2025年高考物理復(fù)習(xí)講義第十四章第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律（含解析）

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律素養(yǎng)目標(biāo)1.能認(rèn)識(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式有多種，不同運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)不同形式的能，各種形式的能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．(物理觀(guān)念)2.認(rèn)識(shí)熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律及兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)．(物理觀(guān)念)3.理解熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律的關(guān)系．(科學(xué)思維)4.能應(yīng)用熱力學(xué)第一定律分析有關(guān)實(shí)際問(wèn)題．(科學(xué)思維)一、熱力學(xué)第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞．2．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和．(2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W.(3)表達(dá)式中的正、負(fù)號(hào)法則符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少二、能量守恒定律1．內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變．2．條件性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的．3．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律．三、熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．(2)開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”.直觀(guān)情境2.用熵的概念表述熱力學(xué)第二定律在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減?。?．熱力學(xué)第二定律的微觀(guān)意義一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行．4．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律．1．思維辨析(1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的．()(2)絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少.()(3)物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變．()(4)電冰箱的工作過(guò)程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞.()2．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是()A．在一定條件下，物體的溫度可以降到0KB．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高3．一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到初始狀態(tài)．W1表示外界對(duì)氣體做的功，W2表示氣體對(duì)外界做的功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量．在整個(gè)過(guò)程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2C．W1＝W2 D．Q1>Q考點(diǎn)熱力學(xué)第一定律1．熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W(1)符號(hào)法則符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減小(2)三種特殊情況過(guò)程含義內(nèi)能變化物理意義絕熱Q＝0ΔU＝W外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加等容W＝0Q＝ΔU物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加等溫ΔU＝0W＝－Q外界對(duì)物體做的功，等于物體放出的熱量2.溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較項(xiàng)目含義特點(diǎn)溫度表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，它是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，對(duì)個(gè)別分子來(lái)說(shuō)，溫度沒(méi)有意義狀態(tài)量?jī)?nèi)能物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和，它是由大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子的相對(duì)位置所決定的能狀態(tài)量熱量指在熱力學(xué)系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞的能量，熱量是過(guò)程量，只能說(shuō)“吸收”“放出”，不能說(shuō)“含有”“具有”過(guò)程量功做功過(guò)程是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程典例1(2023·全國(guó)甲卷)(多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過(guò)程，氣體一定與外界有熱量交換的過(guò)程是()A．氣體的體積不變，溫度升高B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高D．氣體的體積增大，溫度不變E．氣體的體積增大，溫度降低1.[熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用]如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開(kāi)口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，缸內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加2．[氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用](多選)一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強(qiáng)為1×105Pa.經(jīng)等容過(guò)程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過(guò)程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K．下列說(shuō)法正確的是()A．初始狀態(tài)下，氣體的體積為6LB．等壓過(guò)程中，氣體對(duì)外做功400JC．等壓過(guò)程中，氣體體積增加了原體積的eq\f(1,4)D．兩個(gè)過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400J考點(diǎn)熱力學(xué)第二定律1．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀(guān)現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀(guān)過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀(guān)過(guò)程都具有方向性．(1)高溫物體eq\o(,\s\up15(熱量Q能自發(fā)傳給),\s\do15(熱量Q不能自發(fā)傳給))低溫物體．(2)功eq\o(,\s\up15(能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為),\s\do15(不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)化為))熱．(3)氣體體積V1eq\o(,\s\up15(能自發(fā)膨脹到),\s\do15(不能自發(fā)收縮到))氣體體積V2(較大)．(4)不同氣體A和Beq\o(,\s\up15(能自發(fā)混合成),\s\do15(不能自發(fā)分離成))混合氣體AB.3．兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成典例2(2022·湖南卷)(多選)利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離．如圖所示，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成．高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位．氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出．下列說(shuō)法正確的是()A．A端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程滿(mǎn)足能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律E．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程既滿(mǎn)足能量守恒定律，也滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律1．[對(duì)熱力學(xué)定律的理解]下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有________，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有________．A．汽車(chē)通過(guò)燃燒汽油獲得動(dòng)力并向空氣中散熱B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C．某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D．冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)2．[熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用](多選)我國(guó)航天員漫步太空已變成現(xiàn)實(shí)，已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進(jìn)入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設(shè)施專(zhuān)門(mén)做成了一個(gè)艙，叫“氣閘艙”．其原理圖如圖所示，相通的艙A、B間裝有閥門(mén)K，指令艙A中充滿(mǎn)氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，打開(kāi)閥門(mén)K后，A中的氣體進(jìn)入B中最終達(dá)到平衡．若將此氣體近似看成為理想氣體，則下列說(shuō)法正確的是()A．氣體并沒(méi)有對(duì)外做功，氣體內(nèi)能不變B．B中氣體可自發(fā)地全部退回到A中C．氣體溫度不變，體積增大，壓強(qiáng)減小D．氣體體積膨脹，對(duì)外做功，內(nèi)能減小考點(diǎn)熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用1．一定質(zhì)量理想氣體不同圖像的比較過(guò)程圖像類(lèi)別圖像特點(diǎn)圖像示例等溫過(guò)程p-VpV＝CT(其中C為常量)，即p、V之積越大，溫度越高，等溫線(xiàn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)p-eq\f(1,V)p＝CTeq\f(1,V)(其中C為常量)，斜率k＝CT，即斜率越大，溫度越高等容過(guò)程p-Tp＝eq\f(C,V)T(其中C為常量)，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，體積越小等壓過(guò)程V-TV＝eq\f(C,p)T(其中C為常量)，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，壓強(qiáng)越小2.做功、傳熱和內(nèi)能變化的判斷方法(1)做功情況看體積體積V減小→外界對(duì)氣體做功→W>0；體積V增大→氣體對(duì)外界做功→W<0；無(wú)阻礙地自由膨脹→W＝0.(2)內(nèi)能變化看溫度溫度T升高→內(nèi)能增加→ΔU>0；溫度T降低→內(nèi)能減少→ΔU<0.(3)吸熱還是放熱，一般題目中會(huì)告知，或由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后確定Q.典例3(2024·山東日照模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖像如圖所示，其中ab的反向延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)O.下列判斷正確的是()A．a(chǎn)b過(guò)程中氣體一定吸熱B．bc過(guò)程中氣體既不吸熱也不放熱C．ca過(guò)程中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱D．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)相同1．[p-V圖像與熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用]1892年狄塞爾為描述內(nèi)燃機(jī)熱力學(xué)過(guò)程建立了定壓加熱循環(huán)(狄塞爾循環(huán))，如圖所示為描述狄塞爾循環(huán)的p-V圖像，A→B和C→D為絕熱過(guò)程，其中BC平行于V軸，DA平行于p軸，若一定質(zhì)量的某種理想氣體經(jīng)歷了A→B→C→D→A循環(huán)過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A．A→B氣體的內(nèi)能不變B．B→C氣體向外界放熱C．C→D氣體的內(nèi)能增加D．一個(gè)循環(huán)過(guò)程，氣體從外界吸收熱量2．[V-T圖像與熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用](多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其過(guò)程如T－V圖上的兩條線(xiàn)段所示，則氣體在()A．狀態(tài)a處的壓強(qiáng)大于狀態(tài)c處的壓強(qiáng)B．由a變化到b的過(guò)程中，氣體對(duì)外做功C．由b變化到c的過(guò)程中，氣體的壓強(qiáng)不變D．由a變化到b的過(guò)程中，氣體從外界吸熱E．由a變化到b的過(guò)程中，從外界吸收的熱量等于其增加的內(nèi)能答案及解析1．思維辨析(1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的．(×)(2)絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少.(×)(3)物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變．(√)(4)電冰箱的工作過(guò)程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞.(√)2．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是()A．在一定條件下，物體的溫度可以降到0KB．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高解析：熱力學(xué)的絕對(duì)零度不可能達(dá)到，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于對(duì)外做功，但會(huì)引起其他變化，B正確；物體從外界吸收了熱量，若全部用來(lái)對(duì)外界做功，其內(nèi)能不變，C錯(cuò)誤；壓縮氣體的過(guò)程對(duì)氣體做功，若氣體同時(shí)向外界釋放熱量，根據(jù)能量守恒定律可知，氣體的內(nèi)能可能減少，溫度可能降低，D錯(cuò)誤．答案：B3．一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到初始狀態(tài)．W1表示外界對(duì)氣體做的功，W2表示氣體對(duì)外界做的功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量．在整個(gè)過(guò)程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2C．W1＝W2 D．Q1>Q解析：根據(jù)題意可知，W1為正功，W2為負(fù)功，Q1為正，Q2為負(fù)，故W＝W1－W2，Q＝Q1－Q2，因?yàn)闅怏w從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到開(kāi)始的狀態(tài)，所以ΔU＝W＋Q＝0，即(W1－W2)＋(Q1－Q2)＝0，所以A正確．答案：A考點(diǎn)熱力學(xué)第一定律典例1(2023·全國(guó)甲卷)(多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過(guò)程，氣體一定與外界有熱量交換的過(guò)程是()A．氣體的體積不變，溫度升高B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高D．氣體的體積增大，溫度不變E．氣體的體積增大，溫度降低解析：氣體的溫度升高，則氣體的內(nèi)能增多，體積不變，氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的溫度降低，則氣體的內(nèi)能減少，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知?dú)怏w對(duì)外放熱，B正確；氣體的溫度升高，則氣體的內(nèi)能增多，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即沒(méi)有熱量交換過(guò)程，C錯(cuò)誤；氣體的溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知Q>0，即氣體吸收熱量，D正確；氣體的溫度降低，則氣體的內(nèi)能減少，體積增大，氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即沒(méi)有熱量交換過(guò)程，E錯(cuò)誤．故選ABD．1.[熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用]如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開(kāi)口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，缸內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加解析：由題干中“絕熱汽缸內(nèi)”“絕熱活塞”信息可知Q＝0，汽缸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，體積變大，氣體對(duì)外界做功，W<0，由熱力學(xué)第一定律可知，ΔU＝W＋Q＜0，所以氣體內(nèi)能減少，故A錯(cuò)誤；缸內(nèi)氣體內(nèi)能減少，溫度降低，分子平均動(dòng)能減少，但不是所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小，故B錯(cuò)誤；缸內(nèi)氣體溫度降低，由氣體分子速率分布規(guī)律可得，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少，故C正確，D錯(cuò)誤．答案：C2．[氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用](多選)一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強(qiáng)為1×105Pa.經(jīng)等容過(guò)程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過(guò)程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K．下列說(shuō)法正確的是()A．初始狀態(tài)下，氣體的體積為6LB．等壓過(guò)程中，氣體對(duì)外做功400JC．等壓過(guò)程中，氣體體積增加了原體積的eq\f(1,4)D．兩個(gè)過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400J解析：令理想氣體的初始狀態(tài)的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為p1＝p0，V1＝V0，T1＝300K，經(jīng)等容過(guò)程后為狀態(tài)二：p2＝？，V2＝V1＝V0，T2＝400K，經(jīng)等壓過(guò)程后為狀態(tài)三：p3＝p0，V3＝？，T3＝400K，由理想氣體狀態(tài)方程可得eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)＝eq\f(p3V3,T3)，解得p2＝eq\f(4,3)p0，V3＝eq\f(4,3)V0，即等壓過(guò)程中體積增加了原來(lái)的eq\f(1,3)，C錯(cuò)誤；等容過(guò)程中氣體做功為零，由熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q＝400J，兩個(gè)過(guò)程的初、末溫度相同即內(nèi)能變化相同，因此內(nèi)能增加都為400J，D正確；等壓過(guò)程內(nèi)能增加了400J，吸收熱量為600J，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w對(duì)外做功為200J，即做功的大小為W＝p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)V0－V0))＝200J，解得V0＝6L，A正確，B錯(cuò)誤．答案：AD考點(diǎn)熱力學(xué)第二定律典例2(2022·湖南卷)(多選)利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離．如圖所示，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成．高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位．氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出．下列說(shuō)法正確的是()A．A端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程滿(mǎn)足能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律E．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程既滿(mǎn)足能量守恒定律，也滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律解析：依題意，中心部位為熱運(yùn)動(dòng)速率較低的氣體，與擋板相互作用后反彈，從A端流出，而邊緣部分熱運(yùn)動(dòng)速率較高的氣體從B端流出，同種氣體分子平均熱運(yùn)動(dòng)速率越大，其對(duì)應(yīng)的溫度也就越高，所以A端為冷端，B端為熱端，故A正確．依題意，A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小，B端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率小于從B端流出的，故B正確．A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小，B端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大，則從A端流出的氣體分子平均動(dòng)能小于從B端流出的氣體分子平均動(dòng)能，內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關(guān)，依題意，不能得出從A端流出的氣體內(nèi)能一定大于從B端流出的氣體內(nèi)能，故C錯(cuò)誤．該裝置將冷熱不均的氣體進(jìn)行分離，噴嘴處有高壓，即通過(guò)外界做功而實(shí)現(xiàn)，并非是自發(fā)進(jìn)行的，沒(méi)有違背熱力學(xué)第二定律；溫度較低的從A端出，溫度較高的從B端出，也符合能量守恒定律，故D錯(cuò)誤，E正確．故選ABE.1．[對(duì)熱力學(xué)定律的理解]下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有________，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有________．A．汽車(chē)通過(guò)燃燒汽油獲得動(dòng)力并向空氣中散熱B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C．某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D．冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)解析：燃燒汽油產(chǎn)生的內(nèi)能一方面向機(jī)械能轉(zhuǎn)化，同時(shí)向空氣轉(zhuǎn)移，既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律；冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低，需要對(duì)外做功或?qū)ν夥懦鰺崃?，而保溫杯隔斷了傳熱過(guò)程，水也沒(méi)有對(duì)外做功，故違背熱力學(xué)第一定律；某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，必然產(chǎn)生其他影響，故違背熱力學(xué)第二定律；制冷機(jī)消耗電能工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)，發(fā)生了內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，同時(shí)對(duì)外界產(chǎn)生了影響，既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律．答案：BC2．[熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用](多選)我國(guó)航天員漫步太空已變成現(xiàn)實(shí)，已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進(jìn)入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設(shè)施專(zhuān)門(mén)做成了一個(gè)艙，叫“氣閘艙”．其原理圖如圖所示，相通的艙A、B間裝有閥門(mén)K，指令艙A中充滿(mǎn)氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，打開(kāi)閥門(mén)K后，A中的氣體進(jìn)入B中最終達(dá)到平衡．若將此氣體近似看成為理想氣體，則下列說(shuō)法正確的是()A．氣體并沒(méi)有對(duì)外做功，氣體內(nèi)能不變B．B中氣體可自發(fā)地全部退回到A中C．氣體溫度不變，體積增大，壓強(qiáng)減小D．氣體體積膨脹，對(duì)外做功，內(nèi)能減小解析：氣體自由擴(kuò)散，沒(méi)有對(duì)外做功，又因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知內(nèi)能不變，故A正確，D錯(cuò)誤；根據(jù)熵增加原理可知一切宏觀(guān)熱現(xiàn)象均具有方向性，故B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中，故B錯(cuò)誤；因?yàn)閮?nèi)能不變，故溫度不變，因?yàn)闅忾l艙B內(nèi)為真空，故擴(kuò)散后氣體體積V增大，根據(jù)玻意耳定律有pV＝C(定值)，可知p減小，故C正確．答案：AC考點(diǎn)熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用典例3(2024·山東日照模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖像如圖所示，其中ab的反向延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)O.下列判斷正確的是()A．a(chǎn)b過(guò)程中氣體一定吸熱B．bc過(guò)程中氣體既不吸熱也不放熱C．ca過(guò)程中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱D．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)相同解析：ab過(guò)程圖線(xiàn)的反向延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)，由eq\f(pV,T)＝C分析可知?dú)怏w經(jīng)歷等容變化，對(duì)外界做功為零，而氣體溫度升高，內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w一定吸熱，A正確．bc過(guò)程中氣體經(jīng)歷等溫變化，壓強(qiáng)減小，由eq\f(pV,T)＝C可知?dú)怏w體積增大，氣體對(duì)外界做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w一定吸熱，B錯(cuò)誤．ca過(guò)程中氣體經(jīng)歷等壓變化，溫度降低，內(nèi)能減小，由eq\f(pV,T)＝C可知?dú)怏w體積減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放的熱，C