考点30 热力学定律与能量守恒定律-【金版教程】2025年高考物理一轮总复习首选用卷课件PPT（新教材）

考点30　热力学定律与 能量守恒定律 目录 1 2 狂刷小题·夯基础 精做大题·提能力 狂刷小题·夯基础 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 题组一　基础小题 1．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时车胎内的气压，且车胎内气体体积增大；若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　) A．外界对胎内气体做功，气体内能减小 B．外界对胎内气体做功，气体内能增大 C．胎内气体对外界做功，气体内能减小 D．胎内气体对外界做功，气体内能增大 解析　车胎内气体体积增大，则胎内气体对外界做功；中午时比清晨时温度高，所以中午胎内气体分子热运动的平均动能增大，理想气体的内能由所有分子热运动的动能之和决定，因此胎内气体内能增大；故A、B、C错误，D正确。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2．下列说法中正确的是(　　) A．若把氢气和氧气看作理想气体，则具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气具有相等的内能 B．一定质量0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能小 C．物体吸收热量后，内能一定增加 D．一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　理想气体的内能与气体的分子数和分子热运动的平均动能有关，而质量相同的氢气和氧气的分子数不同，当它们的体积和温度均相同时，内能不同，A错误；0 ℃的冰要吸收热量才能熔化成0 ℃的水，所以一定质量0 ℃水的内能比0 ℃冰的内能大，又因为它们的温度相同，分子热运动的平均动能相等，所以0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能大，B错误；做功和传热均可以改变物体的内能，只知道物体吸热，而不知其做功情况，故不能确定物体的内能一定增加，C错误；一定质量的100 ℃的水吸热汽化的过程中，水蒸气对外做功，根据热力学第一定律，水吸收的热量等于水蒸气增加的内能和水蒸气对外做的功，所以吸收的热量大于增加的内能，D正确。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 3．(多选)以下现象不违背热力学第二定律的有(　　) A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉 B．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100% C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．热量自发地从低温物体传到高温物体 解析　热茶自动变凉是热量自发地从高温物体传递到低温物体的结果，不违背热力学第二定律，故A正确；根据热力学第二定律，任何热机效率都不可能达到100%，故B错误；泥、水分离是机械能(重力势能)向内能转化的结果，不违背热力学第二定律，故C正确；根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D错误。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 4．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．第一类永动机违反热力学第二定律，因此不可能制成 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．从单一热库吸收热量，使之完全变为功，是提高机械效率的常用手段 解析　第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律，故A错误；第一类永动机不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律，故B错误；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，但同时会产生其他影响，故C正确；根据热力学第二定律可知，从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不产生其他影响，是不可能实现的，故D错误。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 题组二　高考小题 5. (2023·天津高考)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容 积、质量不变，且可视为理想气体，爬高过程中，温度减小，则气 体(　　) A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 答案 解析 * 解析　由于爬高过程中氧气瓶里的气体体积不变，故气体不对外做功，W＝0，而温度减小，则气体内能减小，ΔU＜0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q＜0，即气体放出热量，故A、C错误，B正确；爬高过程中氧气瓶里的气体容积、质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C，可知气体压强减小，故D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 6．(2022·重庆高考)2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为理想气体)(　　) A．吸收热量 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功 答案 解析 * 解析　由于浮空艇上升过程中艇内气体体积和质量均不变，则艇内气体不做功，故D错误；根据查理定律eq \f(p,T)＝C可知，艇内气体温度降低，则压强减小，故B错误；一定质量某种理想气体的内能仅与温度有关，则艇内气体内能减小，故C正确；又根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体放出热量，故A错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 7．(2021·天津高考)(多选)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中(　　) A．上下乘客时，气体的内能不变 B．上下乘客时，气体从外界吸热 C．剧烈颠簸时，外界对气体做功 D．剧烈颠簸时，气体的温度不变 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　根据题意，上下乘客时，汽缸内气体压缩的过程中，气体与外界有充分的热交换，即气体温度不变，故气体的内能不变，而气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体对外界放热，故A正确，B错误；根据题意，剧烈颠簸时，汽缸内气体压缩的过程中，气体与外界来不及热交换，气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体的内能增大，气体的温度升高，故C正确，D错误。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 8. (2022·北京高考)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是(　　) A．从a到b，气体温度保持不变 B．从a到b，气体对外界做功 C．从b到c，气体内能减小 D．从b到c，气体从外界吸热 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　由题图可知，一定质量的理想气体从状态a到状态b 的过程中，气体发生等容变化，不对外界做功，且气体压强减小， 根据查理定律eq \f(p,T)＝C，可知气体温度降低，A、B错误；由题图可 知，一定质量的理想气体从状态b到状态c的过程中，气体发生 等压变化，体积增大，气体对外界做功，根据盖—吕萨克定律eq \f(V,T)＝C，可知气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体从外界吸热，C错误，D正确。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 9．(2022·江苏高考)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则(　　) A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c C．a→c过程中气体吸收热量 D．a→c过程中外界对气体做正功 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　由题意知a→b为等温过程，即状态a和状态b的 温度相同，一定质量理想气体的内能只与温度有关，则状态a 的内能等于状态b，故A错误；由于状态b、c的体积相同，且 pb<pc，根据查理定律有eq \f(pb,Tb)＝eq \f(pc,Tc)，可知Tb<Tc，又因为Ta＝Tb， 故Ta<Tc，即状态a的温度低于状态c，故B错误；因为a→c过程中气体体积增大，可知外界对气体做负功，由B项分析知a→c过程中气体温度升高，则内能增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体吸收热量，故C正确，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10. (2022·辽宁高考)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T的关系图像如图所示，此过程中该系统(　　) A．对外界做正功 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少 答案 解析 * 解析　由题图可知，理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则该系统对外界做正功，A正确；根据理想气体的状态方程eq \f(pV,T)＝C，可得V＝eq \f(C,p)·T，则V­T图像上的点与原点连线的斜率k＝eq \f(C,p)，从a到b的过程k减小，则该过程中压强p增大，B错误；理想气体的内能只与其温度有关，故理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；由A、D两项分析可知，理想气体从状态a变化到状态b，对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知，该系统从外界吸收热量，C错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 11．(2022·山东高考)如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动90°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 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　气缸在缓慢转动的过程中，活塞所受到的重力沿气缸壁方向的分力减小，对活塞进行受力分析，根据平衡条件，可知缸内气体压强减小，则气体体积增大，外界对气体做负功，气缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，但并不是所有分子热运动的速率都减小，只是速率大的分子数占总分子数的比例减少，C正确，A、B、D错误。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 12．(2022·湖北高考)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p­V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正 确的是(　　) A．a→b是等温过程 B．a→b过程中气体吸热 C．a→c过程中状态b的温度最低 D．a→c过程中外界对气体做正功 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　根据理想气体的状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，p­V图像 中的等温线是双曲线，且p­V图像中横、纵坐标值的乘积pV 与温度T成正比，则a→c过程不是等温过程，且状态a、c 温度最低，A、C错误；a→b过程中气体温度升高，内能增 加，即ΔU>0，且体积增大，气体对外界做功，即W<0，由热 力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即a→b过程中气体吸热，B正确；a→c过程气体体积增大，则外界对气体做负功，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 13．(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 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　设理想气体增加的内能为ΔU，外界对气体做的功为W，气体吸收的热量为Q，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q。气体的体积不变，则W＝0，温度升高，则ΔU>0，由ΔU＝W＋Q可知，Q>0，气体一定从外界吸收热量，A符合题意；气体的体积减小，则W>0，温度降低，则ΔU<0，由ΔU＝W＋Q可知，Q<0，气体一定对外放热，B符合题意；气体的体积减小，则W>0，温度升高，则ΔU>0，由ΔU＝W＋Q可知，Q可能等于零，即气体与外界可能没有热量交换，C不符合题意；气体的体积增大，则W<0，温度不变，则ΔU＝0，由ΔU＝W＋Q可知，Q>0，气体一定从外界吸收热量，D符合题意；气体的体积增大，则W<0，温度降低，则ΔU<0，由ΔU＝W＋Q可知，Q可能等于零，即气体与外界可能没有热量交换，E不符合题意。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 14．(2023·全国乙卷)(多选)对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是(　　) A．等温增压后再等温膨胀 B．等压膨胀后再等温压缩 C．等容减压后再等压膨胀 D．等容增压后再等压压缩 E．等容增压后再等温膨胀 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　对于一定量的理想气体，其内能由温度决定，等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变，故内能不变，A正确；根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，等压膨胀过程温度升高，等温压缩过程温度不变，故末状态与初始状态相比，温度升高，内能增加，B错误；根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，等容减压过程温度降低，等压膨胀过程温度升高，故末状态的温度和初始状态的温度可能相等，内能可能相等，C正确；根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，等容增压过程温度升高，等压压缩过程温度降低，故末状态的温度和初始状态的温度可能相等，内能可能相等，D正确；根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，等容增压过程温度升高，等温膨胀过程温度不变，故末状态与初始状态相比，温度升高，内能增加，E错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 答案 * 15．(2023·山东高考)(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 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　初始状态下，气体的温度为T0＝300 K，压强为p0＝1×105 Pa，设体积为V0，经等压过程，气体温度变为T＝400 K，由盖—吕萨克定律有eq \f(V0,T0)＝eq \f(V,T)，解得气体体积变为V＝eq \f(4,3)V0，即气体体积增加了原体积的eq \f(1,3)，C错误；等容过程中，气体做功W1＝0，吸收热量Q1＝400 J，由热力学第一定律得ΔU＝W1＋Q1＝400 J，两个过程末状态的温度相同，则内能变化相同，因此两个过程中，气体的内能增加量都为400 J，D正确；等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J，即p0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)V0－V0))＝200 J，解得V0＝6 L，A正确，B错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 ※16.(2022·湖南高考)(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，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 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　依题意，中心部位为分子热运动速率较小 的气体，与挡板相互作用后反弹，从A端流出，而边缘 部位为分子热运动速率较大的气体，从B端流出，则从 A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于从B端流 出的，而同种气体分子热运动平均速率越大，则其分子平均动能越大，对应的温度也就越高，所以A端为冷端，B端为热端，故A、B正确；内能除与分子平均动能有关外，还与分子数和分子势能有关，故从A端流出的气体内能不一定大于从B端流出的，故C错误；该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律，也满足能量守恒定律，故D错误，E正确。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 ※17.(2021·湖南高考)(多选)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S1和S2)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p0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，外力F做功大于0，小于mgh B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C．整个过程，理想气体的内能增大 D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于 (p0S1h ＋mgh) 答案 * E．左端活塞到达B位置时，外力F等于eq \f(mgS2,S1) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　根据做功的两个必要因素：有力和在力的 方向上有位移，可知整个过程，外力F做功等于0， A错误；根据汽缸导热且环境温度不变，可知汽缸内 气体的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分 子平均动能保持不变，内能不变，B正确，C错误；由气体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，即Q＝W<p0S1h＋mgh，D正确；左端活塞到达B位置时，根据平衡条件可得p0S1＋mg＝p气S1，p0S2＋F＝p气S2，解得F＝eq \f(mgS2,S1)，E正确。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 题组三　模拟小题 18. (2023·吉林省吉林市高三下第三次调研测试)一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加 B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内 能的增加量 C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功 D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能减小 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　由理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可得p＝eq \f(C,V)·T，由题图中 A、B连线的反向延长线过坐标原点可知，从A到B是等容升 温过程，则气体不对外做功，W＝0，气体温度升高，则内能增 加，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，且 Q＝ΔU，即气体从外界所吸收的热量等于其内能的增加量，故A错误，B正确；由题图知，从B到C是等温升压过程，气体内能不变，ΔU＝0，压强增大，则体积减小，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q<0，即气体放出热量，故C、D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 19．(2023·广东省江门市高三下一模)内壁光滑的导热汽缸用不计质量的轻活塞封闭一定体积的空气(可视为理想气体)，浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，活塞在水面下，如图所示。现在轻活塞上方缓慢倒入沙子，下列说法中正确的是(　　) A．封闭空气分子的平均动能增大 B．活塞压缩封闭空气做功，封闭空气内能增大 C．封闭空气的压强变大 D．封闭空气从外界吸收了热量 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　设大气压强为p0，活塞上沙子质量为m，封闭 空气的压强为p1，活塞面积为S，以活塞和沙子整体为研 究对象，由平衡条件知p0S＋mg＝p1S，有p1＝p0＋eq \f(mg,S)，则 当将沙子缓慢倒在汽缸活塞上时，m变大，p1变大，C正 确；由于汽缸导热，且浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，因此缸内空气的温度不变，则可知其内能不变，ΔU＝0，由玻意耳定律pV＝C可知，封闭空气的压强变大，则其体积变小，活塞压缩封闭空气做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q<0，即封闭空气向外界放热，故B、D错误；温度是衡量分子平均动能的标志，温度不变，则封闭空气分子的平均动能不变，故A错误。 精做大题·提能力 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 题组一　基础大题 20. 如图所示，用带孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶内迅速打气，在瓶 塞弹出前，外界对气体做功15 J，橡皮塞的质量为20 g，橡皮塞被弹出的速 度为10 m/s，若橡皮塞增加的动能占气体对外做功的10%，瓶内的气体可视 为理想气体。则瓶内气体的内能变化量为____ J，瓶内气体的温度_______ (选填“升高”“不变”或“降低”)。 5 升高 答案 解析 * 解析　由题意可知，气体对外做的功W对外＝eq \f(\f(1,2)mv2,η)＝eq \f(\f(1,2)×0.02×102,10%) J＝10 J，由题意可知，在整个过程中，可认为气体与外界没有热交换，即Q＝0，则气体内能的变化量ΔU＝W＋Q＝15 J－10 J＋0＝5 J，气体内能增加，温度升高。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 题组二　高考大题 21．(2023·上海高考)一个绝热密闭容器，其中含有一定质量气体。容器以一定速度平移，突然施力使其停止，其中的气体温度________，气体分子碰撞容器壁的剧烈程度________。(选填“变大”“变小”或“不变”) 解析　容器里的气体分子除做无规则热运动外，还随容器一起做机械运动，容器突然停止，使得气体分子做机械运动的动能转化为内能，导致气体温度变大，则气体分子碰撞容器壁的剧烈程度变大。 变大 变大 解析 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 22．(2022·广东高考)利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程________(选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量________(选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。 解析　空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，这个过程要消耗电能，不是自发过程。设空调制冷剂在室内汽化吸热Q1，经过压缩机时压缩机消耗电能对其做功W，则制冷剂的内能增加Q1＋W，制冷剂在室外液化放热Q2后回到初始状态，内能等于初始值，则Q2＝Q1＋W，故Q2>Q1，即空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。 不是 大于 解析 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 23.(2023·福建高考)一定质量的理想气体经历了A→B→C→D →A的循环过程后回到状态A，其p­V图如图所示。完成一次循环， 气体内能_______(填“增加”“减少”或“不变”)，气体对外界_______ (填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体________(填“吸热”“放热” 或“不吸热也不放热”)。 不变 做正功 吸热 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　一定质量的理想气体完成一次循环，回到初始状态， p和V均不变，则由理想气体状态方程知，理想气体的温度不变， 而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以完成一次循环， 气体的内能不变，即ΔU＝0；p­V图像中，图线与V轴所围图形的 面积表示气体的做功情况，其中A→B→C过程中气体的体积减小，气体对外界做负功，C→D→A过程中气体的体积增大，气体对外界做正功，且C→D→A过程图线与V轴所围图形的面积大于A→B→C过程图线与V轴所围图形的面积，则完成一次循环，气体对外界做的正功大于气体对外界做的负功，即气体对外界做的总功为正功，则外界对气体做的总功W<0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，即完成一次循环，气体吸热。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 24．(2021·河北高考)两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示。现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能________(填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B内气体的内能。图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线________(填图像中曲线标号)表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。 大于 ① 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析　对活塞和细沙整体分析有pS＝mg＋ p0S，因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故 稳定后有pA>pB，而两汽缸及其中的理想气体完全 相同，则稳定后VA<VB，所以在达到平衡的过程中 外界对气体做功WA>WB，根据热力学第一定律ΔU ＝W＋Q，因为汽缸和活塞都是绝热的，则Q＝0，故气体增加的内能ΔUA>ΔUB，即重新平衡后A内气体的内能大于B内气体的内能。温度是分子平均动能的标志，理想气体的内能只与温度有关，则B中气体温度较低，分子平均动能较小，分子速率大的分子数占总分子数的百分比较少，故图2中曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 25．(2022·海南高考)足够长的玻璃管水平放置，用长19 cm的水银封闭一段长为25 cm的空气柱，大气压强为76 cmHg，环境温度为300 K，将玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直位置，如图所示，则： (1)空气柱是吸热还是放热？ (2)空气柱长度变为多少？ (3)当气体温度变为360 K时，空气柱长度又是多少？ 答案　 (1)放热　(2)20 cm　(3)24 cm 解析　(1)将水平放置的玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直位置后，气体压强增大，由玻意耳定律可知，气体体积减小，外界对气体做功，且气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，空气柱放热。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * (2)设玻璃管横截面积为S，初状态空气柱压强p1＝76 cmHg，体积V1＝25 cm·S 将玻璃管从水平位置缓慢顺时针旋转到竖直位置后，末状态空气柱压强 p2＝76 cmHg＋19 cmHg＝95 cmHg 体积V2＝L2S 由题意可知，封闭气体做等温变化，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2 解得空气柱长度变为L2＝20 cm。 (3)当气体温度由T0＝300 K变为T＝360 K时，气体做等压变化，初状态体积V2＝L2S，末状态体积V3＝L3S 由盖—吕萨克定律有eq \f(V2,T0)＝eq \f(V3,T) 解得此时空气柱长度为L3＝24 cm。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 答案 * 题组三　模拟大题 ※26.(2023·黑龙江省齐齐哈尔市高三下二模)如图所示，导热性能良好 的汽缸开口向上放在水平地面上，缸内用质量和厚度不计、面积为S的活 塞封闭一定质量的理想气体，活塞上放质量为4m的物块A，绕过定滑轮 的细线一端连接物块A，另一端连接质量为2m的物块B，开始时，A、B 均处于静止状态，活塞离缸底的距离为h，离缸口的距离为2h，物块B对 地面的压力恰好为零，重力加速度为g，环境温度为T0，大气压强p0＝eq \f(5mg,S)， 不计一切摩擦，现缓慢升高环境温度，求： (1)当细线上的拉力恰好为零时，环境的温度为多少？ (2)若缸内气体的内能与温度的关系为U＝kT，则从开始升温至活塞刚好到缸口时，缸内气体吸收的热量为多少？ 答案　(1)eq \f(9,7)T0　(2)eq \f(20,7)kT0＋18mgh 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * 解析　(1)设开始时缸内气体的压强为p1，细线拉力为T，对活 塞和物块A整体分析，根据平衡条件有p1S＋T＝4mg＋p0S 对物块B受力分析，根据平衡条件有T＝2mg 联立解得p1＝eq \f(7mg,S) 当细线的拉力恰好为零时，设缸内气体压强为p2，对活塞和物块 A整体分析，根据平衡条件有p2S＝4mg＋p0S 解得p2＝eq \f(9mg,S) 开始时缸内气体温度T1＝T0，设细线拉力恰好为零时，环境温度为T2，缸内气体发生等容变化，由查理定律有eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2) 解得T2＝eq \f(9,7)T0。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 解析 * (2)设活塞移到缸口时，环境温度为T3，从细线拉力刚好为零至活塞移到缸口，气体发生等压变化，则由盖—吕萨克定律有eq \f(hS,T2)＝eq \f(（h＋2h）S,T3) 解得T3＝eq \f(27,7)T0 缸内气体内能增量ΔU＝k(T3－T1)＝eq \f(20kT0,7) 外界对气体做功为W＝－p2S·2h＝－18mgh 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 解得缸内气体吸收的热量为Q＝eq \f(20,7)kT0＋18mgh。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$