1、考点一热力学第一定律与能量守恒定律1.热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增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：UQW.(3)UQW中正、负号法则. 物理量意义符号WQU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2.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另一种形式，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)能量守恒定律是一切自然现象都遵守的基本规律.思维深化UQW的三种特殊情况过程名称公式内能变化物理意义绝热Q0UW外界对物体做的功等于物体内能的增加等容
2、W0QU物体吸收的热量等于物体内能的增加等温U0WQ外界对物体做的功等于物体放出的热量1.热力学第一定律的理解(2015北京理综13)下列说法正确的是()A.物体放出热量，其内能一定减小B.物体对外做功，其内能一定减小C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变答案C解析由热力学第一定律UWQ可知，改变物体内能的方式有两种：做功和热传递.若物体放热Q0，但做功W未知，所以内能不一定减小，A选项错误；物体对外做功W0，但Q未知，所以内能不一定减小，B选项错误；物体吸收热量Q0，同时对外做功W0，WQ可正、可负，所以内能可能增加，故C选项正确；物体放
3、出热量Q0，同时对外做功W0，所以U0，即内能一定减小，D选项错误.2.热力学第一定律的理解(2015重庆10(1)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A.外界对胎内气体做功，气体内能减小B.外界对胎内气体做功，气体内能增大C.胎内气体对外界做功，内能减小D.胎内气体对外界做功，内能增大答案D解析车胎体积增大，故胎内气体对外界做功，胎内气体温度升高，故胎内气体内能增大，D项正确.3.能量守恒定律的应用木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系
4、统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是()A.U200 J，Ek600 JB.U600 J，Ek200 JC.U600 J，Ek800 JD.U800 J，Ek200 J答案B解析UFfx6010 J600 JEkFxU8010 J600 J200 J4.热力学第一定律的应用一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J的热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？答案(1)增加了160 J(2)外界对气体做功80 J解析(1
5、)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J，气体的内能增加了160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能的变化量应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化量，则从状态2到状态1内能应减少160 J，即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功80 J.考点二热力学定律与气体实验定律的综合一、基本解题思路1.选取研究对象研究对象可以是由两个或多个物体组成的系统，也可以是全部气体或某一部分气体(状态变化时质量必须一定).2.两类分析(1)气体实验定律：确定状态参量，找
6、出状态变化前后的p、V、T数值或表达式.(2)热力学定律：做功情况；吸、放热情况；内能变化情况.3.选用规律列出相关方程求解(1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1p2V2或pVC(常数).(2)查理定律(等容变化)：或C(常数).(3)盖吕萨克定律(等压变化)：或C(常数).(4)理想气体状态方程：或C(常数).(5)热力学第一定律：UWQ.二、判断物体内能变化的方法1.当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就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：体积增大，气体对外界做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正；理想气体向真空自由膨胀，与外界互不做功；3.与外界绝热
7、，则不发生热传递，此时Q0；4.如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，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.5.热力学定律与理想气体状态方程的理解(2015福建29(2)如图1，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac.则_.(填选项前的字母)图1A.TbTc，QabQacB.TbTc，QabQacC.TbTc，QabQacD.TbTc，QabQac答案C解析ab过程为等压变化，由盖吕萨克定律得：，得Tb2T
8、a，ac过程为等容变化，由查理定律得：，得Tc2Ta，所以TbTc.由热力学第一定律，ab：WabQabUabac：WacQacUac又Wab0，Wac0，UabUac，则有QabQac，故C项正确.6.热力学定律与气体实验定律的理解(2013山东36(2)我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录.在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K.某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化.如图2所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0300 K，压强p01 atm，封闭气体的体积V03 m3.如果
9、将该汽缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体.图2求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强).下潜过程中封闭气体_(填“吸热”或“放热”)，传递的热量_(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功.答案2.8102 m3放热大于解析当汽缸下潜至990 m深处时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知p100 atm根据理想气体状态方程得代入数据得V2.8102 m3解析略.7.热力学定律与气体实验定律的综合应用一定质量的理想气体经历了如图3所示的abca循环过程，其中ab过程气体体积_(填“增大”“减小”或“不变”)，若ca过程气体
10、放出热量10 J，则气体经历abc过程内能的变化是_J.图3答案减小10解析ab过程气体温度不变，压强增大，根据pVC知气体体积减小；ca过程气体做等容变化，由热力学第一定律知，W0，放出热量10 J，则气体经历abc过程内能的变化是增加10 J.8.热力学定律与气体实验定律的综合应用一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C再回到状态A，变化过程如图4所示，其中A到B曲线为双曲线.图中V0和p0为已知量.图4(1)从状态A到B，气体经历的是_(选填“等温”“等容”或“等压”)过程；(2)从B到C的过程中，气体做功大小为_；(3)从A经状态B、C再回到状态A的过程中，气体吸放热情况为_(选填
11、“吸热”“放热”或“无吸、放热”).答案(1)等温(2)p0V0(3)放热解析(1)据题知A到B曲线为双曲线，说明p与V成反比，即pV为定值，由常量得知气体的温度不变，即从状态A到B，气体经历的是等温过程.(2)从B到C的过程中，气体做功大小等于BC线与V轴所围的“面积”大小，故有：W(p02p0)V0p0V0；(3)气体从A经状态B到状态C，气体对外做功，从C到A外界对气体做功，根据“面积”表示气体做功可知：整个过程气体对外做功小于外界对气体做功，而内能不变，根据热力学第一定律得知气体要放热.9.热力学定律与气体实验定律的综合应用某同学估测室温的装置如图5所示，汽缸导热性能良好，用绝热的活塞
12、封闭一定质量的理想气体.室温时气体的体积V166 mL，将汽缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积V260 mL.不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压p01.0105 Pa.图5(1)室温是多少？(2)上述过程中，外界对气体做的功是多少？答案(1)27.3 (2)0.6 J解析(1)设室温为T1，则代入数据解得T1300.3 K27.3 (2)外界对气体做的功Wp0V解得W0.6 J10.热力学定律与气体实验定律的综合应用如图6所示，一定质量的乙醚理想气体从状态A变化到状态B，已知状态A的温度为300 K，且从状态A变化到状态B的过程中，气体内能增加了150 J，求：图6(1)
13、状态B的温度TB；(2)状态A变化到状态B的过程中气体与外界的热交换Q为多少？答案(1)400 K(2)250 J解析(1)由题图可知，从A到B气体发生等压变化，气体状态参量：TA300 K，VA3 L，VB4 L，由盖吕萨克定律得解得TB400 K(2)从A到B气体对外做功WFlpSlpV1105(43)103 J100 J故外界对气体做功WW100 J由热力学第一定律得QUW150(100) J250 J11.热力学定律与气体实验定律的综合应用如图7所示，一粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l120 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高.现
14、将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h10 cm.(环境温度不变，大气压强p075 cmHg)图7(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”做单位).(2)此过程中左管内的气体对外界_(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，气体将_(填“吸热”或“放热”).答案(1)50 cmHg(2)做正功吸热解析(1)设U形管横截面积为S，右端与大气相通时，左管中封闭气体的压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1p2V2p1p0p2pphV1l1SV2l2S由几
15、何关系得h2(l2l1)联立式，代入数据得p50 cmHg(2)左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，U0，根据热力学第一定律UQW且W0，气体将吸热.12.热力学定律与气体实验定律的综合应用如图8所示，厚度和质量不计、横截面积为S10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0300 K，压强为p0.5105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h10 cm，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p01.0105 Pa.求：图8(1)此时桌面对汽缸的作用力FN；(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到T，
16、此过程中气体吸收热量为Q7 J，内能增加了U5 J，整过程活塞都在汽缸内，求T的值.答案(1)50 N(2)720 K解析(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有FNpSp0S，得FN(p0p)S50 N.(2)设温度升高至T时，活塞与汽缸底的距离为H，则气体对外界做功Wp0Vp0S(Hh)，由热力学第一定律得UQW.解得H12 cm气体温度从T0升高到T的过程，由理想气体状态方程，得.解得TT0720 K.1.(多选)下列说法中正确的是()A.布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动B.气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大C.一定量100 的水变成100 的水蒸气，其分子之间的势能增加
17、D.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低答案ACD2.(2015广东理综17)(多选)如图9为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气()图9A.内能增大B.压强增大C.分子间引力和斥力都减小D.所有分子运动速率都增大答案AB解析隔热外筒使封闭气体与外界无热量交换，因金属内筒导热，所以水温升高时，气体吸热，温度升高，分子平均动能增大，但不是每个分子运动速率都增大，D项错误；气体体积不变，分子间距离不变，分子势能不变，分子间引力和斥力均不变，C项错误；分子平均动能增大，分子势能不变，所以封闭气体的内能增大
18、，A正确；根据查理定律C得p增大，B正确.3.如图10所示，针管中气体的体积为V0、压强为p0；用力压活塞，使气体的体积减小了V.若针管中的气体可视为理想气体，其质量、温度在压缩前后均不变.图10(1)求压缩前后，气体压强的变化量p.(2)压缩过程中，气体是吸热还是放热，内能如何变化？答案(1)(2)放热内能不变解析(1)由于针管中的气体是质量、温度均不变的理想气体，由玻意耳定律，有：p0V0(p0p)(V0V)解得p(2)由于气体的温度不变，则内能不变.压缩过程，外界对气体做功，而内能又不变，由热力学第一定律UQW知，气体放热.4.一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，其状
19、态变化过程的pV图象如图11所示.已知该气体在状态A时的温度为27 .求：图11(1)该气体在状态B时的温度；(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量.答案(1)173 (2)吸收热量200 J解析(1)对于理想气体：AB过程，由查理定律有，得TB100 K，所以tBTB273 173 (2)BC过程，由盖吕萨克定律有得TC300 K所以tCTC273 27 由于状态A与状态C温度相同，气体内能相等，而AB过程是等容变化，气体对外不做功，BC过程中气体体积膨胀对外做功，即从状态A到状态C气体对外做功，故气体应从外界吸收热量.QpV1105(31031103) J200 J.练出高分
20、基础巩固题组1.(2014重庆10(1)重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大，内能减小B.吸收热量，内能增大C.压强减小，分子平均动能增大D.对外做功，分子平均动能减小答案B解析质量一定的气体，体积不变，当温度升高时，是一个等容变化，据压强的微观解释：温度升高，气体的平均动能增加；单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，可知压强增大.由于温度升高，所以分子平均动能增大，物体的内能变大；体积不变，对内外都不做功，内能增大，所以只能吸收热量，故A、C、D错误，B正确.2.图1为某种椅
21、子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()图1A.外界对气体做功，气体内能增大B.外界对气体做功，气体内能减小C.气体对外界做功，气体内能增大D.气体对外界做功，气体内能减小答案A解析在M向下滑动的过程中，气体体积缩小，外界对气体做功，气体不与外界发生热交换，再根据热力学第一定律知，气体内能增大，故正确答案为A.3.如图2所示，固定在水平面上的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，汽缸壁和活塞绝热性能良好，汽缸内气体分子间相互作用的势能忽略不计，则以下说法正确的是()图2A.使活塞向左移动，汽缸内气体对
22、外界做功，内能减少B.使活塞向左移动，汽缸内气体内能增大，温度升高C.使活塞向左移动，汽缸内气体压强减小D.使活塞向左移动，汽缸内气体分子无规则运动的平均动能减小答案B解析使活塞向左移动，外界对缸内气体做功，故W0，汽缸壁和活塞的绝热性能良好，由热力学第一定律：UWQ得，汽缸内气体的内能增大，所以缸内气体温度升高，所以汽缸内气体分子的平均动能增大，压强增大，故B正确，A、C、D错误.4.如图3所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片.轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动.离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动.
23、下列说法正确的是()图3A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量答案D解析由能量守恒定律可知，A、B错误；C选项是水对转轮做功，同时水向四周放出热量，所以水温降低；由热力学第二定律可知，D正确.5.(2014广东17)(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()图4A.体积减小，内能增大B.体积减小，压强减小C.对外界做负功，内能增大D.对外界做正功，压强减小答案AC解析充气袋被挤压时，
24、气体体积减小，外界对气体做正功，由于袋内气体与外界无热交换，故由热力学第一定律知，气体内能增大，故选项A、C正确；气体体积减小，内能增大，由理想气体状态方程可知气体压强变大，选项B、D错误.6.(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pT图象如图5所示，下列判断正确的是()图5A.过程ab中气体一定吸热B.过程bc中气体既不吸热也不放热C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D.a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小答案AD解析由pT图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab气体一定吸热，选项A
25、正确；过程bc中温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca中压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由pT图象可知，a状态气体温度最低，则平均动能最小，选项D正确.综合应用题组7.如图6是某喷水壶示意图.未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴处喷出.储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变.则()图6A.充气过程中，储气室内气体
26、内能增大B.充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大C.喷水过程中，储气室内气体放热D.喷水过程中，储气室内气体压强增大答案A解析充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体的平均动能不变，故气体内能增大，选项A正确，B错误；喷水过程中，气体对外做功，Wp2，根据得，T1T2，故A正确；对于理想气体，其内能仅由温度决定，A到B的过程是等温变化的过程，所以气体的温度不变，内能不变，故B错误；A到B的过程中，气体的体积增大，对外做功而内能不变，由热力学第一定律：UWQ可得，气体一定从外界吸收热量，故C正确；A到B的过程中，气体温度不变，则分子运动的剧烈程度不变，而气体的体积增大，分子
27、数密度减小，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少，故D正确.所以选A、C、D.9.如图8所示，某种全自动洗衣机进水时，洗衣机缸内水位升高，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量.将细管中密闭的空气视为理想气体，当洗衣缸内水位缓慢升高时，外界对空气做了0.5 J的功，则空气_(填“吸收”或“放出”)了_的热量.图8答案放出0.5 J解析环境温度不变，说明气体内能不变，根据UWQ，外界对空气做了0.5 J的功，则空气放出0.5 J的热量.10.一定质量的理想气体，由状态A通过如图9所示的箭头方向变化到状态C.则气体由状态A到状态B的过
28、程中，气体的内能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，气体由状态A到状态C的过程中，气体与外界总的热交换情况是_(选填“吸热”、“放热”或“无法确定”)图9答案不变放热解析理想气体从状态A变化到状态B，斜率kpV保持不变，所以做等温变化，故气体的内能不变；理想气体从状态A变化到状态B，气体体积减小，W0，从B到C，体积不变，压强减小，所以温度降低，内能减小，由UQW，气体由状态A到状态C的过程中，气体与外界总的热交换情况是，Q0，则气体放热.11.若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中，若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，
29、则此过程中的气泡_(填“吸收”或“放出”)的热量是_J.气泡到达湖面后，气泡中的气体温度上升，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了_J.答案吸收0.60.2解析气泡从湖底上升到湖面的过程中，体积变大，根据热力学第一定律UQW，对外界做功W0.6 J，内能增量U0，热量为Q0.6 J，说明气体从外界吸热；到达湖面后，对外界做功W0.1 J，热量为Q0.3 J，内能增量U0.2 J.12.(2013江苏12A)如图10所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界
30、无热量交换)，这就是著名的“卡诺循环”.图10(1)该循环过程中，下列说法正确的是_.A.AB过程中，外界对气体做功B.BC过程中，气体分子的平均动能增大C.CD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.DA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“AB”“BC”“CD”或“DA”).若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量，在CD过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kJ.答案(1)C(2)BC25解析(1)由理想气体状态方程和热力学第一定律分析，AB为等温过程，内能不变，气体的体积增大，气体对外做功，A错；BC过程为绝
31、热过程，气体体积增大，气体对外做功，因此内能减小，气体分子的平均动能减小，B错；CD为等温过程，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C正确； DA为绝热过程，气体体积减小，外界对气体做功，内能增大，温度升高，因此气体分子的速率分布曲线变化，D错.(2)在以上循环过程中，内能减小的过程是BC.由热力学第一定律UQW得W25 kJ.13.一种海浪发电机的气室如图11所示.工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭.气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电.气室中的空气可视为理想气体.图11
32、(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的有()A.理想气体实际上并不存在，只是一种理想化模型B.只要气体压强不是很高就可视为理想气体C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D.在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭.若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4104 J，则该气体的分子平均动能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功_(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4104 J.(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27 ，体积为0.224 m3，压强为1个标准大气压.已知1 mol气体在1个标
33、准大气压、0 时的体积为22.4 L，阿伏加德罗常数NA6.021023mol1.计算此时气室中气体的分子数.(计算结果保留一位有效数字)答案(1)AD(2)增大等于(3)51024解析(1)理想气体是一种理想化模型，温度不太低、压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，选项A、D正确，选项B错误.一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项C错误.(2)因为理想气体的内能完全由温度决定，当气体的内能增加时，气体的温度升高，温度是分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能增大.根据热力学第一定律，UQW，由于Q0，所以WU3.4104 J.(3)设气体在标准状态时的体积为V1，等压过程为：气体物质的量为：n，且分子数为：NnNA解得NNA代入数据得N51024个