1、热力学定律与能量守恒(建议用时40分钟)1(2020全国卷)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_。(填正确答案标号)A汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内【解析】汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热，不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律，A项不符合；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，需要对外做功或对外放出热量，而保温杯隔断了传热
2、过程，水也没有对外做功，所以该过程违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响，该过程不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，要消耗电能，引起了其他变化，该过程不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律，D项不符合。答案：BC2(多选)(2020青岛模拟)根据热力学定律，下列说法正确的是()A第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B效率为100%的热机是不可能制成的C电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递D从单一热源吸收热量，使之完全变成功是提高机械效率的常用
3、手段【解析】选B、C。第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，故A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故B正确；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变成功是不可能实现的，故D错误。【加固训练】(多选)下列说法中正确的是()A.热量可以从低温物体传递到高温物体B.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机C.能源危机指能量的过度消耗导致自然界的能量不断减少D.功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为功【解析】选A、D。空调可以使热量从低温物体向高温物体传递，A正确；由热力学第二定律知，不可能有单一热源的热机，B错误；能量
4、是守恒的，C错误；功可以全部转化为热量，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下，热量也可以全部转化为功，D正确。3(多选)(2021雅安模拟)如图是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置。具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气(忽略气体的分子势能)，将其装入“可乐瓶”中。通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同。当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是()A快速挤压时，瓶内气体压强变大B快速挤压时，瓶内气体温度不变C快速挤压时，瓶内气体体积不变D缓慢挤压时，瓶内气体
5、温度不变E缓慢挤压时，气球下降【解析】选A、D、E。快速挤压气体时，外界对它做功，来不及热传递，由WQU可知，内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，则A项对，B、C两项错；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，D正确；对气球来说，压强也增大，温度不变，体积必然减小，则重力mg大于浮力gV，气球下降，则E项正确。4(多选)(2020安庆模拟)下列说法正确的是()A物体从外界吸收热量的同时，物体的内能可能在减小B分子间的引力和斥力，当rr0时(r0为引力与斥力大小相等时的分子间距离)，都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化快C水黾(一种小型水生昆虫)能够停留在水面上而不陷入水中
6、是由于液体表面存在张力D第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能【解析】选A、B、C。本题考查热力学第一定律、水的表面张力、气体压强的微观含义等。由UQW知，若物体对外界做功的同时吸收热量，如果对外做功的大小大于吸收的热量的大小，物体的内能减小，故A正确；当分子间的距离小于r0时，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化快，分子间相互作用力的合力表现为斥力，故B正确；液体表面层中的分子比液体内部的分子稀疏，分子间的距离比液体内部的分子大一些，分子间的相互作用力表现为引力，这个引力即为表面张力，正是因为这种张力的存在，水黾才能在水面上停留，故
7、C正确；第二类永动机不可能制成，说明内能不能在全部转化为机械能的同时不引起其他变化，故D错误。5. (多选)(2020成都模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程：从a到b，b到c，c到a回到原状态，其VT图象如图所示。用pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列说法正确的是()Apapa，故A正确；a到b的过程中气体的体积不变，没有做功，温度升高，内能增大，所以气体一定吸热，故B正确；由图象可知，b到c的过程中气体体积减小，外界对气体做功，W0，气体温度降低，内能减小，U0，由热力学第一定律UQW，得Q0，即气体一定吸热，C正确；从c状态变化到a状态的过程中气体等压压缩，外
8、界对气体做的功W0，根据盖吕萨克定律知温度降低，U0，由热力学第一定律UQW，得QW，D正确，E错误。【总结提升】气体图象和热力学定律的结合问题(1)根据图象判断气体发生的过程，如等温过程、等容过程、等压过程等。(2)根据气体实验定律分析气体在多过程中温度、体积等状态参量的变化。(3)应用热力学第一定律判断做功、吸热内能变化等情况。9(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是()A一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 JB物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C凡与热现象有关的宏观过程都具有
9、方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体D第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律E热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律【解析】选A、D、E。根据热力学第一定律知UWQ100 J120 J20 J，故选项A正确；根据热力学第一定律UWQ，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力
10、学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，选项E正确。10. (2020江苏高考)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q。【解析】根据p图象可知状态A和状态C温度相同，内能相同；故从A经B到C过程中气体吸收的热量等于气体对外界所做的功。根据图象可知状态A到状态B为等压过程，气体对外界做功为W1pV2105(21) J2105 J状态B到状态C为等容变化，气体不做功；故从A经B到C过程中气体吸收的热量为QW12105 J答案：2105 J11如图所示，用销钉固定
11、的导热活塞把水平放置的导热汽缸分隔成容积相同的两部分，分别封闭着A、B两部分理想气体：A部分气体压强为pA02.5105 Pa，B部分气体压强为pB01.5105 Pa。现拔去销钉，待活塞重新稳定后。(外界温度保持不变，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，整个过程无漏气发生)(1)求此时A部分气体体积与原来体积之比；(2)判断此过程中A部分气体是吸热还是放热，并简述理由。【解析】(1)设A、B部分气体原来体积都为V，由玻意耳定律得pA0VpA(VV)pB0VpB(VV)又pApB由以上各式可解得VV，因此，此时A部分气体体积与原来体积之比为54。(2)A部分气体由于温度不变，所以内能不变；体积膨胀，对
12、外做功，由热力学第一定律可知，一定从外界吸收热量。答案：(1)54(2)吸热温度不变，内能不变；体积膨胀，对外做功，由热力学第一定律可知，一定从外界吸收热量12.(2021绵阳模拟)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D。已知在状态A时，气体温度tA327 。(1)求气体在状态B时的温度；(2)已知状态BD的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因。【解析】(1)气体由状态A变化到状态B由查理定律可得TBTA(327273) K300 K所以tB27 。(2)状态BD的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律UQW0可
13、得QW。答案：(1)27 (2)QW原因见解析【加固训练】如图所示的p-V图象中，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。则：(1)ACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？【解析】(1)ACB过程中W1=-280 J，Q1=410 J，由热力学第一定律得UB-UA=W1+Q1=130 J，故ACB过程中气体的内能增加了130 J。(2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，BDA过程中气体内
14、能的变化量UA-UB=-130 J，由题意知W2=200 J，由热力学第一定律得UA-UB=W2+Q2，代入数据解得Q2=-330 J，即BDA过程中气体放出热量330 J。答案：(1)增加130 J(2)放热330 J13.某同学利用废旧物品制作了一个简易气温计：在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱，瓶口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图所示。已知该酒瓶容积为480 cm3，玻璃管内部横截面积为0.4 cm2，瓶口外的有效长度为48 cm。当气温为7 时，水银柱刚好处在瓶口位置。(1)求该气温计能够测量的最高气温；(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收了3 J热量，则在这一过程中该气体的内能变化了多少？(已知大气压强p01.0105 Pa)【解题指导】(1)气温变化，水银柱移动，瓶内封闭气体发生等压变化。(2)等压变化过程中，可以用WpV计算外界对气体做的功。【解析】(1)封闭气体发生等压变化，则即，解得：T2291.2 K18.2 。(2)根据热力学第一定律UQW，外界对气体做功Wp0V1.92 J，解得U1.08 J。答案：(1)18.2 (2)增加了1.08 J