新高考物理一輪復(fù)習重難點練習專題35 熱力學定律與能量守恒定律（原卷版）

專題35熱力學定律與能量守恒定律1.理解熱力學第一定律，知道改變內(nèi)能的兩種方式，并能用熱力學第一定律解決相關(guān)問題.2.理解熱力學第二定律，知道熱現(xiàn)象的方向性.3.知道第一類永動機和第二類永動機不可能制成．考點一熱力學第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞．2．熱力學第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變化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：ΔU＝Q＋W.(3)表達式中的正、負號法則：物理量＋－W外界對物體做功物體對外界做功Q物體吸收熱量物體放出熱量ΔU內(nèi)能增加內(nèi)能減少3．能量守恒定律(1)內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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．(3)第一類永動機是不可能制成的，它違背了能量守恒定律．1．熱力學第一定律的理解(1)內(nèi)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．(3)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0.(4)如果研究對象是理想氣體，因理想氣體忽略分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化．2．三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；(3)若過程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．【典例1】（2022·天津·模擬預(yù)測）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)SKIPIF1<0出發(fā)，經(jīng)過等容過程到達狀態(tài)SKIPIF1<0，再經(jīng)過等溫過程到達狀態(tài)SKIPIF1<0，直線SKIPIF1<0過原點。則氣體（）A．在狀態(tài)SKIPIF1<0的壓強等于在狀態(tài)SKIPIF1<0的壓強 B．在狀態(tài)SKIPIF1<0的壓強小于在狀態(tài)SKIPIF1<0的壓強C．在SKIPIF1<0的過程中內(nèi)能減小 D．在SKIPIF1<0的過程對外做功【典例2】（2022·山東臨沂·三模）2022年伊始，奧密克戎變異毒株較以往新型冠狀病毒傳播更快，危害更大，特別是疫情區(qū)快件也會攜帶新冠病毒，勤消毒是一個很關(guān)鍵的防疫措施。如圖所示是某種家庭便攜式防疫消毒用的噴霧消毒桶及其原理圖，內(nèi)部可用容積為SKIPIF1<0，工作人員裝入稀釋過的SKIPIF1<0藥液后旋緊壺蓋，關(guān)閉噴水閥門，拉動壓柄打氣，每次打入壓強為SKIPIF1<0，體積為SKIPIF1<0的氣體，此時大氣壓強為SKIPIF1<0，當壺內(nèi)壓強增大到SKIPIF1<0時，開始打開噴閥消殺，假設(shè)壺內(nèi)溫度保持不變，若不計管內(nèi)液體體積．下列說法正確的是（）A．工作人員共打氣9次B．打開閥門，當壺內(nèi)不再噴出消毒液時，壺內(nèi)剩余消毒液的體積為SKIPIF1<0C．打開閥門，當壺內(nèi)不再噴出消毒液時，壺內(nèi)剩余消毒液的體積為SKIPIF1<0D．消毒液噴出過程，氣體對外做功，對外做功大于從外界吸收熱量考點二熱力學第二定律1．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(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(chǎn)生其他影響．或表述為“第二類永動機是不可能制成的”．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度增大的方向進行．3．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．1．熱力學第二定律的含義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能．2．熱力學第二定律的實質(zhì)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(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．3．熱力學過程的方向性實例(1)高溫物體低溫物體．(2)功熱．(3)氣體體積V1氣體體積V2(較大)．【典例3】(多選)（2022·全國·高三課前預(yù)習）下列說法的正的是（）A．熱量不會從低溫物體傳給高溫物體B．機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機械能C．可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣．能源是取之不盡、用之不竭的【典例4】（2022·遼寧·模擬預(yù)測）如圖所示，水平固定不動、導熱性能良好的汽缸內(nèi)用活塞封閉著一定質(zhì)量的空氣，外界溫度恒定，開始時活塞靜止，現(xiàn)在施加外力使活塞緩慢向右移動（活塞始終未被拉出汽缸），忽略氣體分子間的相互作用，則在活塞移動的過程中，下列說法正確的是（）A．汽缸內(nèi)氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外界做的功B．汽缸內(nèi)氣體分子的平均動能變小C．汽缸內(nèi)氣體的壓強不變D．由于溫度沒變，熱量不可以從相同溫度的物體傳到另一相同溫度的物體考點三熱力學第一定律與圖像的綜合應(yīng)用1．氣體的狀態(tài)變化可由圖像直接判斷或結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C分析．2．氣體的做功情況、內(nèi)能變化及吸放熱關(guān)系可由熱力學第一定律分析．(1)由體積變化分析氣體做功的情況：體積膨脹，氣體對外做功；氣體被壓縮，外界對氣體做功．(2)由溫度變化判斷氣體內(nèi)能變化：溫度升高，氣體內(nèi)能增大；溫度降低，氣體內(nèi)能減小．(3)由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q判斷氣體是吸熱還是放熱．(4)在p－V圖像中，圖像與橫軸所圍面積表示對外或外界對氣體整個過程中所做的功．【典例5】（2022·全國·高三課時練習）某汽車的四沖程內(nèi)燃機利用奧托循環(huán)進行工作。該循環(huán)由兩個絕熱過程和兩個等容過程組成。如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體（）A．在狀態(tài)a和c時的內(nèi)能可能相等B．在a→b過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能C．b→c過程中增加的內(nèi)能小于d→a過程中減少的內(nèi)能D．在一次循環(huán)過程中吸收的熱量小于放出的熱量【典例6】（2022·全國·高三課時練習）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)變化依次經(jīng)歷從a→b，再從b→c的過程，其壓強和體積的關(guān)系如圖所示，根據(jù)p-SKIPIF1<0圖像，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)→b過程，氣體溫度升高，放熱B．a(chǎn)→b過程，氣體溫度降低，放熱C．b→c過程，氣體溫度不變，放熱D．b→c過程，氣體溫度不變，吸熱考點四熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用解決熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合問題的思維流程【典例7】如圖所示，水平放置的汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞的質(zhì)量m＝10kg，橫截面積S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動且不漏氣，活塞到汽缸底部的距離L1＝11cm，到汽缸口的距離L2＝4cm.現(xiàn)將汽缸緩慢地轉(zhuǎn)到開口向上的豎直位置，待穩(wěn)定后對缸內(nèi)氣體逐漸加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平．已知g＝10m/s2，外界氣溫為27℃，大氣壓強為1.0×105Pa，活塞厚度不計，則：(1)活塞上表面剛好與汽缸口相平時缸內(nèi)氣體的溫度是多少？(2)在對缸內(nèi)氣體加熱的過程中，氣體膨脹對外做功，同時吸收Q＝350J的熱量，則氣體增加的內(nèi)能ΔU多大？【典例8】如圖所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞，汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的理想氣體，p0和T0分別為外界大氣的壓強和溫度．已知氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U＝aT，a為正的常量，容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的，求：(1)缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V1；(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量．一、單選題1．（2022·重慶八中高三階段練習）關(guān)于下列熱學現(xiàn)象的說法正確的是（）A．氣溫高時，水的飽和汽壓高，所以人感到更潮濕B．在水蒸氣凝結(jié)成同溫度的水珠的過程中要吸熱C．在熔化過程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變D．給農(nóng)田松土是為了破壞土壤里的毛細管，使地下的水分不會被快速引上來蒸發(fā)掉2．（2022·重慶·模擬預(yù)測）下列說法中，正確的是（??）A．第二類永動機不能制成的原因是因為違背了能量守恒定律B．布朗運動就是分子熱運動C．液體表面張力形成原因是表面層液體分子比內(nèi)部更密集D．晶體有固定的熔點，而非晶體沒有固定的熔點3．（2022·上海交大附中高三階段練習）如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)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(shè)整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是（）A．在自發(fā)擴散過程中，氣體對外界做功B．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變C．氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同D．氣體在被壓縮的過程中，內(nèi)能減少4．（2022·山東·濟南三中模擬預(yù)測）如圖所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法錯誤的是（）A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱C．從狀態(tài)a到d，氣體對外做功D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱5．（2022·江蘇南通·模擬預(yù)測）如圖所示，野外生存需要取火時，可以用隨身攜帶的取火裝置，在銅制活塞上放置少量易燃物，將金屬筒套在活塞上迅速下壓，即可點燃易燃物。則迅速下壓過程中，金屬筒內(nèi)的封閉氣體（）A．分子平均動能變小B．每個氣體分子速率都增大C．從外界吸熱，氣體內(nèi)能增加D．分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)增加6．（2022·江蘇省昆山中學模擬預(yù)測）如圖所示，內(nèi)壁光滑導熱氣缸中用活塞封閉住一定質(zhì)量的理想氣體，現(xiàn)用一外力F將活塞緩慢向上拉動，氣缸始終保持靜止，在此過程中沒有氣體漏出，環(huán)境溫度不變，下列說法正確的是（）A．外力F逐漸變小B．氣體的內(nèi)能增加C．氣體從外界吸收熱量D．氣體吸收的熱量大于對外做的功7．（2022·北京東城·三模）如圖所示，質(zhì)量為m的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞與氣缸之間無摩擦。將氣缸放在冰水混合物中，氣體達到平衡狀態(tài)（圖中a狀態(tài)）后，在活塞上加一質(zhì)量為m的砝碼，經(jīng)過過程Ⅰ氣體達到新的平衡狀態(tài)（圖中b狀態(tài)），再將氣缸從容器中移出放到室溫（27℃）中，經(jīng)過過程Ⅱ在達到c平衡狀態(tài)。已知大氣壓強保持不變。下列說法中正確的是（）A．過程Ⅰ中理想氣體從外界吸收熱量B．過程Ⅱ中理想氣體從外界吸收熱量C．c狀態(tài)與a狀態(tài)相比，c狀態(tài)的氣體分子對活塞的作用力較小D．理想氣體在b狀態(tài)的內(nèi)能大于在a狀態(tài)的內(nèi)能8．（2022·山東濰坊·三模）如圖所示，有一上部開口的圓柱形絕熱汽缸，汽缸的高度為SKIPIF1<0，橫截面積為S，一厚度不計的輕質(zhì)絕熱活塞封閉SKIPIF1<0的單原子分子理想氣體。開始時活塞距汽缸底部的距離為L，氣體的熱力學溫度為SKIPIF1<0。已知外界大氣壓為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的單原子分子理想氣體內(nèi)能公式為SKIPIF1<0，其中R為常數(shù)，T為熱力學溫度?，F(xiàn)對氣體緩慢加熱，當活塞恰上升到汽缸頂部時，氣體吸收的熱量為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<09．（2022·全國·高三專題練習）如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態(tài)，將氣缸緩慢轉(zhuǎn)動SKIPIF1<0過程中，缸內(nèi)氣體（

）A．內(nèi)能增加，外界對氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運動速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加10．（2022·全國·高三專題練習）一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p—V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應(yīng)該線段的中點。下列說法正確的是（

）A．a(chǎn)→b是等溫過程B．a(chǎn)→b過程中氣體吸熱C．a(chǎn)→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功填空題11．（2022·福建·莆田二中模擬預(yù)測）一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的a→b→c→d→a循環(huán)，該循環(huán)由兩個絕熱過程和兩個等容過程組成則在a→b過程中，外界對氣體做的功______（填“大于”“小于”或“等于）其增加的內(nèi)能；在一次循環(huán)過程中吸收的熱量______（填“大于”“小于”或“等于”）放出的熱量。12．（2022·河北·模擬預(yù)測）如圖所示，一定量的理想氣體由狀態(tài)a經(jīng)SKIPIF1<0等壓過程到達狀態(tài)b，再經(jīng)SKIPIF1<0過程到達狀態(tài)c。已知a的坐標為SKIPIF1<0，b的坐標為SKIPIF1<0，c的坐標為SKIPIF1<0，由此可知，SKIPIF1<0整個過程為_______（填“等容過程”“非等容過程”或“無法確定”），a至c整個過程中，氣體_______（填“吸收”或“放出”）熱量。13．（2021·廣東·揭陽市教育局教育裝備中心模擬預(yù)測）夏天，如果將自行車內(nèi)胎充氣過足，又放在陽光下受暴曬，車胎極易爆裂，暴曬過程中可以認為內(nèi)胎容積幾乎不變。在爆裂前的過程中，氣體吸熱、溫度升高，分子熱運動加劇，壓強增大，氣體內(nèi)能________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；在車胎突然爆裂的瞬間，氣體內(nèi)能________（選填“增大”、“減小”或“不變”）。14．（2022·河北保定·二模）如圖所示，一絕熱汽缸豎直放置于恒溫的環(huán)境中，汽缸內(nèi)有一水平絕熱活塞，將一定質(zhì)量的理想氣體封在汽缸內(nèi)，活塞與汽缸壁無摩擦，汽缸不漏氣，整個裝置處于平衡狀態(tài)?；钊戏胖靡粡V口瓶，若在瓶中緩慢加水，則該過程中缸內(nèi)氣體對外界做__________（填“正”或“負”）功，氣體的壓強__________（填“增大”、“減小”或“不變”），氣體的溫度__________（填“升高”、“降低”或“不變”）。解答題15．（2022·安徽·三模）一定質(zhì)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p-V圖像如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27℃。（1）求該氣體在狀態(tài)B、C時的溫度（用攝氏溫度表示）；（2）該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中是吸熱還是放熱？16．（2022·四川成都·三模）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體用活塞封閉在固定的圓柱型氣缸內(nèi)，不計活塞與缸壁間的摩擦。現(xiàn)緩慢降低氣體的溫度使其從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)等壓過程到達狀態(tài)b，即刻鎖定活塞，再緩慢加熱氣體使其從狀態(tài)b經(jīng)等容過程到達狀態(tài)c。已