新高考物理一轮复习知识梳理+巩固练习讲义第十四章第三讲　热力学定律与能量守恒定律（含答案解析）

这是一份新高考物理一轮复习知识梳理+巩固练习讲义第十四章第三讲　热力学定律与能量守恒定律（含答案解析），共13页。试卷主要包含了用熵的概念表述热力学第二定律等内容，欢迎下载使用。

一、热力学第一定律
1．改变物体内能的两种方式
(1)做功；(2)热传递．
2．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：ΔU＝Q＋W.
(3)表达式中的正、负号法则
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另一种形式，或者是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
能量守恒定律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．或表述为“第二类永动机是不可能制成的”.
2.用熵的概念表述热力学第二定律
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
3．热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．
4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．
1．思维辨析
(1)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20 J，气体的内能一定减少. ( )
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．( )
(4)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. ( )
2．关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．在一定条件下，物体的温度可以降到0 K
B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C．吸收了热量的物体，其内能一定增加
D．压缩气体总能使气体的温度升高
3．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到初始状态．W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量．在整个过程中一定有( )
A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2
C．W1＝W2 D．Q1>Q
考点 热力学第一定律
1．热力学第一定律ΔU＝Q＋W
(1)符号法则
(2)三种特殊情况
2.温度、内能、热量、功的比较
典例1 (2023·全国甲卷)(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是( )
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高
D．气体的体积增大，温度不变
E．气体的体积增大，温度降低
1. [热力学第一定律的应用]如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°的过程中，缸内气体( )
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
2．[气体实验定律与热力学第一定律的综合应用](多选)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa.经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K．下列说法正确的是( )
A．初始状态下，气体的体积为6 L
B．等压过程中，气体对外做功400 J
C．等压过程中，气体体积增加了原体积的eq \f(1,4)
D．两个过程中，气体的内能增加量都为400 J
考点 热力学第二定律
1．对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”的涵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．
2．热力学第二定律的实质
自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
(1)高温物体eq \(,\s\up15(热量Q能自发传给),\s\d15(热量Q不能自发传给))低温物体．
(2)功eq \(,\s\up15(能自发地完全转化为),\s\d15(不能自发地且不能完全转化为))热．
(3)气体体积V1eq \(,\s\up15(能自发膨胀到),\s\d15(不能自发收缩到))气体体积V2(较大)．
(4)不同气体A和Beq \(,\s\up15(能自发混合成),\s\d15(不能自发分离成))混合气体AB.
3．两类永动机的比较
典例2 (2022·湖南卷)(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离．如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成．高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位．气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出．下列说法正确的是( )
A．A端为冷端，B端为热端
B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
1．[对热力学定律的理解]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________．
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
2．[热力学定律与气体实验定律的综合应用](多选)我国航天员漫步太空已变成现实，已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”．其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中最终达到平衡．若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是( )
A．气体并没有对外做功，气体内能不变
B．B中气体可自发地全部退回到A中
C．气体温度不变，体积增大，压强减小
D．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
考点 热力学第一定律与气体图像的综合应用
1．一定质量理想气体不同图像的比较
2.做功、传热和内能变化的判断方法
(1)做功情况看体积
体积V减小→外界对气体做功→W>0；
体积V增大→气体对外界做功→W0；
温度T降低→内能减少→ΔUQ
解析：根据题意可知，W1为正功，W2为负功，Q1为正，Q2为负，故W＝W1－W2，Q＝Q1－Q2，因为气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以ΔU＝W＋Q＝0，即(W1－W2)＋(Q1－Q2)＝0，所以A正确．
答案：A
考点 热力学第一定律
典例1 (2023·全国甲卷)(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是( )
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高
D．气体的体积增大，温度不变
E．气体的体积增大，温度降低
解析：气体的温度升高，则气体的内能增多，体积不变，气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的温度降低，则气体的内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体对外放热，B正确；气体的温度升高，则气体的内能增多，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的温度不变，则气体的内能不变，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q>0，即气体吸收热量，D正确；气体的温度降低，则气体的内能减少，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误．故选ABD．
1. [热力学第一定律的应用]如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°的过程中，缸内气体( )
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
解析：由题干中“绝热汽缸内”“绝热活塞”信息可知Q＝0，汽缸缓慢转动90°的过程中，缸内气体压强减小，体积变大，气体对外界做功，W0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体内能增大，A错误；B→C过程，气体发生等压变化，体积变大，温度升高，即ΔU>0，气体对外界做正功，即WΔU，即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能，故D正确，E错误．
答案：ABD符号
W
Q
ΔU
＋
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
直
观
情
境
符号
W
Q
ΔU
＋
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
内能减小
过程
含义
内能变化
物理意义
绝热
Q＝0
ΔU＝W
外界对物体做的功等于物体内能的增加
等容
W＝0
Q＝ΔU
物体吸收的热量等于物体内能的增加
等温
ΔU＝0
W＝－Q
外界对物体做的功，等于物体放出的热量
项目
含义
特点
温度
表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义
状态量
内能
物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能
状态量
热量
指在热力学系统与外界之间依靠温差传递的能量，热量是过程量，只能说“吸收”“放出”，不能说“含有”“具有”
过程量
功
做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程
第一类永动机
第二类永动机
不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器
从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器
违背能量守恒定律，不可能制成
不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成
过程
图像类别
图像特点
图像示例
等温
过程
p­V
pV＝CT(其中C为常量)，即p、V之积越大，温度越高，等温线离原点越远
p­eq \f(1,V)
p＝CTeq \f(1,V)(其中C为常量)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
等容
过程
p­T
p＝eq \f(C,V)T(其中C为常量)，斜率k＝eq \f(C,V)，即斜率越大，体积越小
等压
过程
V­T
V＝eq \f(C,p)T(其中C为常量)，斜率k＝eq \f(C,p)，即斜率越大，压强越小