專題14-4-熱力學定律與能量守恒定律(原卷版)

2021年一輪考點掃描微專題專題14.4熱力學定律與能量守恒定律目錄TOC\o"1-3"\h\u【考點掃描】 1一．氣體實驗定律 1二．氣體實驗定律的比較 1三．平衡狀態(tài)下氣體壓強的求法 2四．氣體壓強的產生 2五．理想氣體實驗定律的微觀解釋 2【典例分析】 3【專題精練】 4【考點掃描】1．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：ΔU＝Q＋W。(3)對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋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(4)幾種特殊情況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能的增加；③若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，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。(5)應用注意事項①應用熱力學第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)；②應用熱力學第一定律計算時，要依照符號法則代入數據，對結果的正、負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義；③分析此類問題需要注意兩點，“絕熱”說明與外界沒有熱交換，氣體向真空擴散時對外不做功。2．熱力學第二定律（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熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，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．特別提醒熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化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．（3）兩類永動機的比較第一類永動機第二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從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成3.解答熱力學第二定律問題時應注意①熱力學第一定律說明發(fā)生的任何過程中能量必定守恒，熱力學第二定律說明并非所有能量守恒的過程都能實現(xiàn)．②熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化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．【典例分析】【例1】如圖所示，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?，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【技巧總結】應用熱力學第一定律的三點注意(1)做功看體積：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。氣體向真空中自由膨脹，對外界不做功，W＝0。(2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0。(3)由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生的變化。【例2】．(2020·河北唐山模擬)下列關于熱力學第二定律的說法中正確的是()A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生B．一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的C．機械能可以全部轉化為內能，但內能無法全部用來做功而轉化成機械能D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的E．熱運動的宏觀過程有一定的方向性【技巧總結】熱力學第二定律的實質自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。如【例3】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p-T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【方法技巧】判斷理想氣體內能變化的兩種方法(1)一定質量的理想氣體，內能的變化完全由溫度變化決定，溫度升高，內能增大。(2)若吸、放熱和做功情況已知，可由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q來確定。【例4】如圖所示，一根兩端開口、橫截面積為S＝2cm2足夠長的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定(插入水銀槽中的部分足夠深)。管中有一個質量不計的光滑活塞，活塞下封閉著長L＝21cm的氣柱，氣體的溫度為t1＝7℃，外界大氣壓取p0＝1.0×105Pa(相當于75cm高汞柱壓強)。(1)若在活塞上放一個質量為m＝0.1kg的砝碼，保持氣體的溫度t1不變，則平衡后氣柱為多長；(g＝10m/s2)(2)若保持砝碼的質量不變，對氣體加熱，使其溫度升高到t2＝77℃，此時氣柱為多長；(3)若在(2)過程中，氣體吸收的熱量為10J，則氣體的內能增加多少？【規(guī)律總結】求解氣體實驗定律與熱力學定律的綜合問題的通用思路【專題精練】1．下列敘述和熱力學定律相關，其中正確的是()A．第一類永動機不可能制成，是因為違背了能量守恒定律B．能量耗散過程中能量不守恒C．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，違背了熱力學第二定律D．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性E．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功2．對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是()A．一定質量的氣體膨脹對外做功100J，同時從外界吸收120J的熱量，則它的內能增大20JB．物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少C．凡與熱現(xiàn)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D．第二類永動機違反了熱力學第二定律，沒有違反熱力學第一定律E．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學第二定律2.下列說法正確的是()A．氣體擴散現(xiàn)象表明氣體分子間存在斥力B．對于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動能越大C．熱量總是自發(fā)地從分子平均動能大的物體傳遞到分子平均動能小的物體D．用活塞壓縮汽缸內的理想氣體，對氣體做了3.0×105J的功，同時氣體向外界放出1.5×105J的熱量，則氣體內能增加了1.5×105JE．飽和汽壓與分子密度有關，與溫度無關3．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4.關于熱力學定律，下列說法正確的是()A．為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量B．對某物體做功，必定會使該物體的內能增加C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E．功轉變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程5．下列說法正確的是()A．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高B．能量耗散過程中能量是守恒的C．第一類永動機不可能制成，是因為違背了能量守恒定律D．第二類永動機不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第一定律E．能量耗散過程從能量轉化的角度反映了自然界中的宏觀過程具有方向性6.如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，在這一過程中，下列說法正確的是()A．氣體體積變大B．氣體溫度升高C．氣體從外界吸收熱量D．氣體的內能不變E．氣體放出熱量7.(2020·達州模擬)下列說法正確的是()A．布朗運動就是分子的無規(guī)則運動B．熱力學溫度是國際單位制中7個基本物理量之一C．熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體D．做功和熱傳遞都是通過能量轉化的方式改變系統(tǒng)內能的E．溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同8．(2020·東北三省四市模擬)下列說法中正確的是()A．相互間達到熱平衡的兩物體的內能一定相等B．民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入火罐內，當紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地“吸”在皮膚上。其原因是火罐內的氣體體積不變時，溫度降低，壓強減小C．空調既能制熱又能制冷，說明在不自發(fā)的條件下，熱傳遞可以逆向D．自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的E．隨著科學技術的發(fā)展，人類終會制造出效率為100%的熱機9.(2020·開封高三沖刺)如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分。已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空，抽開隔板K后，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)。在此過程中()A．氣體對外界做功，內能減少B．氣體不做功，內能不變C．氣體壓強變小，溫度不變D．氣體壓強變大，溫度不變E．單位時間內撞擊容器壁的分子數減少10.(2020·長沙模擬)下列敘述中，正確的是()A．同一溫度下，氣體分子速率呈現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律B．布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運動的反映C．第二類永動機是不可能制造出來的，盡管它不違反熱力學第一定律，但它違反熱力學第二定律D．物體熔化時吸熱，分子平均動能不一定增加E．只知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數就可以算出氣體分子的體積11.(2020·哈爾濱六中二次模擬)如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A依次經過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→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(huán)”。該循環(huán)過程中，下列說法正確的是()A．A→B過程中，氣體對外界做功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．C→D過程中，氣體放熱E．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化12．(2020·鄭州高三質檢)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p-V圖象如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27℃，求：(1)該氣體在狀態(tài)B時的溫度；(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量。13.(2020·衡水中學模擬)如圖所示，內壁光滑、足夠高的圓柱形汽缸豎直放置，內有一質量為m的活塞封閉一定質量的理想氣體。已知活塞橫截面積為S，外界大氣壓強為p0，缸內氣體溫度為T1。現(xiàn)對汽缸內氣體緩慢加熱，使氣體體積由V1增大到V2，該過程中氣體吸收的熱量為Q1，停止加熱并保持體積V2不變，使其降溫到T1，已知重力加速度為g，求：(1)停止加熱時缸內氣體的溫度；(2)降溫過程中氣體放出的熱量。14．(2020·濰坊模擬)如圖所示在絕熱汽缸內，有一絕熱輕活塞封閉一定質量的氣體，開始時缸內氣體溫度為27℃，封閉氣柱長9cm，活塞橫截面積S＝50cm2?，F(xiàn)通過汽缸底部電阻絲給氣體加熱一段時間。此過程中氣體吸熱22J，穩(wěn)定后氣體溫度變?yōu)?27℃。已知大氣壓強等于105Pa，求：(1)加熱后活塞到汽缸底端的距離；(2)此過程中氣體內能改變了多少。15.一定質量的理想氣體被活塞封閉在水