第3章 热力学定律 单元综合提升-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

单元综合提升 (2023·天津高考·T2)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，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：B 解析：由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；爬山过程中气体不做功，但内能减小，故根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体放出热量，故C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体体积、质量均不变，温度减小，根据查理定律可知气体压强减小，故D错误。故选B。 (2021·山东高考·T2)如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体(　　) 学生用书第87页 A．内能减少 B．对外界做正功 C．增加的内能大于吸收的热量 D．增加的内能等于吸收的热量 答案：B 解析：由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加，A错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程＝C可知，气体体积增大，对外界做正功，B正确；由A、B项分析可知，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，吸收的热量大于增加的内能，C、D错误。故选B。 (2020·天津高考·T5)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水立即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　) A．压强变大 B．对外界做功 C．对外界放热 D．分子平均动能变大 答案：B 解析：随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据pV＝C(恒量)，可知气体压强减小，A错误；由于气体体积膨胀，对外界做功，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得一定从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。故选B。 　人教版选择性必修第三册P65·T3 如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡。 (1)外界空气的温度是多少？ (2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？ 　人教版选择性必修第三册P65·T3以“竖直放置的圆柱形容器与活塞的封闭气体状态变化”为情境，考查了盖吕萨克定律与热力学第一定律的综合应用问题。 近几年的高考也常以气体实验定律、理想气体状态方程与热力学第一定律在生产生活中的综合应用为情境进行命题，例如： (1)2023·天津高考·T2以“爬山所带氧气瓶中氧气的状态变化”为情境，考查了查理定律与热力学第一定律的综合应用问题。 (2)2021·山东高考·T2以“密封的矿泉水瓶中放置的开口向下、导热良好的小瓶(瓶中瓶)中封闭的一段空气的状态变化”为情境，考查了理想气体状态方程与热力学第一定律的综合应用问题。 (3)2020·天津高考·T5以“玩具水枪的气压式水枪储水罐中充入的气体的状态变化”为情境，考查了玻意耳定律与热力学第一定律的综合应用问题。 针对练1.(2024·辽宁沈阳市高二联考)某中学春季运动会上释放的气球是充有氦气的可降解气球。释放前工作人员用容积为30 L、压强为1.0×107 Pa的氦气罐给气球充气(充气过程温度不变)，要求充气后气球体积为6 L、压强为1.0×105 Pa；气球释放后飘向高空，当气球体积膨胀到9 L时就会爆裂落回地面。已知高度每升高1 000 m，大气温度下降6 ℃，高度每升高1 m，大气压减小约11 Pa，庆祝现场地面空气温度为27 ℃，大气压为1.0×105 Pa，不计充气过程的漏气和气球内原有气体，下列说法正确的是(　　) A．用一个氦气罐可以充出500个符合要求的气球 B．用氦气罐给气球充气过程中，氦气放出热量 C．当气球发生爆裂时，气球离地面的高度约为3 448 m D．要降低气球发生爆裂时的高度，在地面充气时可使充气后的气球体积适当减小 答案：C 解析：设用一个氦气罐可以充出n个符合要求的气球，由玻意耳定律有p0V0＝p1(V0＋nV1)，其中p0＝1.0×107 Pa，V0＝30 L，p1＝1.0×105 Pa，V1＝6 L，解得n＝495个，故A错误；对充入气球内的氦气，从氦气罐内到气球内的过程，体积增大，对外做功，不计温度变化，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故B错误；当气球发生爆裂时，气球体积膨胀到9 L，设此时气球离地面高度为h，则爆裂时气体的压强和温度分别是p2＝p1－11h(Pa)，T2＝T0－(K)，由理想气体状态方程有＝，解得h≈3 448 m，故C正确；由C中分析可以推导出h与V1的函数关系式为h＝(m)，可知V1越小，h越大，故D错误。故选C。 针对练2.如图所示，一足够长薄壁导热气缸开口向下用轻绳悬挂在天花板上，气缸的横截面积为S，不计厚度的活塞与气缸之间无摩擦，活塞和气缸之间封闭一定质量的理想气体，大气 学生用书第88页 压强为p0，环境温度不变。活塞稳定时距气缸底部的距离为l，在活塞的底部中心悬挂一个轻质小桶，往小桶中缓慢加细沙，当所加细沙质量为m时，活塞距气缸底部的距离为2l，下列说法正确的是(　　) A．外界对气体做正功 B．气体放出热量 C．活塞的质量为－m D．活塞的质量为－2m 答案：D 解析：根据题意可知，气体体积变大，气体对外界做正功，则外界对气体做负功，又气缸导热，温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故A、B错误；设活塞质量为m0，不加细沙时，对活塞受力分析可得p0S＝m0g＋p1S，加细沙后，对活塞和细沙整体受力分析可得p0S＝(m0＋m)g＋p2S，根据玻意耳定律有p1lS＝p2·2lS，解得m0＝－2m，故D正确，C错误。故选D。 (2022·江苏高考·T7)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：C 解析：由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，对于理想气体，状态a的内能等于状态b的内能，故A错误；由于状态b和状态c体积相同，且pb<pc，根据理想气体状态方程＝，可知Tb<Tc，又因为Ta＝Tb，故Ta<Tc，故B错误；因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功，而气体温度升高，内能增加，根据ΔU＝Q＋W，可知气体吸收热量，故C正确，D错误。故选C。 (多选)(2021·海南高考·T12)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线ac过原点。则气体(　　) A．在状态c的压强等于在状态a的压强 B．在状态b的压强小于在状态c的压强 C．在b→c的过程中内能保持不变 D．在a→b的过程对外做功 答案：AC 解析：根据V＝T(C为常量)可知，因直线ac过原点，则气体在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，选项A正确，B错误；在b→c的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，选项C正确；在a→b的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，选项D错误。故选AC。 (多选)(2024·新课标卷·T21) 如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　) A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热 答案：AD 解析：1→2为绝热过程，Q＝0，气体体积减小，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU>0，气体内能增加，A正确；2→3为等压膨胀过程，W<0，由盖-吕萨克定律可知气体温度升高，内能增加，即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，气体从外界吸热，B错误；3→4过程为绝热过程，Q＝0，气体体积增大，W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU<0，气体内能减少，C错误；4→1为等容过程，W＝0，又压强减小，则由查理定律可知气体温度降低，内能减少，即ΔU<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q<0，气体向外放热，D正确。 　人教版选择性必修第三册P65·T4 如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，已知在此过程中，气体吸收了300 J的热量，则该过程中气体内能变化了多少？ 　人教版选择性必修第三册P65·T4以“理想气体的p-V图像”为情境，考查了等压过程的规律与热力学第一定律的综合应用问题。 近几年的高考也常以理想气体的状态变化图像与热力学第一定律的综合应用问题为情境进行命题，例如： (1)2022·江苏高考·T7以“一定质量的理想气体的两条p-V图像”为情境，考查了理想气体状态方程与热力学第一定律的综合应用问题。 (2)2021·海南高考·T12以“一定质量的理想气体的V-T图像”为情境，考查了等容过程、等温过程的规律与热力学第一定律的综合应用问题。 (3)2024·新课标卷·T21以“一定质量的理想气体的p-V图像”为情境，考查了绝热过程、等压过程、等容过程的规律与热力学第一定律的综合应用问题。 针对练1.(多选)一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c变化到状态d，其p-T图像如图所示。下列说法正确的是(　　) 学生用书第89页 A．a→b的过程中，气体对外界做功 B．c→d的过程中，外界对气体做功 C．a→b→c的过程中，气体先吸热后放热 D．b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小 答案：ABD 解析：a→b的过程中，气体温度不变，气体压强减小，由玻意耳定律可知，气体体积变大，则气体对外界做功，A正确；根据p＝T(C为常量)可知，由于d点与原点连线的斜率大于c点与原点连线的斜率，则d状态对应的体积小于c状态的体积，则c→d的过程中，外界对气体做功，B正确；a→b的过程中，温度不变，内能不变，气体对外做功，则由ΔU＝Q＋W可知气体吸热；b→c的过程中，气体压强不变，温度升高，则气体内能变大，由盖-吕萨克定律可知其体积变大，对外做功，由ΔU＝Q＋W可知气体吸热，即a→b→c的过程中，气体一直吸热，C错误；由B项分析可知，b→c→d的过程中，各点与原点连线的斜率先减小后增大，则气体体积先增大后减小，D正确。故选ABD。 针对练2.一定质量的某种理想气体，从状态A开始，经历B、C两个状态又回到状态A，温度T与体积V的关系图像如图所示，AB的反向延长线经过坐标原点O，BC与纵轴平行，已知气体在状态C的压强为p0，则下列说法正确的是(　　) A．气体从B到C，对外不做功，吸收热量 B．气体在状态B的压强为2p0 C．气体在状态A的温度为0.4T0 D．气体从状态A到状态B对外界做的功为p0V0 答案：A 解析：气体从B到C，体积不变，气体对外不做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A正确；气体从B到C，体积不变，根据 查理定律有＝，解得pB＝，故B错误；AB的反向延长线经过坐标原点O，A到B压强不变，根据盖吕萨克定律有＝，解得TA＝，故C错误；结合上述可知，气体从A到B，压强不变，压强为pB＝，体积增大，则该过程气体对外界做的功为W＝pB(2V0－V0)＝，故D错误。故选A。 1．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用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，则在整个过程中一定有(　　) A．Q1－Q2＝W2－W1　　　 B．Q1＝Q2 C．W1＝W2 D．Q1>Q2 答案：A 解析：由题可知内能的变化量为零，根据热力学第一定律可得ΔU＝Q1－Q2＋W1－W2＝0，可得Q1－Q2＝W2－W1，因为没有给出具体的变化过程，所以无法判断W1与W2的大小关系，也无法判断Q1与Q2的大小关系，选项A正确，B、C、D错误。 [易错分析]　本题容易错选B项或者C项，原因是忽视了气体状态变化过程中，气体吸收或放出的热量及气体与外界间做的功都是过程量，误认为气体从某状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态的过程中，外界对气体做的功W1与气体对外界做的功W2一定相等、气体吸收的热量Q1与气体放出的热量Q2一定相等，导致错选B项或者C项。 2.如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，设水温均匀而且恒定，瓶内空气看作理想气体，下降过程中瓶内空气质量不变，则(　　) A．瓶内气体分子间作用力为斥力且增大 B．瓶内气体从外界吸收热量 C．瓶内气体分子平均动能不变 D．单位时间与单位面积瓶壁碰撞的分子数不变 答案：C 解析：被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温度不变，压强变大，根据pV＝C可知，气体体积减小，外界对气体做正功，即W>0；由于气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体内能不变，即ΔU＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q<0，即气体向外界放热，选项B错误，C正确；气体分子间距离远大于分子直径，分子间几乎无作用力， 分子间作用力不会表现为斥力，选项A错误；气体分子平均动能不变，气体体积减小，则气体分子的数密度变大，单位时间与单位面积瓶壁碰撞的分子数增多，选项D错误。 [易错分析]　本题容易错选B项，原因是在应用热力学第一定律时， 确定W和Q正负时出错，导致错选B项。 3.如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银中的同一深度，A、B两球用同一种特殊材料制作，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始时水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后体积相等，则(　　) A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多 C．两球吸收的热量一样多 D．无法确定两球吸收热量的大小关系 答案：B 解析：两球初、末状态温度分别相同，体积变化也分别相同，所以内能的变化量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，则吸热较多。故选B。 [易错分析]　本题容易错选C项，原因是不知道在水和水银中的同一深度处， 水银的压强较大，两球增 学生用书第90页 大相同的体积，B球对外做功多，吸热较多；而误认为两球增大相同的体积，A、B球对外做功相同、吸热相同，导致错选C项。 4．(多选)如图所示，两端开口、下端连通的导热气缸，用两个轻质绝热活塞(横截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。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，理想气体向外界释放的热量小于p0S1h＋mgh D．左端活塞到达B位置时，外力F等于 答案：BCD 解析：做功的两个必要因素是有力和在力的方向上有位移，由于活塞S2没有移动，可知整个过程，外力F做功等于0，A错误；根据气缸导热且环境温度没有变，可知气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，B正确；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，即Q＝W<p0S1h＋mgh，C正确；左端活塞到达B位置时，根据压强平衡可得p0＋＝p0＋，即F＝，D正确。故选BCD。 [易错分析]　本题容易漏选C项，原因是有些同学错误地认为理想气体的变化是等压过程，气体的压强一直为p＝p0＋，外界对气体做功为W＝pΔV＝p0S1h＋mgh，从而误认为C项错误，导致漏选C项。 5.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部被取走，若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，在此过程中，下列说法中正确的是(　　) A．气体对外做功，气体温度一定变化 B．气体对外做功，内能可能不变 C．气体压强可能增大，内能可能不变 D．若气体从外界吸热，则内能一定增大 答案：B 解析：逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，则气体压强减小，体积增大，气体对外做功，根据＝C可知，温度可能不变，内能可能不变，故A、C错误，B正确；气缸是导热的，可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀，对外做功，同时气体从外界吸热，内能可能不变，故D错误。 [易错分析]　本题容易错选A项或者D项，原因是本题中气体体积增大，吸收热量，由于忽视了对外做功的因素，误认为气体的温度一定升高、内能一定增大，导致错选A项或者D项。 单元测试卷(三)　热力学定律 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1．(2024·河南三门峡市高二质检)有关内能、温度、热量的说法中错误的是(　　) A．两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能不一定相等 B．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 C．热量是传热过程中物体内能变化的量度 D．做功和传热都能改变物体的内能，两过程的本质不同，改变物体内能的效果相同 答案：B 解析：物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同，则两物体内能不一定相等，A正确；温度升高，分子的平均动能增加，但不是每个分子的动能都增加，故B错误；热量是传热过程中物体内能变化的量度，C正确；做功和传热都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，传热是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确。故选B。 2．对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(　　) A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收80 J的热量，则它的内能增大20 J B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少 C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 D．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律 答案：D 解析：根据热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W＝80 J－100 J＝－20 J，即内能减小了20 J，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，物体从外界吸收热量，其内能不一定增加；物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，故C错误；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，故D正确。 3．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中(　　) A．气体吸收热量，内能不变 B．气缸内分子的平均动能增大 C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多 D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大 答案：A 解析：初始状态，气体压强大于大气压强，末状态，气体压强等于大气压强，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A正确；温度不变，气缸内分子的平均动能不变，故B错误；分子的平均动能不变，平均速率不变，气体压强变小，单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数减小，故C错误；分子的平均动能不变，气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力不变，故D错误。故选A。 4．下列说法正确的是(　　) A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律 B．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等 C．自发地传热是不可逆的 D． 第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 答案：C 解析：冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，但要消耗电能，遵循热力学第二定律，故A错误；空调工作时消耗的电能大于室内温度降低所放出的热量，故B错误；一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，故C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制造出来，D错误。 5．(2024·陕西咸阳市高二月考)一定质量的理想气体(分子间作用力不计)，体积由V膨胀到V′。如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则(　　) A．W1>W2，Q1<Q2，ΔU1>ΔU2 B．W1>W2，Q1>Q2，ΔU1>ΔU2 C．W1<W2，Q1＝Q2，ΔU1>ΔU2 D．W1<W2，Q1>Q2，ΔU1>ΔU2 答案：B 解析：第一种情况，气体压强不变，体积增大，根据＝C可知，温度升高，ΔU1>0，根据热力学第一定律有ΔU1＝Q1－W1；第二种情况，气体体积增大，温度不变，ΔU2＝0，根据pV＝C可知，压强减小，根据热力学第一定律有ΔU2＝Q2－W2，则ΔU1>ΔU2。两种情况下体积变化相同，但第二种情况下压强减小，因此W1>W2，故Q1>Q2。故选B。 6.如图所示，气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，气缸和活塞是绝热的，气缸固定不动，一条细线左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后吊着一个装沙的小桶，开始时活塞静止，某时刻开始小桶中的沙缓慢漏出，不计活塞与气缸间的摩擦，则下列说法正确的是(　　) A．气缸内的活塞向右运动 B．气缸内气体的内能变小 C．气缸内气体的压强减小 D．气缸内气体的分子平均动能变大 答案：D 解析：设气缸内气体压强为p，以活塞为研究对象受力分析，根据平衡条件得pS＋FT＝p0S，细沙不断流出时细线拉力FT变小，而p0不变，则气缸内的活塞向左运动，气体体积减小，气体被压缩，外界对气体做功，由于气缸和活塞是绝热的，由热力学第一定律可知气体的内能变大，温度升高，则气缸内气体的分子平均动能变大，由理想气体状态方程＝C可知p变大，则选项A、B、C错误，D正确。 7.一定质量的理想气体，由温度为T1的状态1经等容变化到温度为T2的状态2，再经过等压变化到状态3，最后回到初态1，其变化过程如图所示，则(　　) A．从1到2过程中，气体对外做功，内能减小 B．从2到3过程中，气体对外做功，内能减小 C．从1到2到3到再回到1过程中，气体一定从外界吸热 D．从3到1过程中，气体分子数密度变大，内能增加 答案：C 解析：从1到2过程中为等容变化，体积不变，气体不对外做功，选项A错误；从2到3过程中，体积增大，气体对外做功；压强不变，根据＝C可知，温度升高，内能增大，选项B错误；从3到1过程中，体积减小，气体分子数密度变大；由题图可知p1V1<p3V3，由＝C可知T3>T1，温度降低，内能减少，选项D错误；根据p-V图像中图线与V轴所围面积表示气体做功大小可知，整个过程气体对外做功大于外界对气体做功，而内能不变，根据热力学第一定律可知，气体一定从外界吸热，选项C正确。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.如图所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左、右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左、右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　) A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加 B．左、右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 答案：ABC 解析：当电热丝通电后，右侧的气体吸收电热丝放出的热量，温度升高，同时绝热膨胀，向左推动活塞，从而对左边气体做功，由题意并根据热力学第一定律可知，左边气体内能增加，温度升高；根据理想气体状态方程可知左边气体压强增大，分子数密度增大，左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加，故A、B、C正确；根据能量守恒定律可知，两边气体内能的总增加量等于电热丝放出的热量，故D错误。 9.(2024·云南大理市高二联考)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其p -T图像如图所示，下列关于气体变化的说法正确的是(　　) A．从A状态变化到B状态，气体不做功，但对外放热 B．从A状态到B状态，每个气体分子的动能都减小 C．从B状态到C状态，气体吸收的热量大于对外界所做的功 D．从B状态到C状态，容器壁单位面积上受到气体分子的撞击力增大 答案：AC 解析：根据p＝T可知，从A状态变化到B状态，气体体积不变，不做功，由题图可知，气体温度降低，内能减小，则根据ΔU＝Q＋W可知，气体对外放热，选项A正确；从A状态到B状态，气体温度降低，分子平均动能减小，但不是每个气体分子的动能都减小，选项B错误；从B状态到C状态，气体的压强不变，温度升高，体积变大，气体内能增加，对外做功，根据ΔU＝Q＋W可知气体吸收的热量大于对外界所做的功，选项C正确；从B状态到C状态，气体温度升高，但是压强不变，则容器壁单位面积上受到气体分子的撞击力不变，选项D错误。故选AC。 10．(2024·江苏徐州市高二统考)一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为p0，下列说法正确的是(　　) A．A→B过程中，气体压强不变 B．B→C过程中，气体向外放热 C．C→D过程中，气体对外做功为p0V0 D．整个过程中，气体吸收的热量小于p0V0 答案：AD 解析：根据理想气体状态方程有＝C可得T＝V，由题图可知A→B过程中，图线斜率不变，故气体压强不变，为等压过程，故A正确；B→C过程中，气体温度不变，为等温过程，因此气体内能不变，而气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故B错误；由A选项分析可知，C→D过程为等压过程，气体体积减小，外界对气体做功，故C错误；根据题图可得到压强p和体积V的关系图像如图所示。 由于p-V图像所围面积表示气体对外界做的功，因此整个过程气体对外界做的功小于ABCD所围成的梯形的面积，S梯形ABCD＝·＝，故气体对外界做功W<，由于整个过程气体内能不变，根据热力学第一定律可得整个过程中气体吸收的热量Q＝W<，故D正确。故选AD。 三、非选择题(本题共6小题，共54分) 11．(6分)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化，我们把这些气体称为工质。某热机经过一个循环后，工质从高温热库吸热Q1，对外做功W，又对低温热库放热Q2，工质完全恢复初始状态，内能没有变化。根据热力学第一定律，在工质的一个循环中，Q1、Q2、W三者之间满足的关系是____________。 热机的效率η＝不可能达到100%，从能量转化的角度，说明________能不能完全转化为________能，而不引起其他变化。 答案：Q1＝W＋Q2　 内　 机械 解析：根据题述，工质完全恢复初始状态，内能没有变化。由热力学第一定律知，Q1、Q2、W三者之间满足的关系是0＝Q1－Q2－W，即Q1＝W＋Q2。热机的效率η＝不可能达到100%，从能量转化的角度，说明内能不能完全转化为机械能，而不引起其他变化。 12．(6分)某校的学生进行了水火箭的制作与发射比赛，装置如图所示。瓶内封闭了一定质量的气体，比赛中通过打气筒向瓶内多次打气，直到瓶内气体的压力冲开瓶塞，瓶内水从瓶口快速喷出，瓶身因反冲获得向上的速度射向空中。已知瓶塞的截面积为S，瓶中气体未打气时压强为p0(大气压强)，体积为V0，每次打气均是把打气筒中压强为p0、体积为kV0的气体全部打入瓶中。忽略打气过程中气体温度的变化，同时忽略水及瓶塞重力产生的压强。假设打了N次气后，水恰好冲开瓶塞，水火箭成功发射。在瓶塞被冲开、水快速喷出时，气体的内能将________(选填“增大”或“减小”)，温度将________(选填“升高”或“降低”)。瓶塞刚被冲开时瓶内气体的压强p＝________，瓶塞与瓶颈间的最大摩擦力Ffm＝________。 答案： 减小　降低　(1＋kN)p0　kNp0S 解析：由热力学第一定律可知，在瓶塞被冲开、水快速喷出时，不考虑气体与外界热交换，气体对外做功，气体的内能将减小，温度将降低。 由玻意耳定律得p0V0＋Np0kV0＝pV0，则瓶塞刚被冲开时瓶内气体的压强p＝(1＋kN)p0 瓶塞刚要被冲开时，对瓶塞受力分析，因不计活塞重力，则有pS＝p0S＋Ffm，解得Ffm＝kNp0S。 13．(8分)如图甲为压气式消毒喷壶，若该壶容积为2 L，内装1.4 L的消毒液。闭合阀门K，缓慢向下压A每次可向瓶内储气室充入0.05 L的1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0 atm时，按下B阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出。已知储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0 atm＝1.0×105 Pa。 (1)求充气过程向下压A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积； (2)喷液全过程，气体状态变化的等温线(如图乙所示)近似看成一段倾斜直线，估算喷液过程壶内气体从外界吸收的热量。 答案：(1)12次　0.6 L　(2)90 J 解析：(1)壶中原来空气的体积V1＝(2－1.4) L＝0.6 L，由玻意耳定律得p1(nV0＋V1)＝p2V1 其中p1＝1.0 atm，V0＝0.05 L，p2＝2.0 atm 解得n＝12次 最多喷出的液体ΔV＝nV0＝0.6 L。 (2)外界对气体做功W＝－×ΔV＝－90 J 由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0 解得Q＝90 J。 14．(10分)如图所示，一定质量的某种理想气体在状态A时的体积为V0。从状态A到状态C，该气体从外界吸收的热量为Q，在p -T图像中图线AC的反向延长线通过坐标原点O；从状态C到状态B温度不变；从状态B到状态A，该气体对外界做的功为W。求： (1)气体在状态C时的压强和在状态B时的体积； (2)从状态B到状态A，气体与外界交换的热量Q′。 答案：(1)2p0　V0　(2)W－Q 解析：(1)由题意可知AC为等容线，根据查理定律有＝ 解得pC＝2pA＝2p0 根据理想气体状态方程有＝ 解得VB＝V0。 (2)由题图可知从状态A到状态C，气体做等容变化，做功为零，根据热力学第一定律可得ΔUAC＝UC－UA＝Q 从状态C到状态B，气体做等温变化，内能不变，则有UB＝UC＝UA＋Q 所以从状态B到状态A，有ΔUBA＝UA－UB＝－Q 设从状态B到状态A，气体与外界交换的热量为Q′，根据热力学第一定律可知ΔUBA＝Q′－W 解得气体与外界交换的热量为Q′＝W－Q。 15．(12分)绝热的活塞与气缸之间封闭一定质量的理想气体，气缸开口向上置于水平面上，活塞与气缸壁之间无摩擦，缸内气体的内能UP＝72 J，如图甲所示。已知活塞横截面积S＝5×10-4 m2，其质量为m＝1 kg，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热，活塞由原来的P位置移动到Q位置，此过程封闭气体的V -T图像如图乙所示，且知气体内能与热力学温度成正比。求： (1)封闭气体最后的体积； (2)封闭气体吸收的热量。 答案：(1)6×10-4 m3　(2)60 J 解析：(1)以气体为研究对象，根据盖吕萨克定律有＝ 解得VQ＝6×10-4 m3。 (2)由气体的内能与热力学温度成正比有＝ 解得UQ＝108 J 活塞从P位置缓慢移到Q位置，活塞受力平衡，气体为等压变化，以活塞为研究对象有 pS＝p0S＋mg 解得p＝p0＋＝1.2×105 Pa 外界对气体做功W＝－p(VQ－VP)＝－24 J 由热力学第一定律有UQ－UP＝Q＋W 解得气体吸收的总热量为Q＝60 J。 16.(12分)(2023·1月浙江选考)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC＝363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体： (1)在状态B的温度； (2)在状态C的压强； (3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。 答案：(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J 解析：(1)气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有＝ 解得TB＝TA＝TA＝330 K。 (2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，压强不变，设为pB，则有pBS＝p0S＋mg 解得pB＝1×105 Pa 根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有＝ 解得pC＝pB＝1.1×105 Pa。 (3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中外界对气体做功W＝－pBSd＝－30 J 由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W 解得Q＝ΔU－W＝188 J。 学生用书第91页 学科网（北京）股份有限公司 $$