2025届高三一轮复习 第十四章　热学第3讲　热力学定律与能量守恒定律练习

第3讲　热力学定律与能量守恒定律素养目标　1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并能用热力学第一定律解决相关问题。2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。3.知道第一类永动机和第二类永动机不可能制成。一、热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式(1)做功。(2)传热。2.热力学第一定律(1)内容：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。(2)表达式：&Delta;U＝Q＋W。(3)&Delta;U＝Q＋W中正、负号法则物理量意义符号WQ&Delta;U＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少二、能量守恒定律1.内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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。2.条件性能量守恒是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。三、热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(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。2.能量耗散：分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它只不过能使地球大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。基础自测1.(2023&middot;天津市等级考模拟)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是(　　)A.气体压强只与气体分子的密集程度有关B.气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大C.气体的温度升高，气体内能一定增大D.若气体膨胀对外做功50J，则内能一定减少50J答案　C解析　气体压强与气体分子热运动的平均动能和气体分子的密集程度有关，A错误；气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但是每一个分子的动能不一定都增大，B错误；气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，理想气体内能只由分子动能决定，所以气体内能一定增大，C正确；由热力学第一定律可知，当气体膨胀对外做功50J，若没有吸收或者放出热量时，内能减少50J，D错误。2.(2022&middot;苏州模拟)一定质量的理想气体，在温度T1和T2下的压强p与体积倒数的关系图像如图1所示，气体由状态A等压变化到状态B的过程中，下列说法正确的是(　　)图1A.温度升高，吸收热量B.温度升高，放出热量C.温度降低，吸收热量D.温度降低，放出热量答案　A,解析　根据＝C可知p＝CT&middot;，则在p－图像中过原点的斜率越大，则温度越高，则气体由状态A等压变化到状态B的过程中，气体温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A正确。考点一　热力学第一定律的理解和应用1.热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。(2)做功情况看气体的体积变化：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。2.热力学第一定律的应用(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝&Delta;U，外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝&Delta;U，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即&Delta;U＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。例1(2023&middot;江苏省昆山中学模拟)如图2所示，内壁光滑导热汽缸中用活塞封闭住一定质量的理想气体，现用一外力F将活塞缓慢向上拉动，汽缸始终保持静止，在此过程中没有气体漏出，环境温度不变，下列说法正确的是(　　)图2A.外力F逐渐变小B.气体的内能增加C.气体从外界吸收热量,D.气体吸收的热量大于对外做的功答案　C解析　根据题意可知，汽缸内壁光滑导热，且外界环境温度不变，则封闭气体做等温变化，现用一外力F将活塞缓慢向上拉动，汽缸始终保持静止，气体体积变大，由玻意耳定律可知，气体的压强变小，则内外的压强差变大，所以所需要的外力F逐渐变大，故A错误；由于气体发生等温变化，则气体的内能不变，故B错误；由于气体体积变大，气体对外界做功，则W&lt;0，气体内能不变，由热力学第一定律&Delta;U＝W＋Q可知，气体从外界吸热，故C正确；由于气体内能不变，可知气体吸收的热量等于对外做的功，故D错误。跟踪训练1.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0&times;104J，气体内能减少1.3&times;105J，则此过程(　　)A.气体从外界吸收热量2.0&times;105JB.气体向外界放出热量2.0&times;105JC.气体从外界吸收热量6.0&times;104JD.气体向外界放出热量6.0&times;104J答案　B解析　由热力学第一定律&Delta;U＝W＋Q得Q＝&Delta;U－W＝－1.3&times;105J－7.0&times;104J＝－2.0&times;105J，即气体向外界放出热量2.0&times;105J，故B正确。考点二　热力学第一定律与图像的结合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＝C分析。2.气体的做功情况、吸放热及内能变化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&Delta;U＝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(2022&middot;江苏卷)如图3所示，一定质量的理想气体分别经历a&rarr;b和a&rarr;c两个过程，其中a&rarr;b为等温过程，状态b、c的体积相同，则(　　)图3A.状态a的内能大于状态bB.状态a的温度高于状态cC.a&rarr;c过程中气体吸收热量D.a&rarr;c过程中外界对气体做正功答案　C解析　由于a&rarr;b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体状态a的内能等于状态b的内能，故A错误；由于状态b和状态c体积相同，且pb<pc，根据理想气体状态方程＝，可知tb<tc，又因为ta＝tb，故ta<tc，故b错误；因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据δu＝w＋q，可知气体吸收热量，故c正确，d错误。跟踪训练2.(2022·辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积v和热力学温度t变化图像如图4所示，此过程中该系统(>WC.Q1<q2d.q1＋q2＝w答案 b="">0，气体的温度不变，则&Delta;U＝0，由热力学第一定律&Delta;U＝W＋Q可得：Q&lt;0，即此过程中气体向外界释放热量，B,错误；缓慢充气过程气体的温度不变，由玻意耳定律可得，气体的压强变大，气体的温度不变，气体分子对篮球内壁的平均撞击力不变，因此此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多，C错误，D正确。对点练2　热力学第一定律和图像的结合3.(2022&middot;盐城模拟)一定质量的理想气体状态变化过程如图2所示，则气体从A到B的过程中(　　)图2A.体积逐渐增大B.内能逐渐增大C.一定吸收热量D.一定放出热量答案　B解析　图线上从A到B，点与原点连线的斜率逐渐增大，即逐渐增大，根据理想气体状态方程＝C可知体积逐渐减小，故A错误；气体从A到B的过程中温度逐渐升高，内能逐渐增大，故B正确；气体体积减小则外界对气体做功，气体内能增大，根据热力学第一定律可知当W＝&Delta;U时，气体既不吸热也不放热，故C、D错误。4.(2022&middot;江苏连云港模拟)一定质量的理想气体状态变化如p－V图所示，图3中，p1＝3p2，V2＝4V1，状态1、2对应的温度分别为T1、T2。由状态1变化到状态2的过程中，下列说法正确的是(　　),图3A.气体内能不变B.气体对外做功并放热C.气体分子热运动平均动能增大D.单位时间内器壁单位面积上受气体分子撞击的次数增加答案　C解析　根据理想气体状态方程＝，＝，可得T1</q2d.q1＋q2＝w答案></pc，根据理想气体状态方程＝，可知tb<tc，又因为ta＝tb，故ta<tc，故b错误；因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据δu＝w＋q，可知气体吸收热量，故c正确，d错误。跟踪训练2.(2022·辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积v和热力学温度t变化图像如图4所示，此过程中该系统(>