B 经由状态C ，最终回到状态A 的过程中，气体与外界交换的热量是多少？[导学号76070551] 解析：(1)由题图可知，从状态A 到状态B 为等温变化过程，状态B 时气体压强为p 1＝3p 0，设体积为V 1，由玻意耳定律得p 0V 0＝p 1V 1，解得V 1＝V 03.(2)由题图可知，从状态B 到状态C 为等压变化过程，状态C 时气体温度为T 2＝3T 0，设体积为V 2，由盖－吕萨克定律得V 1T 0＝V 2T 2，解得V 2＝V 0.(3)由状态B 经状态C 回到状态A ，外界对气体做的总功为ΔW ；从状态B 到状态C ，设外界对气体做功为ΔW BC ，ΔW BC ＝p 2(V 1－V 2)，联立解得ΔW BC ＝－2p 0V 0；从状态C 回到状态A ，由图线知为等容过程，外界对气体不做功，所以ΔW ＝ΔW BC ＝－2p 0V 0，从状态B 经状态C 回到状态A ，内能增加量为ΔU ＝0，气体从外界吸收的热量为ΔQ ，内能增加量为ΔU ，由热力学第一定律得ΔU ＝ΔQ ＋ΔW ，解得ΔQ ＝2p 0V 0，即气体从外界吸收热量2p 0V 0.答案：见解析。