1、考点45热力学定律与能量守恒考点名片考点细研究：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律等。其中考查到的如：2016年全国卷第33题(1)、2016年全国卷第33题(1)、2015年北京高考第13题、2015年全国卷第33题(2)、2015年全国卷第33题(2)、2015年重庆高考第10题(2)、2015年江苏高考第12题A(3)、2014年全国卷第33题、2014年重庆高考第10题、2014年山东高考第37题、2013年山东高考第36题、2013年北京高考第13题等。备考正能量：本考点为高考的重点内容。热力学定律和能量守恒定律是物理学的基础内容，是高考的热点内容之一。考查重点是对热力学定
2、律、能量守恒定律的理解和计算以及对功、热和内能的认识等。主要题型为选择题、计算题，其中选择题多为中等难度题。一、基础与经典1.如图所示，内壁光滑的气缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在气缸内，外界大气压强为p0。现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2。则在此过程中()A气体分子平均动能增大B气体分子平均动能不变C气体分子平均动能减小D气体内能变化了Qp0(V2V1)答案A解析气体等压膨胀，由C，体积V增大，故温度T升高；温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，气体分子平均动能增大，故选项A正确，B、C错误；根据热力学第一定律得：UQW，而Wp0SLp0Vp0(V2V1
3、)，所以气体内能变化了UQp0(V2V1)，故选项D错误。2下列关于热现象的描述正确的一项是()A根据热力学定律，热机的效率可以达到100%B做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的答案C解析热机不可能将内能全部转化为机械能，其效率不可能达到100%，A错误。做功是通过能量转化的方式改变内能，而热传递是通过内能转移改变内能，B错误。单个分子的运动无规则，但大量分子的运动符合统计规律，D错误。C的说法是正确的。3关于热力学定律和分子动理论，
4、下列说法正确的是()A一定量气体吸收热量，其内能一定增大B不可能使热量由低温物体传递到高温物体C若两分子间距离增大，分子势能一定增大D若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大答案D解析热力学第一定律指出改变物体内能的方式有做功和热传递，A错误。热力学第二定律指出热量不能自发地由低温物体传到高温物体，但借助外界可以实现热量由低温物体传到高温物体，如电冰箱、空调等，B错误。若分子间距小于r0，分子势能随分子间距的增大而减小，若分子间距大于r0，分子势能随分子间距的增大而增大，C错误。分子间的引力和斥力都随分子间距的减小而增大，D正确。4关于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是()A热量、
5、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同B热量、功都可以作为物体内能变化的量度C热量、功和内能的单位不同D功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定答案B解析热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量都是能量转化的量度，热量和功都可以作为物体内能变化的量度，故B正确；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D错误。5在水池中，一个气泡从池底浮起，此过程可认为气泡的温度不变，气泡内气体视为理想气体。则 ()A外界对气泡做功，同时气泡吸热B外界对气泡做功，同时气泡放热C气泡对外界做功，同时气泡吸热D气泡对外界做功，同时
6、气泡放热答案C解析随着气泡的上升，压强减小，因为温度不变，根据C，所以体积增大，气泡对外做功；根据UWQ温度不变，所以U0，W0，即气泡吸热，选项C正确。6如图所示，某种自动洗衣机进水时，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。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气()A放热B压强减小C分子的热运动加剧D分子间的引力和斥力都减小答案A解析温度不变，洗衣缸内水位升高时，封闭气体压强增大，体积减小，外界对气体做功，W0，又因U0，由UWQ知，QTc，B正确。根据热力学第一定律UWQ可知，在cd中T不变，即U0，WQ，即向外界放出的热量
7、等于外界对气体做的功，C错误。da中，温度升高，U0，由p不变，T升高，可知V增大，W0，QU|W|，可见气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，D错误。bc为等压变化，有，外界对气体做功Wbcpc(VbVc)(TbTc)。da为等压变化，有，气体对外界做功Wdapa(VaVd)(TaTd)，由及TbTcTaTd可知，WbcWda，E正确。132015北京高考下列说法正确的是()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，若物体放出热量，如果外界对物体
8、做正功，则U不一定为负值，即内能不一定减少，故A项错误；同理可分析出，B项和D项错误，C项正确。14. 2014全国卷(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图象如图所示。下列判断正确的是()A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Da、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小Eb和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同答案ADE解析对封闭气体，由题图可知ab过程，气体体积V不变，没有做功，而温度T升高，则为吸热过程，A项正确。bc过程为等温变化，压强减小，体积
9、增大，对外做功，则为吸热过程，B项错误。ca过程为等压变化，温度T降低，内能减少，体积V减小，外界对气体做功，依据WQU，外界对气体所做的功小于气体所放的热，C项错误。温度是分子平均动能的标志，Tapc，显然E项正确。152014重庆高考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解析储气罐中气体体积不变，气体不做功，当温度升高时，气体压强增大，气体内能增大，分子平均动能增大；由热力学第一定律可知，
10、气体一定吸热，故选项B正确。162017河北邯郸模拟(多选)关于一定量的气体，下列说法正确的是()A气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和B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C在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零D气体从外界吸收热量，其内能一定增加E气体在等压膨胀过程中温度一定升高答案ABE解析气体分子间有间隙，气体体积为气体分子所能到达的空间的体积，A正确。气体分子热运动的剧烈程度为气体温度的微观解释，B正确。气体压强是由于气体分子频繁碰撞容器壁引起的，与重力无关，C错误。由热力学第一定律UQW可知，D错误。由盖吕萨克定律，
11、等压过程中C，由于V增大，则T增大，E正确。172017浙江质检某未密闭房间内的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时()A室内空气的压强比室外的小B室内空气分子的平均动能比室外的大C室内空气的密度比室外的大D室内空气对室外空气做了负功答案B解析室内和室外是相通的，故气体压强相同，A错误。温度是分子平均动能的标志，室内空气温度高则分子平均动能大，B正确。根据压强的微观解释知，室内、外气体压强一样，室内的分子平均动能大，则单位体积内的分子数少，密度小，C错误。室内气体相当于等压膨胀，对外界做正功，D错误。182016河北石家庄一模(多选)以下说法正确的是(
12、)A影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距B功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程C用油膜法估测分子直径的实验中，把用酒精稀释过的油酸滴在水面上，待测油酸面扩散后又收缩的原因是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复以及酒精挥发后液面收缩D液晶具有液体的流动性又具有晶体的各向异性，从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的E温度高的物体分子平均动能和内能一定大答案ACD解析影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距，差距越大蒸发越快，人们感觉干燥，差距越小蒸发越慢，人们
13、感觉空气潮湿，A正确。功转变为热的实际宏观过程是不可逆的，B错误。由实验过程知，C正确。液晶的特点就是液晶既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性，从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的，D正确。温度是分子平均动能的标志，内能由平均动能、势能和分子数共同决定，E错误。192017广西调研(多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的Vt图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是()A气体的内能增大B气体的内能不变C气体的压强减小D气体的压强不变E气体对外做功，同时从外界吸收能量答案ACE解析由题图可知，理想气体从状态A到状态B的过
14、程中，温度升高，内能增大，故A正确，B错误；在Vt图象中等压线是延长线过273.15 的直线，斜率越大，压强越小，如图所示，气体从状态A到状态B的过程中，压强减小，故C正确，D错误；从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功，W0，根据热力学第一定律UWQ，可知Q0，即气体从外界吸收热量，故E正确。202017石家庄质检(多选)下列说法正确的是()A液面上部的蒸汽达到饱和时就不会有液体分子从液面飞出B质量相等的80 的液态萘和80 的固态萘相比，具有不同的分子势能C单晶体的某些物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体的物理性质表现为各向同性D液体表面层分子的势能比液体内部分子的势能大E理想气体等温
15、膨胀时从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功，这一过程违反了热力学第二定律答案BCD解析蒸汽达到饱和是一种动态平衡，同一时间内进出液体的分子数量相等，不是没有分子飞出，A错误。内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，质量相等的同种物质，则分子数相同；温度相同，即总动能相等；由于物态不同，内能不同，一定是分子势能不同，选项B正确。多晶体由于各个小晶粒的取向杂乱无章，整体不表现出方向性，显示各向同性，选项C正确。液体表面层分子间的距离比液体内部的分子间距略大一些，分子间的势能较大，选项D正确。热力学第二定律表示热机不能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不造成其他影响，而理想气体等温膨胀时，
16、吸收的热量虽然全部用于对外做功了，但造成了其他的影响(与外界有热交换，向外界传递了一部分热量)，所以并不能说这个过程违反了热力学第二定律，选项E错误。一、基础与经典21.如图所示pV图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J。(1)ACB过程中气体的内能如何变化？变化了多少？(2)BDA过程中气体吸收还是放出多少热量？答案(1)内能增加130 J(2)放出热量330 J解析(1)ACB过程中W1280 J，Q1410 J，由热力学第一定律UBUAW1Q1130 J，
17、气体内能的增加量为130 J。(2)因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA过程中气体内能变化量UAUB130 J，由题知W2200 J，由热力学第一定律得UAUBW2Q2，解得Q2330 J，即放出热量330 J，气体一定放出热量。22某地的平均风速为5 m/s，空气密度是1.2 kg/m3。有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？答案3.4 kW解析在时间t内作用于风车的气流质量为mVr2vt，这些气流的动能为mv2，转变成的电能为Emv210%，故风车带动的发电机功率为Pr2v310%
18、，代入数据得P3.4 kW。二、真题与模拟232016江苏高考(1)在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽。停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却。在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为_。A压强变小 B压强不变C一直是饱和汽 D变为未饱和汽(2)如图甲所示，在斯特林循环的pV图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成。BC的过程中，单位体积中的气体分子数目_(选填“增大”“减小”或“不变”)。状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是_(选填“”或“”)。(3)如图甲所示，在
19、AB和DA的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J。在BC和CD的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J。求气体完成一次循环对外界所做的功。答案(1)AC(2)不变(3)8 J解析(1)高压锅在密封的状态下缓慢冷却，在冷却过程中气体发生等容变化，温度降低，压强变小，A正确，B错误。锅内始终处于饱和汽状态，C正确，D错误。(2)气体在从BC的过程中，气体的体积不变，因此单位体积中气体分子数目不变。从状态D到状态A，气体的体积不变，压强减小，温度降低，因此A状态对应的是图。(3)气体循环一次内能不变，U0，吸收的热量Q(2012420) J8 J。根据热力学第一定律UQW，得W8 J
20、，气体对外做功8 J。24. 2015全国卷如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m12.50 kg，横截面积为S180.0 cm2；小活塞的质量为m21.50 kg，横截面积为S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l40.0 cm；汽缸外大气的压强为p1.00105 Pa，温度为T303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1495 K。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2。求：(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度
21、；(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。答案(1)330 K(2)1.01105 Pa解析(1)设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2。由题给条件得：V1S2S1V2S2l在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得：S1(p1p)m1gm2gS2(p1p)故缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定律有：联立式并代入题给数据得：T2330 K(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p，由查理定
22、律，有联立式并代入题给数据得：p1.01105 Pa。252015全国卷如图，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度为l10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h3.0 cm。现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h110.0 cm时将开关K关闭。已知大气压强p075.0 cmHg。(1)求放出部分水银后A侧空气柱的长度；(2)此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度。答案(1)12.0 cm(2)13.2 cm解析(1)以cmHg为压强单位。设A侧空气柱长度l10.0 c
23、m时的压强为p；当两侧水银面的高度差为h110.0 cm时，设空气柱的长度为l1，压强为p1。由玻意耳定律得：pl p1l1由力学平衡条件得：pp0h打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，直到B侧水银面低于A侧水银面h1为止。由力学平衡条件有：p1p0h1联立式，并代入题给数据得：l112.0 cm(2)当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2。由玻意耳定律得：plp2l2由力学平衡条件有：p2 p0联立式，并代入题给数据得：l210.4 cm设注入的水银在管内的长度为h，依题意得：h 2(l1
24、l2)h1联立式，并代入题给数据得：h13.2 cm。262016石家庄质检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pV图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ，求：(1)该气体在状态B和C时的温度分别为多少？(2)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？答案(1)TB600 KTC300 K(2)放热，传递的热量为1000 J解析(1)对一定质量的理想气体，由图象可知AB为等容变化，由查理定律得，代入数据得TB600 K。AC由理想气体状态方程得代入数据得TC 300 K。(2)从A经B到C气体体积减小，外界对气体做正功，由pV图线与横轴所围成的面积可得W1000 J。由于TATC，该气体在状态A和状态C内能相等，U0，由热力学第一定律UWQ，可得Q1000 J，即气体向外界放出热量，传递的热量为1000 J。
