2023年高考物理考试易错题-热力学定律和能量守恒（原卷版）

易错点32热力学定律和能量守恒

错题纠正

例题1.（多项选择）（2023•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,和S2）封闭肯定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩

擦.在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从N下降〃高度到8位置时，活塞上细沙的总质量为

”在此过程中，用外力尸作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变.整个过程环境温度和

大气压强po保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g.以下说法正确的选项是

（）

A

I

B

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

D.左端活塞到达8位置时，外力F等于警

例题2.（多项选择）（2023•全国乙卷33（1）改编）如图，肯定量的理想气体从状态。3）,外,

公）经热力学过程必、be、ca后又回到状态a.对于。氏be、ca三个过程，以下说法正确的

选项是（）

12V/Vo

A.M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.be过程中,气体的温度先降低后升高

知识总结

一、热力学第一定律

1.改变内能的两种方法：做功与传热.两者对改变系统的内能是等价的.

2.热力学第—定律：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.

3.热力学第一定律的表达式：AU=Q+阴

4.热力学第一定律的应用：

(1)%的正负：外界对系统做功时，〃取正值；系统对外界做功时，〃取负值.(均选填“正”

或‘负")

(2)0的正负：外界对系统传递的热量0取正值；系统向外界传递的热量。取负值.(均选

填“正”或"负")

二、能量守恒定律

1.探究能量守恒的足迹

伦福德的实验表明奥斯特发现电塞贝克发现法拉第发现电

热的本质是运动流的遨效应温差电现象磁感应现象一

1,I,t1

|1798年|---------11820年|------1|821年|----1|831年|

工

|1847年|-11843年|~11842年|-〔1841年|----|1836年|

~I~I_II~~I

亥姆霍兹在理论焦耳测定迈尔表述焦耳发现盖斯发现化学反

上概括和总结能做功与传了能量守电流的热应放出的热量与

量守恒定律热的关系恒定律效应-反应步骤无关

2.能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，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.

3.永动机不可能制成

(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器.

(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成.

一、热力学第二定律

1.定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律.

2.热力学第二定律的克劳修斯表述：

热量不能自发地从低温物体传到高温物体.阐述的是传热的方向性.

3.热力学第二定律的开尔文表述：

⑴热机

①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能;

第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能.

②热机用于做功的热量肯定小于它从高温热库汲取的热量，即W<Q.

(2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库汲取热量，使之完全变成功，而不产

生其他影响.(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性).

4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的.(选填"等价”或"不等价”)

三、热力学第一定律和热力学第二定律的比拟

1.两定律的比拟

热力学第一定律热力学第二定律

是关于在有限空间和时间内，一切和热

是能量守恒定律在热力学中的表现，否

现象有关的物理过程、化学过程具有不

区别认了制造能量和消灭能量的可能性，从

可逆性的经验总结，从而否认了第二类

而否认了第一类永动机

永动机

两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互

联系

独立，又相互补充，都是热力学的理论根底

2.两类永动机的比拟

第一类永动机第二类永动机

不消耗任何能量，可以不断做功（或只将内能全部转化为机械能，而不引起

设计要求给予很少的能量启动后，可以永远运其他变化（或只有一个热库，完成内能

动下去）向机械能的转化）

不可能制

违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律

成的原因

易混点:

1.做功和热传递的实质是不相同的.

2.绝热过程中，外界压缩气体做功20J,气体的内能不肯定减少20J.

3.物体汲取热量，同时对外做功，内能可能不变.

4.可以从单一热源汲取热量，使之完全变成功.

5.热机中，燃气的内能可以不能全部变成机械能而不引起其他变化.

6.热量可能从低温物体传给高温物体，但是要引起其他变化.

举一反三/

1.（多项选择）如下图，肯定质量的理想气体在状态Z时压强为1.5X105pa,经历

A-B^C-A的过程，已知BY过程中气体做功绝对值是C-/过程中气体做功绝对值的

3倍，以下说法中正确的选项是（

A.C^A的过程中外界对气体做功300.1

B.8fC的过程中气体对外界做功600J

C.整个过程中气体从外界汲取600J的热量

D.整个过程中气体从外界汲取450J的热量

2.如下图，水平放置的汽缸内封闭肯定质量的理想气体，活塞的质量，〃=10kg,横截面积

S=100cm2,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△=11cm,到

汽缸口的距离乙2=4cm.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，使活塞上外表刚好与汽缸口相平.已知g=10m/s2,外界气温为27℃,大气压强

为1.0X105pa,活塞厚度不计，则：

(1)活塞上外表刚好与汽缸口相平常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，同时汲取0=350J的热量，则气体增

加的内能多大？

3.如下图，体积为人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。、压强为1.2出的理想气体，po和To分别为外界大气的压强和温

度.已知气体内能。与温度T的关系为。=“7,。为正的常量，容器内气体的全部变化过

程都是缓慢的，求:

活塞

Y/7//7/7777A

(1)缸内气体与大气到达平衡时的体积匕：

(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量.

易错题通关

一、单项选择题

1.关于热力学第二定律，以下表述正确的选项是()

A.不可能使热量从低温物体传递到高温物体

B.不可能从单一热库汲取热量并把它全部用来做功

C.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行

D.在任何的自然过程中，一个孤立系统的总焙肯定增加

2.以下说法中，正确的选项是()

A.第二类永动机不能制成的原因是因为违背了能量守恒定律

B.布朗运动就是分子热运动

C.液体外表张力形成原因是外表层液体分子比内部更密集

D.晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点

3.如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S=100cn?的质量不计且光滑的活

塞密封肯定质量的气体，活塞上静止一质量为〃，的重物。图乙是密闭气体从状态/变化到

状态8的图像，密闭气体在/点的压强p“=L03xl()5pa,从状态N变化到状态8的

过程中汲取热量。=500葭已知外界大气压强p0=1.01x105Pa,以下说法正确的选项是

A.重物质量机=1kg

B.气体在状态8时的体积为8.0x10-20?

C.从状态/变化到状态8的过程，气体对外界做功202J

D.从状态/变化到状态8的过程，气体的内能增加294J

4.夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。假设越接近水

面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看做理想气体。则上升过程

中，以下说法正确的选项是()

A.气泡内气体的内能可能不变

B.气泡上升过程中可能会放热

C.气泡内气体的压强增大

D.气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小

5.肯定质量的理想气体从状态”开始经a,其P-/图像如下图。已知三个状态

的坐标分别为。化,2%)、6(2%,%)、c(3%,2p。)。则以下说法正确的选项是()

B.状态c与状态6的温度之比为1：3

C.a玲b过程，内能先减小后增大

D.过程，气体汲取热量，对外做功，内能增大

6.封闭在气缸内肯定质量的理想气体由状态A变到状态D,其体积k与热力学温度7的

关系如下图，。、A,。三点在同一直线上，则()

A.由状态B变到状态C过程中，气体对外放热，内能不变

B.气体在D状态和在A状态时的单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数相等

C.C状态时气体的压强小于D状态时气体的压强

D.在D状态与A状态时相等时间内气体分子对单位面积器壁的冲量相等

二、多项选择题

7.如下图，肯定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、be、cd、由四个过程回到原状

态，其夕-T图像刚好是一个圆，气体在a、b、c、”四个状态的体积分别为匕=匕、

匕=%、〃=匕，温度分别为、£压强分别为、、

4=4TC=T2,p“Pbp-Pa

其中匕=5匕，n=5(。以下说法正确的选项是()

A.在这四个状态中，c状态时气体的内能最多

B.Pc=4p«

C.Pi,=L8p.

D.从状态。到状态从气体从外界吸热

E.从状态c到状态从气体对外界做功

8.以下说法正确的选项是()

A.空中的小雨滴呈球形是水的外表张力作用的结果

B.用显微镜观察到的花粉颗粒的运动反映了液体分子运动的无规则性

C.肯定质量的理想气体汲取热量后内能肯定增加

D.能量耗散说明与热现象有关的宏观自然过程在能量转化和转移时具有方向性

三、解答题

9.如下图、横截面积S=0.01m2的薄壁汽缸开口向上竖直放置，a、b为固定在汽缸内壁的