备战2019年高考物理 考点一遍过 考点62 热力学定律和能量守恒定律（含解析）

热力学定律和能量守恒定律一、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：U=Q+W内能变化量/U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（2018上海市师范大学附属中学高二期末）下列说法正确的是A物体吸收热量，其温度一定升高B热量只能从高温物体向低温物体传递C气体自由膨胀的过程是可逆的D目前，人类消耗的能量主要来自常规能源【答案】D【解析】根据热力学第一定律，E=W+Q，物体的内能的变化与外界做功和物体的吸收热量有关，物体吸收热量，同时物体对外做功，物体的内能可能减小，温度可能降低，故A错误；热量也能由低温物体传递到高温物体，但此过程会引起其他的变化，故B错误；气体自由膨胀的过程是不可逆的，选项C错误；目前，人类消耗的能量主要来自常规能源，例如煤、石油等，选项D正确。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【解析】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，A正确；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，所以不可能制成，B错误；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，C错误，D正确。 （2018陕西省西安中学高二期末）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回到初态a，下列说法正确的是A在过程ab中气体的外界对气体做功B在过程ab中气体对外界做功C在过程ca中气体从外界吸收热量D在过程bc中气体从外界吸收热量【参考答案】D【详细解析】在过程ab中气体体积不变，根据W=pV可知，气体对外界做功为零，外界也不对气体做功，故AB错误；在过程ca中压强不变，体积减小，温度降低，所以外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律U=W+Q可知，气体放出热量，故C错误；在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一定律U=W+Q可知，气体从外界吸收热量，故D正确；故选D。【名师点睛】本题主要是考查了理想气体的状态方程和热力学第一定律的知识，要能够根据热力学第一定律判断气体内能的变化与哪些因素有关（功和热量）；热力学第一定律在应用时一定要注意各量符号的意义；U为正表示内能变大，Q为正表示物体吸热；W为正表示外界对物体做功。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BA到B的过程中，气体内能增加CA到B的过程中，气体从外界吸收热量DA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【解析】由图可知，当体积相同时，有，根据查理定律，可得，A正确；对于理想气体，其内能仅由温度决定，A到B的过程是等温变化的过程，所以气体的温度不变，内能不变，B错误；A到B的过程中，气体体积增大，对外做功而内能不变，由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量，C正确；A到B的过程中，气体压强减小，则气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少，D正确。2（2018宁夏育才中学高二期末）如图所示，一定质量的氢气(可看作理想气体)由状态A经状态B变化到状态C，设由A到B、由B到C的过程外界对气体做的功分别为W1、W2，气体从外界吸收的热量分别为Q1、Q2，则A，B，C D 【答案】B【解析】气体由A经状态B变化到状态C过程中，图象上的点与原点连线的斜率p/T减小，由气态方程pV/T=c知，气体的体积不断增大，气体对外界做功，所以W10，W20，在BC过程中，气体的温度不变，内能不变，但同时对外做功，要吸热，所以Q20，所以B正确；在全程中，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律U=Q+W得知，气体吸收的热量大于气体对外做功，即有|W1|+|W2|Q1|+|Q2|，所以CD错误。故选B。【名师点睛】本题要知道AO、BO、CO连线可表示等容变化，根据斜率分析对应的体积大小，并掌握热力学第一定律，能用来分析能量的变化。较好的考查了应用图象解决物理问题的能力。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U=W+Q，Q为正数，因体积增大，气体对外做功，W为负数，所以U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（2018江苏省苏州新区一中高二期末复习）如图所示，用细绳将一个导热良好且开口向下的气缸悬挂在天花板上，气缸内有一定质量的气体（不计气体分子之间的相互作用力），气缸内活塞可以自由滑动且不漏气，活塞下挂个沙桶，当沙桶装满细沙时，活塞恰好静止，外部环境温度恒定给沙桶底部开一小孔，细沙缓慢漏出，则在此过程中A气缸内气体体积减小，温度降低 【名师点睛】由图示图象判断气体的状态变化过程，应用气态方程判断气体体积如何变化，然后应用热力学第一定律答题。5A【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，W0，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。6B【解析】由可知，pV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；pV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，VT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VT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。8D【解析】随着金属筒缓慢下降，金属筒内外液面差增大，金属筒内气体会被压缩，体积减小，压强增大，单位时间内碰撞单位面积的气体分子数增多，A错误；由于不计气体分子间相互作用，所以气体是理想气体，内能只与温度有关，而外界温度不变，所以气体温度不变，分子平均动能不变，但并不是每一个分子的分子动能都不变，B错误；气体体积减小，外界对气体做功，W0，气体温度不变，U=0，由热力学第一定律可知Q0，气体向外界放热，C错误，D正确。 18CDE【解析】质量和温度都相同的气体分子平均动能相同，但可能是不同的气体，摩尔质量不同，分子数不同，所以分子动能不一定相同，且分子势能不一定相同，故内能不一定相同，A错误；宏观运动动能大，微观运动的分子平均动能不一定大，内能不一定大，B错误；气体被压缩时，外界对气体做功，如果同时还向外界放出热量，气体内能可能不变，C正确；理想气体的分子势能为零，内能等于分子动能，而分子动能只与温度有关，D正确；理想气体等压膨胀过程中，由盖吕萨克定律可知，温度增大，内能一定增大，E正确。19气体对外界做的功为138.6 J【解析】整个过程中，外界对气体做功W=WAB+WCA，且WCA=pA（VCVA）由热力学第一定律U=Q+W，得WAB=（Q+WCA）代入数据得WAB=138.6 J，即气体对外界做的功为138.6 J8