6.热力学定律（原卷版）

热力学定律与能量守恒定律6.1基础巩固1.思考判断(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，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20J，气体的内能可能不变。()(3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。()(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。()2.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105J，则此过程()A.气体从外界吸收热量2.0×105JB.气体向外界放出热量2.0×105JC.气体从外界吸收热量6.0×104JD.气体向外界放出热量6.0×104J3.(多选)下列现象中能够发生的是()A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体

6.2考点精析考点一热力学第一定律与能量守恒定律1.对热力学第一定律的理解(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。(2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。(3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。2.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU。(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU。(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。例1(多选)如图1所示，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(横截面积分别为S1和S2)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p0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()图1A.整个过程，外力F做功大于0，小于mghB.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变C.整个过程，理想气体的内能增大D.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于p0S1h＋mgh跟踪训练1.如图2是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩理想气体，对缸内气体做功200J，同时气体向外界放热100J，缸内气体的()图2A.温度升高，内能增加100JB.温度升高，内能减少200JC.温度降低，内能增加100JD.温度降低，内能减少200J考点二热力学第二定律1.热力学第二定律的理解(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，如气体的等温膨胀过程。(3)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。2.热力学过程的方向性分析跟踪训练2.根据热力学定律，判断下列说法正确的是()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3.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是()A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的考点三热力学第一定律与气体图像的综合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eq\f(pV,T)＝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2一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其变化过程的p－V图像如图3所示，下列说法正确的是()图3A.气体在A状态时的内能大于C状态时的内能B.气体在B状态时每个分子的动能都比A状态时大C.气体从状态A到B吸收的热量大于从状态B到C放出的热量D.气体从状态A到B吸收的热量等于从状态B到C放出的热量跟踪训练4.(多选)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图4所示，O、A、D三点在同一直线上，则()图4A.由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加B.由状态A变到状态B过程中，气体吸收热量C.气体在D状态时单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数比在A状态时少D.C状态时气体的压强小于D状态时气体的压强考点四热力学第一定律与气体实验定律的综合解答该类问题的思维流程例3在图5甲所示的密闭汽缸内装有一定质量的理想气体，图乙是它从状态A变化到状态B的V－T图像。已知AB的反向延长线过坐标原点O，气体在状态A时的压强为p＝1.0×105Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体从外界吸收的热量为Q＝6.0×102J，求：图5(1)气体在状态B时的体积VB；(2)此过程中气体内能的增加量ΔU。跟踪训练5.如图6所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开开关C，A中部分气体进入B。图6(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(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2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1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。6.3巩固练习A级基础针对训练针对训练1热力学第一定律与能量守恒定律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2.一个充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，气球导热良好，则气球内气体()A.内能增加B.对外界做正功C.减少的内能小于放出的热量D.减少的内能大于放出的热量3.如图1，汽缸内活塞左边封闭着一定量的可视为理想气体的空气，压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，则Q1和Q2的大小关系是()图1A.Q1＝Q2 B.Q1＞Q2C.Q1＜Q2 D.不能确定针对训练2热力学第二定律4.以下现象违背热力学第二定律的是()A.一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B.没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能达到100%C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D.在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能针对训练3热力学第一定律与气体图像的综合5.如图2所示，a、b、c为一定质量的理想气体变化过程中的三个不同状态，下列说法正确的是()图2A.a、b、c三个状态的压强相等B.从a到c气体的内能减小C.从a到b气体吸收热量D.从a到b与从b到c气体对外界做功的数值相等6.一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其p－T图像如图3所示，气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，压强分别为pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，则下列说法正确的是()图3A.pa＝3p0B.Vb＝3VcC.从状态a到状态b，气体对外做功D.从状态c到状态a，气体从外界吸热针对训练4热力学定律与气体实验定律的综合7.(多选)蛟龙号是我国首台自主研制的作业型深海载人潜水器，下潜深度已突破7000m。已知在深度3000m以下，海水温度基本不变。若蛟龙号在执行某次任务时，外部携带一装有氧气(可看作理想气体)的小型汽缸(如图4所示)，汽缸及活塞导热性能良好，活塞与汽缸间无摩擦，若蛟龙号从4000m深度下潜到5000m深度的过程中，气体质量不变，则()图4A.每个氧气分子的动能均不变B.5000m深度时氧气的体积为4000m深度时体积的eq\f(4,5)C.外界对氧气做的功大于氧气放出的热量D.氧气分子单位时间撞击汽缸壁单位面积的次数增加8.(多选)如图5所示，一定质量的理想气体被质量为m的绝热活塞封闭在竖直放置的绝热汽缸中，活塞的面积为S，与汽缸底部相距L，温度为T0。现接通电热丝给气体缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离L后停止加热，整个过程中，气体吸收的热量为Q，大气压强为p0，重力加速度为g。则()图5A.初始时，气体压强p1＝p0B.停止加热时，气体的温度T＝2T0C.该过程中，气体内能增加量ΔU＝Q－mgL－p0SLD.该过程中，气体内能增加量ΔU＝Q－p0SLB级综合提升练9.(多选)一定质量的理想气体，从状态A经B、C变化到状态D的状态变化过程p－V图像如图6所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知A状态温度为400K，从A状态至B状态气体吸收了320J的热量，下列说法正确的是()图6A.D状态的温度为225KB.A状态的内能大于C状态的内能C.从A状态至D状态整个过程中，气体对外做功62.5JD.从A状态到B状态的过程中，气体内能增加了240J10.(多选)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其变化过程的V－T图像如图7所示，BC的反向延长线通过坐标原点O。已知该气体在状态A时的压强为1.5×105Pa，下列说法正确的是()图7A.该气体在状态B时的压强为2.0×105PaB.该气体在状态C时的压强为1.0×105PaC.该气体从状态A到状态C的过程中吸收的热量为100JD.该气体从状态A到状态C的过程中放出的热量为200J11.肺活量测量仪模型如图8所示，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸内有两个轻活塞A、B，活塞B紧靠固定阀门K，活塞A、B间封闭有一定质量的理想气体，气体体积V1＝6.0×103mL，压强为一个标准大气压p0。用力推活塞A使其缓慢向右移动，当阀门K与活塞B间的气体体积V2＝3.5×103mL时，测得气体的压强为1.2p0，忽略气体温度变化。图8(1)气体的压强为1.2p0时，求阀门K与活塞A间气体的体积V；(2)此过程中，活塞A对活塞A、B间气体做的功为504J，活塞A、B间气体对活塞B做的功为395J，求活塞A、B间气体放出的热量Q。12.如图9所示，上端开