易错点32 热力学定律和能量守恒(解析版)-备战2023年高考物理考试易错题

易错点32 热力学定律和能量守恒

例题1. (多选)(2021·湖南卷·15(1)改编)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S 1和S 2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A 下降h 高度到B 位置时，活塞上细沙的总质量为m .在此过程中，用外力F 作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变．整个过程环境温度和大气压强p 0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g .下列说法正确的是( )

A ．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变

B ．整个过程，理想气体的内能增大

C ．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p 0S 1h ＋mgh )

D ．左端活塞到达B 位置时，外力F 等于mgS 2S 1

【答案】 ACD 【解析】

根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，A 正确，B 错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：Q ＝W

S 1

，D 正确． 【误选警示】

误选B 的原因：没有判断清楚该过程温度不变，整个过程，理想气体的内能不变。 例题2. (多选)(2021·全国乙卷·33(1)改编)如图，一定量的理想气体从状态a (p 0，V 0，T 0)经热力学过程ab 、bc 、ca 后又回到状态a .对于ab 、bc 、ca 三个过程，下列说法正确的是( )

A ．ab 过程中，气体始终吸热

B ．ca 过程中，气体始终放热

C ．ca 过程中，气体对外界做功

D ．bc 过程中，气体的温度先降低后升高 【答案】 AB 【解析】

由理想气体的p －V 图可知，ab 过程是等容过程，外界对气体不做功，理想气体的温度升高，则内能增大，由ΔU ＝Q ＋W 可知，气体始终吸热，故A 正确；

ca 过程为等压压缩，气体体积减小，则外界对气体做正功，但气体温度降低，即内能减小，由ΔU ＝Q ＋W 可知，Q <0，即气体始终放热，故B 正确，C 错误；气体在b 和c 状态时，p b V b ＝p c V c ＝2p 0V 0，从b 、c 连线上任取一点，该点的pV >p b V b ＝p c V c ，根据理想气体状态方程pV

T ＝C ，可知bc 过程中，气体的温度先升高后降低，故D 错误． 【误选警示】

误选C 的原因： 没有判断清楚ca 过程中气体体积减小，外界对气体做功。 误选D 的原因：没有正确 bc 过程中温度的变化情况。

一、热力学第一定律

1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的．

2．热力学第一定律：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．

3．热力学第一定律的表达式：ΔU ＝Q ＋W . 4．热力学第一定律的应用：

(1)W 的正负：外界对系统做功时，W 取正值；系统对外界做功时，W 取负值．(均选填“正”或“负”)

(2)Q 的正负：外界对系统传递的热量Q 取正值；系统向外界传递的热量Q 取负值．(均选填“正”或“负”) 二、能量守恒定律 1．探索能量守恒的足迹

2．能量守恒定律

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．

3．永动机不可能制成

(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．

(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．

一、热力学第二定律

1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律．

2．热力学第二定律的克劳修斯表述：

热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性．

3．热力学第二定律的开尔文表述：

(1)热机

①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能．

②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W

(2)热力学第二定律的开尔文表述：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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)．

4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．(选填“等价”或“不等价”)

三、热力学第一定律和热力学第二定律的比较

1．两定律的比较

成的原因

易混点：

1．做功和热传递的实质是不相同的．

2．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能不一定减少20 J．

3．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．

4．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．

5．热机中，燃气的内能可以不能全部变成机械能而不引起其他变化．

6．热量可能从低温物体传给高温物体，但是要引起其他变化．

1. (多选)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105 Pa，经历A→B→C→A 的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是()

A．C→A的过程中外界对气体做功300 J

B．B→C的过程中气体对外界做功600 J

C．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量

D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量

【答案】AC

【解析】

在C→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，根据W CA＝p·ΔV，得W CA＝300 J，A 正确；由题知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，则B→C 的过程中气体对外界做功900 J，B错误；A→B→C→A，温度不变，则内能变化量ΔU＝0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900 J；C→A的过程中外界对气体做功300 J，故W＝W CA＋W BC＝－600 J，Q＝ΔU－W＝600 J，则整个过程中气体从外界吸收600 J的热量，C正确，D错误．

2. 如图所示，水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的质量m＝10 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到汽缸底部的距离L1＝11 cm，到汽缸口的距离L2＝4 cm.现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体