第48讲 热力学定律与能量守恒定律（复习讲义）（四川专用）（教师版）

第48讲热力学定律与能量守恒定律目录01TOC\o"1-3"\h\u考情解码·命题预警 202体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一分子动理论内能 4知识点1分子动理论 4知识点2分子动能和分子势能物体的内能 5考向1分子动理论 7考向2分子动能和势能物体的内能 10考点二固体、液体和气体 12知识点1固体和液体 12知识点2气体压强的微观解释 13知识点3气体实验定律和理想气体的状态方程 15考向1固体和液体 16考向2气体实验定律和理想气体的状态方程 19考点三热力学定律与能量守恒定律 23知识点1热力学第零定律 23知识点2热力学第一定律 23知识点3热力学第二定律 24知识点4热力学第三定律 24知识点5能量守恒定律 24考向1热力学定律 25考向2能源 29考向3能量守恒定律 3004真题溯源·考向感知 31考点要求考察形式2025年2024年2023年热学基础选择题非选择题四川卷T4，4分全国甲卷T13,6分全国甲卷T14,17分热力学定律与能量守恒定律选择题非选择题\\全国甲卷T13,6分考情分析：1．四川高考卷中，分子动理论、固体液体气体相关内容是重要考查点，注重考查对基本概念和规律的理解及应用，常结合实际情境出题，理想气体与热力学定律的综合问题考查频率较高。2．从命题思路上看，试题情景为将更注重对物理观念（如能量守恒观念在热力学中的体现）、科学思维（如运用理想模型法分析实际气体问题）、科学探究（如对气体实验定律的探究过程考查）、科学态度与责任（如从能源利用角度分析热力学过程的合理性）等学科素养的考查。复习目标：目标一：能准确解决分子动理论的基础计算问题，如利用阿伏伽德罗常数估算分子个数、分子直径、分子质量等微观量。目标二：对于固体和液体的基础题型，能根据晶体和非晶体的特性判断物质的类别，解释与表面张力相关的现象；能分析液体表面张力的大小变化与温度、液体种类等因素的关系。目标三.：熟练运用气体实验定律和理想气体状态方程解决气体状态变化的基本问题，如单一过程（等温、等容、等压）的压强、体积、温度计算，以及根据图像分析气体状态变化过程。目标四：对理想气体状态方程达到深度理解。目标五：牢固掌握热力学第一定律与第二定律，能够熟练且准确地判断不同情境下气体做功的正负（气体膨胀对外做功，外界对气体做功），以及内能变化与温度变化的关联（温度升高，内能增加；温度降低，内能减少），进而依据定律准确分析吸放热情况。考点一分子动理论内能知识点1分子动理论1.物体是由大量分子组成的（1）分子的大小①分子直径：数量级是10－10m。②分子质量：数量级是10－26kg。（2）阿伏加德罗常数1mol任何物质所含有的粒子数，NA＝6.02×1023mol－1。2.两种分子模型（1）球体模型：把分子看成球形，分子的直径d＝36V0（2）立方体模型：把分子看成小立方体，其边长d＝3V0。适用于固体、注意对于气体，利用d＝3V0计算出的d不是分子直径3.宏观量与微观量的相互关系（1）微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。（2）宏观量：物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物质的量n等。（3）相互关系①一个分子的质量：m0＝MmolNA②一个分子的体积：V0＝VmolNA4.分子热运动（1）扩散现象①定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象。②实质：由物质分子的无规则运动产生的。温度越高，扩散现象越明显。（2）布朗运动①定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的无规则运动。②成因：液体分子无规则运动，对固体微粒撞击作用不平衡造成的。③特点：永不停息，无规则；微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。④结论：反映了液体分子运动的无规则性。（3）热运动①定义：分子永不停息的无规则运动。②特点：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度越高，分子无规则运动越剧烈。扩散现象布朗运动分子热运动活动主体分子固体微小颗粒分子共同点（1）都是无规则运动；（2）都随温度的升高而更加剧烈区别是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动5.分子间的作用力（1）分子间作用力跟分子间距离的关系如图所示。（2）分子间作用力的特点①r＝r0时（r0的数量级为10－10m），分子间作用力F＝0，这个位置称为平衡位置。②r＜r0时，分子间作用力F表现为斥力。③r＞r0时，分子间作用力F表现为引力。知识点2分子动能和分子势能物体的内能1.分子动能（1）分子动能是做热运动的分子具有的动能。（2）分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值。物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志。2.分子势能（1）定义：由于分子间存在着相互作用力，且分子间的作用力所做的功与路径无关，所以分子组成的系统具有分子势能。（2）分子势能的决定因素微观上——决定于分子间距离；宏观上——决定于物体的体积。3.物体的内能（1）物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能，内能是状态量。（2）对于给定的物体，其内能大小与物体的温度和体积有关。（3）物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。（4）决定内能的因素①微观上：分子动能、分子势能、分子个数。②宏观上：温度、体积、物质的量（摩尔数）。（5）改变物体的内能有两种方式①做功；②传热。4.分子力与分子势能的比较分子力F分子势能Ep图像随分子间距离的变化情况r＜r0F随r增大而减小，表现为斥力r增大，F做正功，Ep减小r＞r0r增大，F先增大后减小，表现为引力r增大，F做负功，Ep增大r＝r0F引＝F斥，F＝0Ep最小，但不为零r＞10r0引力和斥力都很微弱，F＝0Ep＝05.分子动能、分子势能、内能、机械能的比较能量分子动能分子势能内能机械能定义分子无规则运动的动能由分子间相对位置决定的势能所有分子的热运动动能和分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的总和决定因素温度（决定分子平均动能）分子间距温度、体积、物质的量跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关备注温度、内能等物理量只对大量分子才有意义，对单个或少量分子没有实际意义考向1分子动理论例1关于分子动理论的理解，下列说法正确的是（）A．分子动理论中的分子包括组成物质的各种分子、原子和离子B．扩散现象是由外界作用，例如对流、重力作用等引起的C．布朗运动就是分子的无规则运动D．分子无规则的热运动不可能永不停息【答案】A【详解】A．分子动理论中的“分子”泛指构成物质的微粒，包括分子、原子、离子，故A正确；B．扩散现象是分子无规则热运动的直接表现，与外界作用（如对流、重力）无关，故B错误；C．布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，反映分子热运动，但本身并非分子运动，故C错误；D．分子热运动的剧烈程度与温度有关，但永不停息（除非达到绝对零度，但无法实现），故D错误。故选A。【变式训练1】关于分子，下列说法正确的是（）A．将分子看成小球，小球是分子的简化模型B．布朗运动是固体分子的无规则运动C．“物体是由大量分子组成的”，这里的“分子”特指化学变化中的分子，不包括原子和离子D．分子的质量是很小的，其数量级一般为10【答案】A【详解】A．将分子看成小球是为了研究问题方便，小球是分子的简化模型，故选项A正确；B．布朗运动中，观察到的是固体小颗粒的运动，不是固体分子的运动，故选项B错误；C．“物体是由大量分子组成的”，这里的“分子”是分子、原子和离子的统称，故选项C错误；D．分子质量的数量级一般为10−26故选A。【变式训练2】关于分子动理论，下列说法中正确的是（）A．气体容易被压缩，液体固体不容易被压缩说明气体分子间的斥力小于液体固体分子间的斥力B．当两个分子间的距离为r0时被称为平衡位置，r<r0时，分子间表现为排斥，r>C．布朗运动是悬浮花粉的运动，它反映的是液体分子的无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越激烈，分子的运动属于热运动的范畴D．布朗运动是悬浮花粉的运动，其激烈程度跟颗粒大小，撞击分子数的多少有关外，温度越高，花粉的无规则运动越激烈，所以布朗运动属于热运动的范畴【答案】C【详解】A．气体容易被压缩是因为气体分子间距离大于10rB．当两个分子间的距离为r0时被称为平衡位置，r<r0时，分子间表现为排斥，r>CD．布朗运动是悬浮花粉的运动，它反映的是液体分子的无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越激烈，分子的运动属于热运动的范畴。布朗运动激烈程度跟颗粒大小，撞击分子数的多少有关外，温度越高，花粉的无规则运动越激烈，但布朗运动不属于热运动的范畴，故C正确，D错误。故选C。【变式训练3】浙江大学高分子系某课题组制备出了一种超轻的固体气凝胶，它刷新了目前世界上最轻的固体材料的记录。设气凝胶的密度为ρ（单位为kg/m3），摩尔质量为M（单位为kg/mol），阿伏加德罗常数为NA，则（A．a千克气凝胶所含分子数为n=a⋅NA C．每个气凝胶分子的体积为V0=M【答案】D【详解】A．a千克气凝胶所含有的分子数为n=故A错误；B．气凝胶的摩尔体积为V故B错误；C．1mol气凝胶中包含NV故C错误：D．设每个气凝胶分子的直径为D，则有V解得每个气凝胶分子的直径为D=故D正确。故选D。【变式训练4】对于下列四幅图的说法，正确的是（）A．图1为用通电的烙铁触及薄板，薄板上的蜂蜡熔化成圆形区域，说明该薄板在传导热量上具有各向异性B．图2为墨汁在水中扩散，表明分子在做永不停息的无规则运动C．图3为布朗运动产生原因的示意图，温度越低，布朗运动越明显D．图4为密闭容器中气体在不同温度下的气体分子速率分布图，T1大于T2，且T1对应图像与坐标轴包围的面积大于T2对应图像与坐标轴包围的面积【答案】B【详解】A．图1薄板上的蜂蜡熔化成圆形区域，说明薄板在传导热量上具有各向同性，故A错误；B．图2为墨汁在水中扩散，扩散现象表明分子间有间隙和分子在做永不停息的无规则运动，故B正确；C．图3为布朗运动产生原因的示意图，温度越高，微粒越小，布朗运动越明显，故C错误；D．温度越高，速率大的分子占总分子数的百分比越大，则T1小于T2，但T1对应图像与坐标轴包围的面积等于T2对应图像与坐标轴包围的面积，均为1，故D错误。故选B。【变式训练5】关于分子动理论说法正确的是（）A．由图甲可知，状态①的温度比状态②的温度高B．由图甲可知，温度升高时，每个速率区间内分子数的占比都增大C．图乙中连线表示花粉颗粒做布朗运动的轨迹D．图乙中ab段花粉颗粒运动最剧烈【答案】A【详解】A．温度升高，大速率分子数占总分子数的百分比增大，由图甲可知，状态①的温度比状态②的温度高，故A正确；B．由图甲可知，温度升高时，大速率区间内分子数的占比增大，小速率区间内分子数的占比减小，故B错误；C．图乙中连线表示花粉颗粒在一定时间内始末位置的连线，并不是布朗运动的轨迹，故C错误；D．图乙中ab段的连线最长，但不能说明该段花粉颗粒运动最剧烈，故D错误。故选A。【变式训练6】（2025·四川绵阳·高三月考）我们知道分子间既有引力又有斥力，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，铅柱不脱落，如图所示，下列说法正确的是（）A．铅柱间的万有引力使它们不脱落B．铅柱间的分子扩散使它们不脱落C．铅柱间分子斥力为零，只有分子引力D．铅柱间分子引力大于斥力，分子力表现为引力【答案】D【详解】分子间的引力和斥力同时存在，但它们的大小与分子间的距离有关，距离稍大时表现为引力，距离较小时表现为斥力；两个接触面平滑的铅柱压紧后，铅柱间分子引力大于斥力，分子力表现为引力，而这个力又能平衡下面铅柱的重力，故下面的铅柱不脱落，与万有引力及分子扩散无关。故选D。考向2分子动能和势能物体的内能例1如图为广安市某日的天气预报，日出后气温逐渐升高，日落后气温逐渐降低，则（）A．从05时到17时，空气分子中速率较大的分子数量占总分子数量的比例变大B．从05时到17时，空气中所有分子的运动速率都逐渐增大C．从05时到17时，空气分子的平均动能逐渐减小D．随着温度的升高，露珠汽化为水蒸气的过程中分子势能减小【答案】A【详解】A．从05时到17时，气温逐渐升高，所以空气分子中速率较大的分子数量占总分子数量的比例变大，故A正确；B．温度升高，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的运动速率都逐渐增大，只是速率大的分子所占比例增加，故B错误；C．从05时到17时，气温逐渐升高，空气分子的平均动能应该逐渐增大，故C错误；D．随着温度的升高，露珠汽化为水蒸气的过程中，分子间距离增大，克服分子引力做功，分子势能增大，故D错误。故选A。【变式训练1】下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（）A．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子势能的总和B．如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加C．一定量的100∘C水变成D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力【答案】A【详解】A．一定量气体的内能等于所有分子热运动动能和分子势能的总和，故A正确；B．气体温度升高时，分子平均动能增大，但不是所有分子的速率都增加，故B错误；C．一定量的100∘C水变成D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为分子热运动的结果，而非分子间斥力导致，故D错误。故选A。【变式训练2】如图所示的虚线1和实线2分别描述了两个物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置，下列说法正确的是（

A．虚线1表示分子间斥力随分子间距离的变化规律B．实线2表示分子间合力随分子间距离的变化规律C．当分子间的距离从接近零时逐渐增大，实线2表示的物理量先减小后增大再减小D．当分子间的距离从接近零时逐渐增大，实线2表示的物理量先增大后减小【答案】A【详解】AB．r0为平衡位置，在平衡位置，分子间合力为0，分子势能最小，当分子间距小于r0时，分子间合力表现为斥力，当分子间距大于CD．结合上述，实线2表示分子间的分子势能随分子间距离的变化规律，则当分子间的距离从接近零时逐渐增大，实线2表示的分子势能先减小后增大，故CD错误。故选A。考点二固体、液体和气体知识点1固体和液体1.晶体和非晶体分类比较项目晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性原子排列有规则晶粒的排列无规则无规则转化晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化典型物质石英、云母、明矾、食盐玻璃、橡胶2.液体（1）表面张力①形成原因：表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的作用力表现为引力。②作用：液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。③方向：表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。④大小：液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大。（2）浸润和不浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润。一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润。如图所示。（3）毛细现象：指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象。细管越细，毛细现象越明显。3.液晶（1）具有液体的流动性。（2）具有晶体的光学各向异性。（3）在某个方向上看，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。知识点2气体压强的微观解释1.气体分子运动的速率分布图像气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示。2.气体压强（1）产生的原因由于大量气体分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强。（2）决定因素①宏观上：决定于气体的温度和体积。②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。3.气体压强的计算（1）活塞模型和液柱模型求气体压强的基本方法：先对活塞或液柱进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。图甲中活塞若处于平衡状态，则p0S＋mg＝pS，则气体的压强为p＝p0＋mgS图乙中液柱若处于平衡状态，则pS＋mg＝p0S，则气体压强为p＝p0－mgS＝p0－ρ液gh（2）连通器原理如图所示，U形管竖直放置。同一液柱相同高度处压强相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg（h1－h2）。4.决定气体压强大小的微观因素（1）气体分子的密集程度气体分子密集程度（即单位体积内气体分子的数目）越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。气体分子的密集程度对应宏观因素中的体积。（2）气体分子的平均速率气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，平均每个气体分子与器壁碰撞时（可视为弹性碰撞）给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，气体分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。3.密闭气体压强与大气压强不同（1）密闭气体压强因密闭容器中的气体分子的数密度一般很小，且气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体分子的密集程度和平均速率决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。（2）大气压强大气压强是由于空气受到重力作用紧紧“包围”地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，也就不会有大气压。地面大气压的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值，大气层最终还是通过分子碰撞对放入其中的物体产生压强。知识点3气体实验定律和理想气体的状态方程1.气体实验定律项目玻意耳定律查理定律盖－吕萨克定律内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比表达式p1V1＝p2V2p1T1＝p2T2V1T1＝V2T2图像2.理想气体及理想气体的状态方程（1）理想气体的状态方程一定质量的理想气体的状态方程：p1V1T1＝p2V2（2）理想气体理想气体是指在任何条件下都遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。3.理想气体状态方程与气体实验定律的关系p1V4.应用气体实验定律或理想气体状态方程的基本思路液柱类模型此类模型一般以液柱为研究对象，分析其受力、列平衡方程求解，要注意：（1）液体因重力产生的压强为p＝ρgh（其中h为液体的竖直高度）；（2）不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力；（3）有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同一液体在同一水平面上各处压强相等；（4）当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”，使计算过程简捷。活塞类模型1.解答此类模型问题的一般思路（1）确定研究对象研究对象分两类：①热学研究对象（一定质量的理想气体）；②力学研究对象（汽缸、活塞或某系统）。（2）分析物理过程①对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；②对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。（3）挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。（4）多个方程联立求解，注意检验求解结果的合理性。2.对于两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题：解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。考向1固体和液体例1关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（）A．晶体在物理性质上一定是各向异性B．只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体C．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块，没有确定的几何形状，所以粘在一起的蔗糖块不是晶体D．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变【答案】B【详解】A．晶体在物理性质上不一定是各向异性。单晶体具有各向异性，但多晶体由于内部晶粒排列无序，整体表现为各向同性，故A错误；B．晶体有确定的熔点，而非晶体没有。因此，不具有确定熔点的固体一定是非晶体，故B正确；C．蔗糖本身是晶体，受潮后形成的糖块虽无规则外形，但组成它的蔗糖颗粒仍为晶体。晶体的判断依据是内部结构而非宏观形状，故C错误；D．晶体熔化时吸收热量，温度不变，但内能因分子势能增加而增大，故D错误；故选B。【变式训练1】关于下列4幅图片，图甲是将水银装入玻璃管中；图乙是食盐晶体；图丙是农民用拖拉机耕地；图丁是将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开，形成一个保护罩。下列说法中正确的是（）A．图甲中，表面张力对管中的液体形成的拉力如图所示B．图乙中，食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的C．图丙中，农民用拖拉机耕地是利用毛细现象让地下水能更好地上升到地面D．图丁中，蒲公英绒毛还能保持干燥，说明水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用【答案】D【详解】A．图甲中，表面张力对管中的液体形成的拉力，拉力方向与液面相切，即沿管壁切线方向的分力向下，故A错误；B．图乙中，食盐晶体是单晶体，其物理性质沿各个方向不一样，具有各向异性，故B错误；C．图丙中，农民用拖拉机耕地是为了破坏毛细管，防止地下水分因毛细现象上升到地面蒸发，故C错误；D．图丁中，蒲公英绒毛还能保持干燥，说明水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用，故D正确。故选D。【变式训练2】关于固体和液体，下列说法正确的是（）A．根据物理性质的各向同性或各向异性可以用来鉴别晶体和非晶体B．因液晶是介于晶体与液体之间的中间态，所以液晶实际上是一种非晶体C．单晶体在不同方向上物理性质不同，是因为不同方向上的物质微粒的性质不同D．宇航员在太空中做水滴实验时，看到水滴的形状呈球形，这是由于液体表面张力的作用【答案】D【详解】A．多晶体和非晶体均呈现各向同性，无法仅通过各向异性区分晶体和非晶体，故A错误；B．液晶是介于晶体与液体之间的中间态，并非非晶体，故B错误；C．单晶体的各向异性由原子排列方向差异导致，而非微粒本身性质不同，故C错误；D．表面张力使液体在微重力下收缩为球形，故D正确。故选D。【变式训练3】有关下列四幅图涉及的物理知识，以下说法正确的是（）A．图甲：在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点后蜡熔化的范围，则a一定是非晶体，b一定是晶体B．图乙：水黾停在水面上，说明水黾受到了浮力作用C．图丙：气体速率分布随温度变化而改变，TD．图丁：食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的【答案】C【详解】A．图a蜡熔化的范围呈圆形，可知固体薄片具有各向同性，是非晶体或多晶体。图b蜡熔化的范围呈椭圆形，可知固体薄片具有各向异性，是单晶体。故A错误；B．水黾停在水面上，水黾受到了表面张力的作用。故B错误；C．温度越高，各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速率大的方向迁移，因此T1D．由图丁可知，食盐晶体中的原子在每个方向的排列并不是完全一样的，因此食盐晶体的物理性质沿各个方向是不一样的。故D错误。故选C。【变式训练4】关于晶体和非晶体的理解，下列说法正确的是（）A．晶体和非晶体不能相互转化B．食盐在熔化的过程中，分子的平均动能保持不变C．晶体的物理性质表现为各向异性D．液晶的光学性质表现为各向同性【答案】B【详解】A．晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化（如非晶玻璃经热处理可结晶），故A错误；B．食盐熔化时温度不变，温度决定分子的平均动能，故平均动能保持不变，故B正确；C．单晶体物理性质各向异性，多晶体各向同性，故C错误；D．液晶的光学性质具有各向异性（如对偏振光的调制作用），故D错误。故选B。【变式训练5】在甲、乙两种固体薄片的上表面涂一层很薄的石蜡，用烧热的钢针接触固体薄片的下表面，石蜡熔化的范围分别如图所示，下列说法正确的是（）A．甲不可能是单晶体B．甲一定是非晶体C．甲一定是多晶体D．乙可能是多晶体【答案】A【详解】ABC．甲表现为各向同性，则甲一定不是单晶体，可能是多晶体或者非晶体，选项BC错误，A正确；D．乙表现为各项异性，则一定是单晶体，不可能是多晶体，选项D错误。故选A。考向2气体实验定律和理想气体的状态方程例1如图所示，某同学在做探究气体的等温变化规律的实验时，在缓慢推动针筒活塞的过程中，由于操作不当，使气体的温度逐渐升高，则根据实验数据作出的p−1A． B．C． D．【答案】B【详解】对于一定质量的理想气体，由理想气体状态方程pVT=C整理可得p=CT1V，C为常量，T为热力学温度，在p−1V图像中，图像的斜率k=CT，实验中气体温度逐渐升高，即TA．图像是直线，斜率不变，说明温度不变，不符合温度逐渐升高的情况，故A不符合题意；B．图像斜率逐渐增大，符合温度逐渐升高时p=C．图像斜率逐渐减小，不符合温度逐渐升高斜率应增大的情况，故C不符合题意；D．图像先是直线，斜率不变，说明温度不变，随后图像有一段水平，说明压强不变，不符合温度变化时的规律，故D不符合题意。故选B。【变式训练1】某同学用打气筒给容积为V的篮球充气，初始时篮球内部气压与外界大气压相等均为p0。设充气过程中篮球体积和内外气体温度不变，气筒容积为0.05V，要使球内气体压强达到1.8A．32次 B．24次 C．16次 D．8次【答案】C【详解】根据玻意耳定律，1.8解得n=16故至少需要打气16次。故选C。【变式训练2】如图所示，一端开口的导热玻璃管，内有一段长为ℎ的液柱封闭一定质量的理想气体。初始时开口向下气柱长为L1，当开口向上时，气柱长为L2，若环境温度始终不变，液体密度为ρ，大气压强为p0A．p0L1ρℎL2 B．p【答案】D【详解】开口向下时，对液柱进行受力分析，根据平衡条件可得封闭气体的压强为p设玻璃管的横截面积为S，所以此时气柱的体积为V同理，开口向上时，对液柱进行受力分析，根据平衡条件可得封闭气体的压强为p此时气柱的体积为V因为温度不变，根据玻意耳定律有p即p解得该地的重力加速度为g=故选D。【变式训练3】如图所示，实验室锥形瓶内存在一些不挥发的药品，某同学利用注射器、气压计来测量瓶内这些药品的体积。将注射器、气压计、锥形瓶上部气体连通，当注射器读数为90 cm3时，气压计读数为100kPa；当注射器读数为10 A．15 cm3 B．30 cm3【答案】D【详解】由于推动注射器过程中气体温度不变，设瓶内药品的体积为V，则p即100解得V=60故选D。【变式训练4】如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C。以下图像可能正确的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】由p−V图可知，A到B是等压过程，在p−T或p−t图中也为平行于横轴的图线，B到C是等容过程，在p−T图中为过原点的一条倾斜直线，在p−t图中为过−273.15℃的一条倾斜直线，又pAVA=pCVC，知TA=TC。故选D。【变式训练5】如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B（图中A、B、O三点共线），该过程中（）A．气体分子热运动的平均动能减小B．气体分子的数密度增大C．所有气体分子热运动的速率都增大D．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力增大【答案】A【详解】A．从A到B气体的温度降低，则气体分子的平均动能减小，故A正确；B．根据理想气体状态方程pV可得p=则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，故B错误；C．气体分子热运动的平均动能减小，平均速率减小，故C错误；D．从A到B气体的压强变小，气体分子的平均速率变小，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变小，故D错误。故选A。考点三热力学定律与能量守恒定律知识点1热力学第零定律热力学第零定律（又称热平衡定律）表述：若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，此两个系统也必互相处于热平衡知识点2热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式：做功和传热。2.热力学第一定律（1）内容：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。（2）表达式：ΔU＝Q＋W。（3）ΔU＝Q＋W中正、负号法则物理量意义符号WQΔU＋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3.热力学第一定律与气体状态变化图像的综合1.在某一过程中，气体的p、V、T的变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程pVT＝C2.气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析。(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。(4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功。4.求解气体实验定律与热力学第一定律的综合问题的一般思路知识点3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。2.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。3.用熵的概念表示热力学第二定律在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的。（熵增加原理）4.第二类永动机从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。它违背了热力学第二定律，不可能实现。5.能源是有限的（1）每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。（2）所谓能源，其实是指具有高品质的容易利用的储能物质，例如石油、天然气、煤等。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。知识点4热力学第三定律热力学第三定律：\t"/item/%E7%83%AD%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%AC%AC%E4%B8%89%E5%AE%9A%E5%BE%8B/_blank"绝对零度不可达到知识点5能量守恒定律能量守恒定律（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。（2）条件性能量守恒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。考向1热力学定律例1一定质量的理想气体由状态a经①过程到状态b，由状态b经②过程到状态c，由状态c又经③过程回到状态a，①过程气体不与外界发生热传递，③过程温度保持不变。整个过程压强p与体积V的关系如图所示，下列说法正确的是（）A．①过程外界对气体做负功，气体向外界放热B．②过程外界对气体不做功，气体从外界吸热C．③过程气体温度不变，气体既不吸热也不放热D．整个过程初末状态气体体积相等，外界不对气体做功【答案】B【详解】A．①过程气体体积增大，外界对气体做负功；①过程气体不与外界发生热传递，A错误；B．②过程气体体积不变，外界对气体不做功；②过程气体压强增大，所以气体温度升高，气体内能增大；根据热力学第一定律，气体从外界吸热，B正确；C．③过程气体温度不变，气体的内能不变；③过程气体体积减小，外界对气体做功；根据热力学第一定律，气体放出热量，C错误；D．整个过程气体的体积先增大后减小，先气体对外界做功，后外界对气体做功；③过程图像与坐标轴所围的面积大，外界对气体做功多；②过程图像与坐标轴所围的面积小，气体对外界做功少；整个过程外界对气体做功，D错误。故选B。【变式训练1】如图所示，一定质量的理想气体由状态A经等压变化到状态B，再经等温变化到状态C，则气体（）A．在状态A时的温度最高B．在状态C时的压强为2×105PaC．从状态B到状态C的过程气体放热D．从状态A到状态B的过程吸收200J热量【答案】C【详解】A．C到B等温变化，B到A等压压缩，体积减小，温度降低，故A错误；B．由B到C等温变化，有pCVCC．由B到C过程等温变化，内能不变，外界对气体做功，气体会放热，故C正确；D．A到B过程等压膨胀，温度升高，内能增大，气体对外界做功W=pΔ故选C。【变式训练2】如图是“筒式二冲程柴油锤”的工作简图。压缩冲程：汽缸锤座压在水泥桩顶上，柱塞从一定高度释放落入汽缸内，压缩汽缸内的空气，并点燃汽缸内的柴油。做功冲程：柴油被点燃，通过高压气体将水泥桩压入泥土，同时柱塞被反推到汽缸外。柱塞和汽缸密封良好，则（）A．在压缩冲程，汽缸内气体发生等温变化B．在压缩冲程，柱塞对汽缸内气体做负功C．在做功冲程，汽缸内气体压强保持不变D．在做功冲程，汽缸内气体对柱塞做正功【答案】D【详解】AB．压缩冲程中，柱塞对汽缸内气体做正功，柱塞机械能转化为气体内能，汽缸内气体内能增大，汽缸内气体温度升高，故AB错误；CD．做功冲程中，汽缸内气体对柱塞做正功，将内能转化为机械能，汽缸内气体内能减少，汽缸内气体温度降低；由于汽缸内气体质量不变，气体体积增大，由理想气体状态方程可知气体压强变小，故C错误，D正确。故选D。【变式训练3】一定质量的理想气体，从状态A经B、C变化到状态D的状态变化过程p−V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知A状态温度为400K，从A状态至B状态气体吸收了320A．D状态的温度为225B．A状态的内能大于C状态的内能C．从A状态到B状态的过程中，气体内能增加了280D．从B状态到C状态的过程中，器壁单位面积在单位时间内受到撞击的分子数增加【答案】A【详解】A．根据图示可知p根据理想气体状态方程有p解得TDB．由于A、C两态的pV乘积相等，根据理想气体状态方程可知两状态的温度相同，所以A状态的内能等于C状态的内能，故B错误；C．从A状态到B状态的过程中，压强一定，气体吸收了320J的热量，由于p−V图像的面积等于功，可知气体对外做功W根据热力学第一定律可得Δ即气体内能增加了240J，故C错误；D．根据图示可知，从B状态到C状态的过程中，气体的体积不变，气体分子分布的密集程度一定，压强减小，根据查理定律可知，温度降低，气体分子运动的平均速率减小，则器壁单位面积在单位时间内受到撞击的分子数减小，故D错误。故选A。【变式训练4】如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化，吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（）A．热量可以自发地从低温的冰箱内传到高温的冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律D．电冰箱的工作效率可达到100%【答案】B【详解】AB．由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确；C．电冰箱在工作过程中，消耗电能，实现了热量从低温物体向高温物体的传递，其能量的转化和守恒满足热力学第一定律，并没有违反，故C错误；D．任何热机的效率都不能达到100%，因为在能量转化过程中总会有能量损耗，电冰箱也不例外，故D错误。故选B。【变式训练5】航天员出舱活动的原理图如图，座舱A与气闸舱B（出舱或返回的气密性装置）之间装有阀门K，座舱A中充满空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。出舱时打开阀门K，A中气体进入B中，最终达到平衡，然后航天员进入气闸舱B。假设此过程中系统与外界没有热交换。对于该过程，下列说法正确的是（）A．气体对外界做功，内能减小B．气体等温膨胀，压强增大C．气体分子的平均速率不变D．气体从A向B扩散的过程是可逆过程【答案】C【详解】AC．由于气闸舱B内为真空，可知气体进入B中的过程中不对外界做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知气体内能不变，气体分子的平均速率不变，故A错误C正确；B．因为气体内能不变，故温度不变，分子的平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知扩散后气体体积V增大，压强p减小，故B错误；D．根据热力学第二定律可知涉及热现象的一切宏观过程均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D错误。故选C。【变式训练6】关于热力学定律，下列说法正确的是（）A．物体的温度可以达到零下300℃B．第二类永动机违背了能量守恒定律C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，可将海水的内能全部转化为机械能【答案】C【详解】A．宇宙中的下限温度为零下273.15℃，故A错误；B．第二类永动机违背了热力学第二定律，故B错误；C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的，故C正确；D．根据热力学第二定律，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，只能将海水的一部分内能转化为机械能，故D错误。故选C。考向2能源例1在自然界中有许多能源可供人类使用，但我们仍然要节约能源，则天然气是（）A．新能源 B．可再生能源 C．不可再生能源 D．污染程度高的能源【答案】C【详解】天然气是不可再生能源，不属于新能源，污染程度不是很高。故选C。【变式训练1】（多选）根据热力学定律，判断下列说法正确的是（）A．一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热B．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体C．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能【答案】BD【详解】A．根据热力学第二定律，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体。一杯热茶自然放置，热量会自发地向周围低温环境传递，茶会逐渐变冷，而不会自动变得更热，故A错误；B．电冰箱通电后，压缩机消耗电能做功，使得冰箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，这并不违反热力学定律，因为有外界输入电能这个条件，故B正确；C．根据能量守恒定律，自然界的能量是守恒的，不会因为对能源的过度消耗而使能量不断减少。能源危机是指可被人类利用的能源资源短缺的现象，故C错误；D．由热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，故D正确。故选BD。考向3能量守恒定律例1如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热沸腾，又加热一段时间后，橡胶塞被推出。下列说法正确的是（

）A．水沸腾前加热过程中试管内每个气体分子的速率都变大B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加C．水被加热的过程中，其内能是通过吸热的方式改变的D．水蒸气推出橡胶塞的过程中，可以实现将吸收的热量全部转化为橡胶塞的机械能而不引起其他变化【答案】C【详解】A．水沸腾前加热过程中,温度升高,不是每个分子的速率都变大，而是速率大的占的百分比变大。故A错误；B．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，水蒸气内能减小，故B错误；C．水被火焰加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的，故C正确；D．不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故D错误。故选C。【变式训练1】（多选）约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（）A．一定不可能实现B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现D．违背能量守恒定律【答案】AD【详解】该思想违背了能量守恒定律，不可能实现。故选AD。1.（2024·天津·高考真题）压缩空气储能是一种新型储能技术，其中涉及了空气的绝热膨胀和等温压缩过程，对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（

）A．绝热膨胀过程，气体的内能增大B．绝热膨胀过程，外界对气体做功C．等温压缩过程，气体的压强不变D．等温压缩过程，气体的内能不变【答案】D【详解】AB．绝热膨胀过程，理想气体与外界没有热量的交换，即Q=0，理想气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU=W+Q，可知ΔU<0，即气体的内能减小，故AB错误；C．等温压缩过程，由玻意耳定律pV=C，可知气体的压强变大，故C错误；D．等温压缩过程，气体的温度保持不变，则内能不变，故D正确。故选D。2.（2025·重庆·高考真题）易碎物品运输中常采用缓冲气