暑假作业16 热力学定律-【暑假分层作业】2025年高二物理暑假培优练（人教版2019）

限时练习：40min 完成时间： 月 日 天气： 作业16 热力学定律 知识点一、热力学第一定律　能量守恒定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)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)表达式中的正、负号法则： 物理量 ＋ － W 外界对物体做功 物体对外界做功 Q 物体吸收热量 物体放出热量 ΔU 内能增加 内能减少 3.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 能量守恒定律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．(例如：机械能守恒) (3)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律． 3．热力学第一定律的理解 (1)内能的变化常用热力学第一定律进行分析． (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正． (3)与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0. (4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化． 4．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体内能的增加(减少)； (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加(减少)； (3)若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体放出(吸收)的热量． 知识点二　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．或表述为“第二类永动机是不可能制成的”． 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度增大的方向进行． 3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． 4．热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了传热等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助． (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能． 5．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性． (1)高温物体低温物体． (2)功热． (3)气体体积V1气体体积V2(较大)． 6．两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 知识点三　热力学第一定律与图像的综合应用 1．气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析． 2．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． 三层必刷：巩固提升+能力培优+创新题型 1、 单选题 1．（24-25高二下·重庆·期中）关于热学问题，下列说法正确的是（　　） A．液体温度越高，布朗运动越显著 B．花粉颗粒的无规则运动就是分子的热运动 C．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 2．（24-25高二下·重庆·期中）根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传到高温物体 B．对能源的过度消耗不会形成“能源危机” C．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 3．（24-25高三下·甘肃张掖）关于热力学定律和能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．热力学第二定律是热力学第一定律的推论 B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到 C．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 D．热力学第二定律可表述为不可能使热量由低温物体传递到高温物体 4．（23-24高二下·全国）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．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．在封闭的房间里打开冰箱一段时间后，房间温度会降低 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 5．（23-24高二下·辽宁·期中）根据热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量多于向室外放出的热量 B．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，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．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．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 6．（23-24高二下·福建厦门·期中）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”在某个工作过程中，一定质量的理想气体的图像如图所示，ab与横轴平行。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程中，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增多 B．a→b过程中，气体的内能增加 C．b→c过程中，气体温度降低，体积减小 D．b→c过程中，每个气体分子的动能都减少 7．（23-24高二下·河北·期中）如图是时下流行的“自热米饭”，底层有一发热包，加入水后，将饭菜层盖上，在底层会密封一部分气体，发热包中物质与水反应放出大量的热，一段时间后饭菜即被加热。底层内的气体可视为理想气体，忽略加热过程中饭盒的体积变化，下列说法正确的是（  ） A．加热后底层气体分子的平均动能增大 B．加热后底层所有气体分子的运动速率均增大 C．加热后底层气体对饭菜做功，气体的内能不发生变化 D．加热后底层气体的压强不变 8．（2024·山东枣庄·三模）1824年法国工程师卡诺创造性地提出了具有重要理论意义的热机循环过程一卡诺循环，极大地提高了热机的工作效率。如图为卡诺循环的p﹣V图像，一定质量的理想气体从状态A开始沿循环曲线ABCDA回到初始状态，其中AB和CD为两条等温线，BC和DA为两条绝热线。下列说法正确的是（　　） A．在D→A绝热压缩过程中，气体内能减小 B．一次循环过程中气体吸收的热量小于放出的热量 C．B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功 D．B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态多 二、多选题 9．（24-25高二下·安徽合肥·期中）下列说法中正确的是（　　） A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的 D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小 10．（2024·海南·高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是（   ） A．bc过程外界对气体做功 B．ca过程气体压强不变 C．ab过程气体放出热量 D．ca过程气体内能减小 11．（23-24高二下·河北承德·期中）根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量 B．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机，将内能全部转化为机械能 C．导体在光滑水平U形导轨上做切割磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来 D．冰箱的使用说明热量可以自发地从低温物体传递到高温物体 12．（23-24高二下·湖北武汉·期中）如图所示，某同学将空玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，水温上下均匀且恒定不变，瓶内封闭有一定质量的理想气体，则（    ） A．瓶内空气分子的内能不变 B．瓶内单位体积内气体分子的个数不变 C．单位时间内单位面积上气体分子与器壁碰撞产生的冲量增大 D．单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的气体分子数不变 13．（22-23高二下·北京海淀·期中）“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，国家速滑馆5000m2的冰面全由它制成，冰面温差可控制在±0.5℃以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态（一种介于液态和气态之间，分子间有强烈相互作用的特殊状态）；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而凝固；过程D→A：二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是（　　）    A．过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大 B．过程B→C中，二氧化碳遵循理想气体的等压变化规律 C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热 D．过程D→A中，气体对外做功 三、解答题 14．（24-25高二下·河北石家庄·期中）一款温控报警装置的原理图如图所示。固定在水平地面上的导热汽缸内，质量、横截面积的活塞密封一定质量的理想气体，活塞的上表面涂有导电物质，起初环境的热力学温度，活塞静止时到汽缸底部的高度，当环境的热力学温度缓慢升高，活塞与两触点接触时，蜂鸣器发出报警声，此时活塞到汽缸底部的高度。活塞与汽缸之间的摩擦可以忽略，外界大气压强，重力加速度大小。 (1)蜂鸣器刚报警时棚内的热力学温度； (2)从起初到蜂鸣器报警的过程中，气体对外界做的功。 15．（2025·江苏连云港·一模）如图所示，将玉米粒装入手摇爆米花机中，机内气体的初始温度、压强，对爆米花机密封加热，当气体压强达到时，开盖使玉米粒爆开。不计玉米粒在加热过程中的体积变化，气体视为理想气体。 (1)求开盖前瞬间气体的温度； (2)若加热过程中气体吸热，求该气体内能的变化量。 一、单选题 1．（24-25高二下·河北邯郸·期中）如图所示，两个相通的绝热容器P、Q间装有阀门K，P中充有一定质量的理想气体，Q为真空。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（　　） A．系统内能不变，温度不变 B．系统内能不变，温度变小 C．系统内能变小，温度不变 D．系统内能变小，温度变小 2（24-25高二下·河北石家庄·期中）某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。一定质量的理想气体所经历的奥托循环的图像如图所示，在的过程中，外界对气体做的功为18J，在的过程中，气体吸收的热量为47J，在的过程中，气体放出的热量为12J。则在的过程中，气体对外界做的功为（　　） A．53J B．45J C．32J D．29J 3．（24-25高二下·山东青岛·期中）如图所示，健身球通常由橡胶制成，其内部充满气体能够承受较大的压力。当人体缓慢离开健身球的过程可认为球内气体温度不变，已知球内气体可视为理想气体，下列说法正确的是（　　） A．球内气体向外界放出热量 B．球内气体分子数密度不变 C．球内所有气体分子的动能都不变 D．球内气体分子单位时间对单位面积器壁的撞击力减小 4．（2025·江西·模拟预测）一定质量的理想气体经历了A→B→C→A的循环，其p—V图像如图所示，其中A→B过程气体分子的平均动能不变，下列说法错误的是（　　） A．A→B过程，气体的压强与体积乘积是一个定值 B．B→C过程，气体放出的热量比外界对气体做功多 C．C→A过程，气体分子碰撞单位面积器壁的平均作用力减小 D．再次回到A状态时，气体内能不变 5．（24-25高二下·全国·期中）一定质量理想气体的状态变化如图所示，为圆弧，为半径相同的圆弧。气体从状态经状态、、最终回到状态，则（  ） A．从状态到状态是等温膨胀过程 B．从状态到状态，气体放出热量，内能增大 C．处于状态时，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数一定比处于状态时少 D．从状态经、、回到状态，气体吸收热量 6．（23-24高二下·江苏淮安·期中）某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作。该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　） A．在a→b过程中，内能不变 B．在状态a时的内能小于在状态c时的内能 C．在一次循环过程中对外界做功小于外界对气体做功 D．b→c过程中吸收的热量小于d→a过程中放出的热量 7．（23-24高二下·山东济宁·期末）一定质量的理想气体经过a→b→c→d→a过程的如图所示，其中ab和cd图线均为双曲线的一部分，下列说法正确的是（    ） A．a→b过程中，气体可能向外界放出热量 B．b→c过程中，气体一定向外界放出热量 C．整个过程中气体从外界吸收热量 D．c→d过程中，在单位时间、单位面积上与器壁碰撞的分子数减少 8．（2024·山东·高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 二、多选题 9．（24-25高二下·河北石家庄·期中）一定质量的理想气体，自状态经过状态变化到状态，其压强与温度的变化规律如图所示，图中连线过原点，段是平行于横轴的直线，已知气体在状态时的体积m³，气体内能满足（为热力学温度），下列说法正确的是（　　） A．气体在状态b时的压强为1.8×105Pa B．气体在状态c时的体积为 C．由b到c过程气体对外做功为500J D．由a到c过程气体吸收热量为900J 10．（24-25高二下·河北邯郸·期中）气压式电脑升降桌通过汽缸的上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图甲所示，可自由移动的汽缸与活塞之间封闭一定质量的理想气体，在气体从状态A→B→C→D的过程中，封闭气体图像如图乙所示，其中BA和CD的延长线均经过原点，AD和BC均与横轴平行，下列说法中正确的是（　　） A．从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大 B．从A到B的过程中，气体会从外界吸热 C．从B到C的过程中，气体等压降温，体积减小 D．从C到D的过程中，气体分子数密度增大 11．（2025高三下·海南）将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态A开始经状态B、C又回到状态A，整个过程中气体的压强p随气体体积V的变化规律如图所示，其中AB与横轴平行，AC与纵轴平行，BC为等温线。已知B状态的压强、体积、温度分别为、、，状态C的压强为，气体由状态A到状态B，气体内能改变量的绝对值为。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态C的体积为18L B．气体在状态A的温度为600K C．气体由状态A到状态B，内能增加 D．气体由状态A到状态B，气体向外界放出的热量为 12．（23-24高二下·上海·期中）如图所示为气压式升降椅和简易结构切面图，在汽缸和汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，汽缸密封性和导热性良好，忽略一切摩擦。设无人坐椅时，汽缸内气体的初始状态为A；有人慢慢地坐到座椅上后，双脚离地，椅面下降，汽缸内气体稳定后的状态为B；空调开启，室内温度下降至某值并保持恒温，汽缸内气体稳定后的状态为C；最后此人离开座椅，汽缸内气体稳定后的状态为D。关于汽缸内气体的描述，下列说法正确的是（　　） A．状态A到B，外界对气体做功，气体内能一直增大 B．状态B到C，气体分子热运动的平均动能一定减小 C．状态C到D，气体对外界做功，气体从外界吸收热量 D．状态A与状态D的气体分子热运动的平均动能可能相等 13．（23-24高二下·山东青岛·期中）为了方便监控高温锅炉外壁的温度变化，可在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的汽缸。如图所示，汽缸右壁的压力传感器与活塞通过轻弹簧连接，活塞左侧封闭气体可看作理想气体。已知大气压强为，活塞横截面积为S，弹簧的劲度系数，不计活塞质量和厚度及与汽缸壁的摩擦。当锅炉外壁温度为时，活塞与汽缸左壁的间距为L，传感器的示数为0；温度缓慢升高到某一值时，传感器的示数为，若已知该过程汽缸内气体吸收的热量为Q，则下列说法正确的是（    ） A．此时锅炉外壁的温度为 B．此时锅炉外壁的温度为 C．整个过程中气体内能的增加量为 D．整个过程中气体内能的增加量为 14．（23-24高二下·河北邢台·期中）如图所示，一定质量的理想气体经历了从状态A→B→C→A的过程，气体在状态A时的体积为V0，CA的延长线过p—T坐标系的原点O，气体的内能E = kT（k为常数），下列说法正确的是（   ） A．从A到B的过程，气体吸热 B．从B到C的过程，气体分子的平均动能减小，所有分子的平均速率都减小 C．在状态B时，气体的内能是在状态A时的3倍 D．从C到A的过程，单位时间内撞击到容器壁单位面积上的分子数增多 15．（23-24高二下·吉林长春·期中）气压式升降椅通过汽缸上下运动来调节椅子升降，其简易结构如图甲所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状汽缸杆与底座固定连接。可上下移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性良好，忽略摩擦力。气体的压强和体积倒数的关系如图乙所示，升降椅无人坐时，气体的状态为A。某人缓慢坐在座椅上直到双脚离开地面，气体达到稳定状态B。然后打开空调调节室内温度，经过一段时间室内温度缓慢变化到设定温度，稳定后气体状态为C。最后人缓慢离开椅面，气体最终达到另一个稳定状态D。已知汽缸的横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　） A．人的质量可表示为 B．气体在状态A的温度高于状态D的温度 C．气体在状态C比在状态A单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数少 D．气体从状态A到状态D，气体向外放出的热量大于外界对气体做的功 三、解答题 16．（24-25高二下·浙江宁波·期中）如图所示，向一个空的铝制饮料罐（即易拉罐）中插入一根管壁厚度不计的透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是，吸管内部粗细均匀，横截面积为，吸管的有效长度为，当温度为27℃时，油柱离罐口，取大气压为。求： (1)这个气温计摄氏温度测量范围； (2)已知气温计的温度从缓慢下降到最小值的过程中，气体向外界放出的热量，求此过程中气体的内能变化量。 (3)当环境温度改变大小为时，油柱到灌口的距离改变大小为，把叫做测温灵敏度。如何改变罐的容积和管的横截面积能提高测温灵敏度。（直接写出方案即可） 17．（24-25高二下·河北沧州·期中）一款温控报警装置的原理图如图所示。固定在水平地面上的导热汽缸内，质量、横截面积的活塞密封一定质量的理想气体，活塞的上表面涂有导电物质，起初环境的热力学温度，活塞静止时到汽缸底部的高度，当环境的热力学温度缓慢升高，活塞与两触点接触时，蜂鸣器发出报警声，此时活塞到汽缸底部的高度。活塞与汽缸之间的摩擦可以忽略，外界大气压强，重力加速度大小。 (1)蜂鸣器刚报警时汽缸内的热力学温度； (2)从起初到蜂鸣器报警的过程中，气体对外界做的功。 1．（24-25高二下·浙江杭州·期中）如图所示，竖直固定的气缸顶部开有小孔，气缸内壁高度L=40cm，横截面积S=10cm2，质量m=1kg的活塞可在气缸内运动，活塞下方封闭了一定质量的理想气体。初始时活塞处在气缸正中间，缸内气体温度T1=300K。现用电热丝（未画出）对密闭气体缓慢加热到T2，此时活塞刚好达到顶部，继续缓慢加热到T3=800K，整个过程气体吸收热量115J。外界大气压p0=1×105Pa，不计活塞厚度和所有摩擦，活塞和气缸均绝热，重力加速度g=10m/s2。 (1)活塞向上移动的过程中，缸内密闭气体分子数密度 （“增大”、“不变”、“减小”），缸内密闭气体分子平均速率 （“增大”、“不变”、“减小”）； (2)求缸内密闭气体的热力学温度T2； (3)求整个过程缸内密闭气体内能的改变量ΔU。 2．（24-25高二下·浙江衢州·期中）如图1所示，导热良好的圆筒内用面积质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞上端与弹簧秤相连，能无摩擦滑动，整个装置竖直悬挂在空中，圆筒内气体处于状态A时，弹簧秤示数为10N，升高热源片温度至状态B时，活塞被挡块挡住，继续升高温度至状态，气体从状态A到状态的图像如图2所示，已知从状态A到状态，气体内能增加，大气压。 (1)气体从状态A到状态B，其分子平均动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力 （选填“增大”、“减小”或“不变”）； (2)求气体在状态A的温度和状态时的压强； (3)求气体从状态A到状态过程中系统吸收的热量。 3．（2025·广东佛山·二模）如图所示，在锅炉外壁紧贴着导热性能良好且右壁开孔与大气相通的气缸，气缸右壁内侧装有压力传感器，用于监控锅炉外壁的温度、锅炉未工作时，活塞与锅炉外壁距离为0.3m、与传感器距离为0.2m，活塞左侧封闭温度为300K、压强为105Pa的空气，此时压力传感器的示数为0。已知大气压强为105Pa，活塞横截面积为10-2m2，不计活塞与气缸壁的摩擦，锅炉工作时温度缓慢升高。 (1)当锅炉的温度为T1时，活塞刚好接触压力传感器，求T1； (2)锅炉外壁温度T从300K逐渐增大，求压力传感器示数F与T的关系式； (3)活塞从气缸图示位置移动到最右侧刚接触到压力传感器的过程中，气体吸收了300J的热量，求该过程中气体内能变化多少？ 4．（23-24高二下·江苏淮安·期中）气压式升降椅如图甲所示，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状汽缸杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性能良好，不计汽缸杆与汽缸之间的摩擦。已知汽缸与椅子总质量m=2kg，初始状态椅子上未坐人，稳定时测得汽缸中的气柱高为L1=20cm，横截面积S=4cm2。某同学坐到椅子上，双脚悬空，椅子缓慢下降至气柱高L2=2cm后达到稳定状态，此过程中环境温度保持T=300K不变。已知大气压强，重力加速度，汽缸始终保持竖直。求： （1）求该同学坐到椅子上后，稳定状态时汽缸中气体压强； （2）若该同学仍然原姿势坐在椅子上，为使气柱高度缓慢增大到L3=3cm，可使环境温度升高，若此过程中气体内能增加了∆U=20J，求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q； （3）若使用一段时间后，环境温度仍然为300K，缸内漏出一部分气体，该椅子未坐人稳定时测得气柱高变为L4=16cm，求漏出气体的质量∆m与原来汽缸中气体质量m的比值。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 限时练习：40min 完成时间： 月 日 天气： 作业16 热力学定律 知识点一、热力学第一定律　能量守恒定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)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)表达式中的正、负号法则： 物理量 ＋ － W 外界对物体做功 物体对外界做功 Q 物体吸收热量 物体放出热量 ΔU 内能增加 内能减少 3.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 能量守恒定律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．(例如：机械能守恒) (3)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律． 3．热力学第一定律的理解 (1)内能的变化常用热力学第一定律进行分析． (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正． (3)与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0. (4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化． 4．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体内能的增加(减少)； (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加(减少)； (3)若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体放出(吸收)的热量． 知识点二　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．或表述为“第二类永动机是不可能制成的”． 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度增大的方向进行． 3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． 4．热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了传热等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助． (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能． 5．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性． (1)高温物体低温物体． (2)功热． (3)气体体积V1气体体积V2(较大)． 6．两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 知识点三　热力学第一定律与图像的综合应用 1．气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析． 2．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． 三层必刷：巩固提升+能力培优+创新题型 1、 单选题 1．（24-25高二下·重庆·期中）关于热学问题，下列说法正确的是（　　） A．液体温度越高，布朗运动越显著 B．花粉颗粒的无规则运动就是分子的热运动 C．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 【答案】A 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，液体温度越高 ，分子热运动越剧烈，对悬浮颗粒的撞击越频繁且越不均匀，布朗运动就越显著，故A正确； B．花粉颗粒的无规则运动是布朗运动，它是由大量液体分子对花粉颗粒的无规则撞击造成的，反映了液体分子的热运动，而不是花粉颗粒分子的热运动 ，花粉颗粒是由大量分子组成的宏观物体，其运动不是分子热运动，故B错误； C．第二类永动机不可制成是因为它违背了热力学第二定律（即涉及热现象的宏观过程具有方向性），而不是违背能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，故C错误； D．在自发的情况下，热量只能从高温物体传向低温物体，但在外界做功等非自发条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，比如冰箱制冷就是通过压缩机做功实现热量从低温物体（冰箱内部）传向高温物体（冰箱外部环境） ，故D错误。 故选A。 2．（24-25高二下·重庆·期中）根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传到高温物体 B．对能源的过度消耗不会形成“能源危机” C．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 【答案】A 【详解】A．热量可以从低温物体传到高温物体，A正确； B．对能源的过度消耗，可利用的能源越来越少，会形成“能源危机”，B错误； C．蒸汽机的效率不能达到百分之百，蒸汽机只能把蒸汽的一部分内能转化为机械能，C错误； D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，D错误； 故选A。 3．（24-25高三下·甘肃张掖·阶段练习）关于热力学定律和能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．热力学第二定律是热力学第一定律的推论 B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到 C．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 D．热力学第二定律可表述为不可能使热量由低温物体传递到高温物体 【答案】C 【详解】A．热力学第二定律和热力学第一定律是两个不同的定律，分别解释不同方面的热力学的规律，A错误； B．绝对零度是低温的极限，只能接近，无法达到，B错误； C．第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功，违背了能量守恒定律，所以不可能制成，C正确； D．热力学第二定律的内容可以表述为：热量不能自发的由低温物体传到高温物体而不产生其他影响，即只要产生其他影响，热量就能从低温物体传到高温物体，D错误。 故选C。 4．（23-24高二下·全国·课后作业）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．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．在封闭的房间里打开冰箱一段时间后，房间温度会降低 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 【答案】C 【详解】A．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．电冰箱工作时消耗电能，房间的总热量会增加，房间温度会升高，故B错误； CD．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律，故C正确，D错误。 故选C。 5．（23-24高二下·辽宁·期中）根据热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量多于向室外放出的热量 B．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，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．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．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 【答案】B 【详解】A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，因为电能也部分转化为热能，故A错误； B．热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，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，故B正确； C．对能源的过度消耗将形成能源危机，但自然界的总能量守恒，故C错误； D．根据热力学第二定律知，科技的进步不可能使内燃机成为单一的热源热机，故D错误；。 故选B。 6．（23-24高二下·福建厦门·期中）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”在某个工作过程中，一定质量的理想气体的图像如图所示，ab与横轴平行。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程中，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增多 B．a→b过程中，气体的内能增加 C．b→c过程中，气体温度降低，体积减小 D．b→c过程中，每个气体分子的动能都减少 【答案】B 【详解】A．a→b过程中，气体压强不变，气体温度升高，气体分子平均动能增大，根据压强微观意义可知，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数减少，故A错误； B．a→b过程中，气体温度升高，气体内能增加，故B正确； CD．根据理想气体状态方程 可得 b→c过程中，图像上点与原点连线斜率逐渐减小，则气体体积逐渐增大，气体温度降低，气体分子平均动能减小，但不是每个气体分子的动能都减小，故CD错误。 故选B。 7．（23-24高二下·河北·期中）如图是时下流行的“自热米饭”，底层有一发热包，加入水后，将饭菜层盖上，在底层会密封一部分气体，发热包中物质与水反应放出大量的热，一段时间后饭菜即被加热。底层内的气体可视为理想气体，忽略加热过程中饭盒的体积变化，下列说法正确的是（  ） A．加热后底层气体分子的平均动能增大 B．加热后底层所有气体分子的运动速率均增大 C．加热后底层气体对饭菜做功，气体的内能不发生变化 D．加热后底层气体的压强不变 【答案】A 【详解】AB．加热后，温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是盒内每一个气体分子速率都增大了，故A正确，B错误； CD．底层内的气体可视为理想气体，温度升高，底层气体的内能增加，根据理想气体状态方程 加热过程视为等容变化做功为零，则加热后底层气体压强变大，故CD错误。 故选A。 8．（2024·山东枣庄·三模）1824年法国工程师卡诺创造性地提出了具有重要理论意义的热机循环过程一卡诺循环，极大地提高了热机的工作效率。如图为卡诺循环的p﹣V图像，一定质量的理想气体从状态A开始沿循环曲线ABCDA回到初始状态，其中AB和CD为两条等温线，BC和DA为两条绝热线。下列说法正确的是（　　） A．在D→A绝热压缩过程中，气体内能减小 B．一次循环过程中气体吸收的热量小于放出的热量 C．B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功 D．B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态多 【答案】C 【详解】A．D→A绝热压缩过程中，外界对气体做功 ， 根据热力学第一定律 可知 即气体内能增加，故A错误； B．一次循环过程中气体的温度不变，内能不变。p﹣V图像中图线与坐标轴围成的面积表示功。由图知，在一次循环过程中，气体对外界做功，为确保气体的内能不变，则气体一定从外界吸收热量，故一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量，故B错误； C．由图知 故B→C过程和D→A过程，温度变化量的大小相等，内能变化量的大小相等，且，可知W大小也必然相等，即B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功，故C正确； D．AB状态温度相同，则状态A和状态B气体分子的平均速率相同，而状态B的体积大，气体的密集程度小，则B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态少，故D错误。 故选C。 二、多选题 9．（24-25高二下·安徽合肥·期中）下列说法中正确的是（　　） A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的 D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小 【答案】AC 【详解】AD．改变物体内能的两种方式是热传递和做功，在绝热条件下压缩气体，对气体做正功，气体与外界没有热交换，气体的内能一定增加，若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能不一定变化，故A正确，D错误； B．布朗运动的悬浮在液体中固体微粒的运动，不是液体分子的热运动，固体微粒运动的无规则性，反应了液体分子运动的无规则性，故B错误； C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了物理过程的方向性，所以制造不出来，故C正确； 故选AC 。 10．（2024·海南·高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是（   ） A．bc过程外界对气体做功 B．ca过程气体压强不变 C．ab过程气体放出热量 D．ca过程气体内能减小 【答案】AC 【详解】A．由理想气体状态方程 化简可得 由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，故 pa < pb = pcbc过程为等压变化，体积减小，外界对气体做功，故A正确； B．由理想气体状态方程 化简可得 由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，故 ca过程气体压强减小，故B错误； C．ab过程为等温变化，内能不变，故 根据玻意耳定律可知，体积减小，压强增大，外界对气体做功，故 根据热力学第一定律 解得 Ab过程气体放出热量，故C正确； D．ca过程，温度升高，内能增大，故D错误。 故选C。 11．（23-24高二下·河北承德·期中）根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量 B．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机，将内能全部转化为机械能 C．导体在光滑水平U形导轨上做切割磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来 D．冰箱的使用说明热量可以自发地从低温物体传递到高温物体 【答案】AC 【详解】A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量，因为工作过程还有电热释放，故A正确； B．根据热力学第二定律，可知即使科技再进步，内燃机也不可能成为单一热源的热机，不可能将内能全部转化为机械能而不引起别的变化，故B错误； C．根据热力学第二定律，可知导体在光滑水平U形导轨上做切割磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来，故C正确； D．根据热力学第二定律，可知热量只能够自发从高温物体传到低温物体，但也可以通过热机做功实现从低温物体传递到高温物体，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，但不是自发的进行，故D错误。 故选AC。 12．（23-24高二下·湖北武汉·期中）如图所示，某同学将空玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，水温上下均匀且恒定不变，瓶内封闭有一定质量的理想气体，则（    ） A．瓶内空气分子的内能不变 B．瓶内单位体积内气体分子的个数不变 C．单位时间内单位面积上气体分子与器壁碰撞产生的冲量增大 D．单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的气体分子数不变 【答案】AC 【详解】A．由于水温上下均匀且恒定不变，则瓶内气体温度不变，瓶内空气分子的内能不变，故A正确； B．气体温度不变，根据玻意耳定律 由于气体压强变大，可知气体体积减小，则瓶内单位体积内气体分子的个数变多，故B错误； C．由于气体压强变大，可知单位时间内单位面积上气体分子与器壁碰撞产生的冲量增大，故C正确； D．由于气体温度不变，气体分子的平均动能不变，气体体积减小，单位体积内气体分子的个数增多，根据压强微观意义可知，单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的气体分子数变多，故D错误。 故选AC。 13．（22-23高二下·北京海淀·期中）“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，国家速滑馆5000m2的冰面全由它制成，冰面温差可控制在±0.5℃以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态（一种介于液态和气态之间，分子间有强烈相互作用的特殊状态）；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而凝固；过程D→A：二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是（　　）    A．过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大 B．过程B→C中，二氧化碳遵循理想气体的等压变化规律 C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热 D．过程D→A中，气体对外做功 【答案】CD 【详解】A．根据图像可知，过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都将增大，故A错误； B．过程B→C中，二氧化碳在C是液态，不是气体，不符合理想气体等压变化规律的条件，因此二氧化碳不遵循理想气体的等压变化规律，故B错误； CD．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压强不变，温度升高，根据盖吕萨克定律可知，体积一定增大，根据热力学第一定律 由于温度升高，故二氧化碳的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所以该过程中二氧化碳将吸热，故CD正确。 故选CD。 三、解答题 14．（24-25高二下·河北石家庄·期中）一款温控报警装置的原理图如图所示。固定在水平地面上的导热汽缸内，质量、横截面积的活塞密封一定质量的理想气体，活塞的上表面涂有导电物质，起初环境的热力学温度，活塞静止时到汽缸底部的高度，当环境的热力学温度缓慢升高，活塞与两触点接触时，蜂鸣器发出报警声，此时活塞到汽缸底部的高度。活塞与汽缸之间的摩擦可以忽略，外界大气压强，重力加速度大小。 (1)蜂鸣器刚报警时棚内的热力学温度； (2)从起初到蜂鸣器报警的过程中，气体对外界做的功。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）汽缸内的气体做等压变化，根据等压变化规律有 解得 （2）设汽缸内气体的压强为，对活塞受力分析有 活塞移动过程中，气体对外界做的功 联立解得 15．（2025·江苏连云港·一模）如图所示，将玉米粒装入手摇爆米花机中，机内气体的初始温度、压强，对爆米花机密封加热，当气体压强达到时，开盖使玉米粒爆开。不计玉米粒在加热过程中的体积变化，气体视为理想气体。 (1)求开盖前瞬间气体的温度； (2)若加热过程中气体吸热，求该气体内能的变化量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）等容变化，设后来温度为，根据查理定律有 解得 （2）根据热力学第一定律有 加热过程体积不变，即有W=0 解得 一、单选题 1．（24-25高二下·河北邯郸·期中）如图所示，两个相通的绝热容器P、Q间装有阀门K，P中充有一定质量的理想气体，Q为真空。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（　　） A．系统内能不变，温度不变 B．系统内能不变，温度变小 C．系统内能变小，温度不变 D．系统内能变小，温度变小 【答案】A 【详解】打开阀门K后，P中气体进入Q中，由于Q内为真空，气体体积增大时并没有对外做功，又因为系统没有热交换，由热力学第一定律可知，其内能不变，温度不变。 故选A。 2（24-25高二下·河北石家庄·期中）某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。一定质量的理想气体所经历的奥托循环的图像如图所示，在的过程中，外界对气体做的功为18J，在的过程中，气体吸收的热量为47J，在的过程中，气体放出的热量为12J。则在的过程中，气体对外界做的功为（　　） A．53J B．45J C．32J D．29J 【答案】A 【详解】由题意，为绝热过程，气体对外界做功为 为等容过程，吸热 为等容过程，吸热 在整个奥托循环中，有 可得在绝热过程中，气体对外界做功为 故选A。 3．（24-25高二下·山东青岛·期中）如图所示，健身球通常由橡胶制成，其内部充满气体能够承受较大的压力。当人体缓慢离开健身球的过程可认为球内气体温度不变，已知球内气体可视为理想气体，下列说法正确的是（　　） A．球内气体向外界放出热量 B．球内气体分子数密度不变 C．球内所有气体分子的动能都不变 D．球内气体分子单位时间对单位面积器壁的撞击力减小 【答案】D 【详解】A．气体温度不变，内能不变（），当人体缓慢离开健身球的过程。气体体积增大，气体对外做功（W<0），根据热力学第一定律 可知Q>0，球内气体向外界吸收热量，故A错误； B．气体分子总数不变，体积增大，分子数密度减小，故B错误； C．温度不变，分子平均动能不变，但不是每个气体分子的动能都不变，故C错误； D．根据 可知温度不变，体积增大，压强减小，则球内气体分子单位时间对单位面积器壁的撞击力减小，故D正确。 故选D。 4．（2025·江西·模拟预测）一定质量的理想气体经历了A→B→C→A的循环，其p—V图像如图所示，其中A→B过程气体分子的平均动能不变，下列说法错误的是（　　） A．A→B过程，气体的压强与体积乘积是一个定值 B．B→C过程，气体放出的热量比外界对气体做功多 C．C→A过程，气体分子碰撞单位面积器壁的平均作用力减小 D．再次回到A状态时，气体内能不变 【答案】C 【详解】A．A→B过程，气体分子的平均动能不变，可知，此过程气体的温度不变，根据玻意耳定律可知，气体的压强与体积乘积是一个定值，故A正确，不符合题意； B．B→C过程，气体体积变小，外界对气体做功，气体的压强与体积乘积变小，根据玻意耳定律可知，气体的温度降低，则气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放出的热量比外界对气体做功多，故B正确，不符合题意； C．C→A过程，气体体积变大，气体分子密度变小，但压强增大，气体分子碰撞单位面积器壁的平均作用力增大，故C错误，符合题意； D．再次回到A状态时，气体温度不变，则气体内能不变，故D正确，不符合题意。 故选C。 5．（24-25高二下·全国·期中）一定质量理想气体的状态变化如图所示，为圆弧，为半径相同的圆弧。气体从状态经状态、、最终回到状态，则（  ） A．从状态到状态是等温膨胀过程 B．从状态到状态，气体放出热量，内能增大 C．处于状态时，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数一定比处于状态时少 D．从状态经、、回到状态，气体吸收热量 【答案】C 【详解】A．从状态到状态，气体的图线是圆弧而不是双曲线，所以这一过程不是等温膨胀过程，故A错误； B．从状态到状态，气体压强不变，体积增大，对外界做功，根据理想气体状态方程可知其温度必定升高，则气体内能增大，根据热力学第一定律 可知气体吸收热量，故B错误； C．气体在状态与在状态相比，在状态时气体体积较大，分子的数密度较小，气体温度升高，分子的平均动能增加，因为状态与状态气体压强相等，所以在状态时气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数一定较少，故C正确； D．从状态经、、回到状态时气体的温度不变，内能不变，外界对气体做的功等于图形的面积，根据热力学第一定律 可知气体放出热量，故D错误。 故选C。 6．（23-24高二下·江苏淮安·期中）某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作。该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　） A．在a→b过程中，内能不变 B．在状态a时的内能小于在状态c时的内能 C．在一次循环过程中对外界做功小于外界对气体做功 D．b→c过程中吸收的热量小于d→a过程中放出的热量 【答案】B 【详解】A．在a→b过程中，气体体积减小，外界对气体做功，a→b过程为绝热过程，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，故A错误； B．根据理想气体状态方程 整理得 由图可知在状态a时气体压强与体积的乘积小于在状态c时气体压强与体积的乘积，故在状态a时，气体温度较低，在状态a时的内能小于在状态c时的内能，故B正确； C．该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成，因此只有两个绝热过程外界对气体做功，图像与坐标轴围成的面积表示做功，则c→d过程气体对外界做功大于a→b过程外界对气体做功，故在一次循环过程中对外界做功大于外界对气体做功，故C错误； D．因为该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成，因此只有两个等容过程与外界有热交换，一次循环过程中气体对外界做功大于外界对气体做功，气体内能不变，两个等容过程中由于与外界无做功，根据热力学第一定律可知b→c过程中吸收的热量大于d→a过程中释放的热量，故D错误。 故选B。 7．（23-24高二下·山东济宁·期末）一定质量的理想气体经过a→b→c→d→a过程的如图所示，其中ab和cd图线均为双曲线的一部分，下列说法正确的是（    ） A．a→b过程中，气体可能向外界放出热量 B．b→c过程中，气体一定向外界放出热量 C．整个过程中气体从外界吸收热量 D．c→d过程中，在单位时间、单位面积上与器壁碰撞的分子数减少 【答案】C 【详解】A．由题意可知， a→b过程中，气体体积增大，气体对外做功，气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，A错误； B． b→c过程中，由图像可知，气体温度降低，内能减小，即，体积增大，气体对外做功，即，由热力学第一定律可知，气体向外界吸收热量还是放出热量不能确定，B错误； C． 由图像的面积意义可知，整个过程中，外界对气体做负功，即，而气体的内能不变，由热力学第一定律可知，，气体从外界吸收热量，C正确； D． c→d过程中，是等温压缩，气体的密度增大，温度不变，单位体积内的分子数增多，压强增大，在单位时间、单位面积上与器壁碰撞的分子数增多，D错误。 故选C。 8．（2024·山东·高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 【答案】C 【详解】A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W<0，由盖-吕萨克定律可知 即内能增大，，根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误； B．方法一：过程中气体与外界无热量交换，即 又由气体体积增大可知，由热力学第一定律可知气体内能减少。 方法二：过程为等温过程，所以 结合分析可知 所以b到c过程气体的内能减少。故B错误； C．过程为等温过程，可知 根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确； D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：一整个热力学循环过程，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得 故过程气体从外界吸收的热量不等于过程放出的热量，D错误。 故选C。 【点睛】 二、多选题 9．（24-25高二下·河北石家庄·期中）一定质量的理想气体，自状态经过状态变化到状态，其压强与温度的变化规律如图所示，图中连线过原点，段是平行于横轴的直线，已知气体在状态时的体积m³，气体内能满足（为热力学温度），下列说法正确的是（　　） A．气体在状态b时的压强为1.8×105Pa B．气体在状态c时的体积为 C．由b到c过程气体对外做功为500J D．由a到c过程气体吸收热量为900J 【答案】BD 【详解】A．气体状态： 状态： 根据查理定律有 得 A错误； B．状态： 根据盖吕萨克定律有 得 B正确； C．由到过程气体对外做功 C错误； D．由到做等容变化，气体吸收的热量转化为内能，由到过程气体对外做功，吸收热量，内能增加，则由到过程吸收热量 D正确。 故选BD。 10．（24-25高二下·河北邯郸·期中）气压式电脑升降桌通过汽缸的上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图甲所示，可自由移动的汽缸与活塞之间封闭一定质量的理想气体，在气体从状态A→B→C→D的过程中，封闭气体图像如图乙所示，其中BA和CD的延长线均经过原点，AD和BC均与横轴平行，下列说法中正确的是（　　） A．从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大 B．从A到B的过程中，气体会从外界吸热 C．从B到C的过程中，气体等压降温，体积减小 D．从C到D的过程中，气体分子数密度增大 【答案】AC 【详解】AB．从A到B的过程中，气体从状态A→B的图线过原点，气体等温压缩，压强增大，体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律，气体会对外放热，A正确，B错误； C．从B到C的过程中，气体压强不变，体积减小，则温度降低，C正确； D．从C到D的过程中，气体等温膨胀，压强减小，体积增大，分子数密度减小，D错误。 故选AC。 11．（2025高三下·海南）将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态A开始经状态B、C又回到状态A，整个过程中气体的压强p随气体体积V的变化规律如图所示，其中AB与横轴平行，AC与纵轴平行，BC为等温线。已知B状态的压强、体积、温度分别为、、，状态C的压强为，气体由状态A到状态B，气体内能改变量的绝对值为。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态C的体积为18L B．气体在状态A的温度为600K C．气体由状态A到状态B，内能增加 D．气体由状态A到状态B，气体向外界放出的热量为 【答案】ABD 【详解】A．从B到C温度不变，则由玻意耳定律 可得气体在状态C的体积为VC=18L 选项A正确； B．因VA=VC=18L，从A到B为等压过程，则由盖-吕萨克定律 解得气体在状态A的温度为TA=600K 选项B正确； C．气体由状态A到状态B，温度降低，则内能减小，选项C错误； D．气体由状态A到状态B，外界对气体做功 根据 可知 即气体向外界放出的热量为，选项D正确。 故选ABD。 12．（23-24高二下·上海·期中）如图所示为气压式升降椅和简易结构切面图，在汽缸和汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，汽缸密封性和导热性良好，忽略一切摩擦。设无人坐椅时，汽缸内气体的初始状态为A；有人慢慢地坐到座椅上后，双脚离地，椅面下降，汽缸内气体稳定后的状态为B；空调开启，室内温度下降至某值并保持恒温，汽缸内气体稳定后的状态为C；最后此人离开座椅，汽缸内气体稳定后的状态为D。关于汽缸内气体的描述，下列说法正确的是（　　） A．状态A到B，外界对气体做功，气体内能一直增大 B．状态B到C，气体分子热运动的平均动能一定减小 C．状态C到D，气体对外界做功，气体从外界吸收热量 D．状态A与状态D的气体分子热运动的平均动能可能相等 【答案】BC 【详解】A．状态A到B，外界对气体做功，同时气体向外界放出热量，由热力学第一定律 缓慢变化导热良好可认为温度不变因此内能不变。故A错误； B．依题意，状态B到C，汽缸内气体温度降低，则气体分子热运动的平均动能也随之减小。故B正确； C．依题意，状态C到D，气体对外界做功，内能保持不变，由 可知气体从外界吸收热量。故C正确； D．依题意，状态A与状态D的气体温度不同，所以两个状态下分子热运动的平均动能也不相等。故D错误。 故选BC。 13．（23-24高二下·山东青岛·期中）为了方便监控高温锅炉外壁的温度变化，可在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的汽缸。如图所示，汽缸右壁的压力传感器与活塞通过轻弹簧连接，活塞左侧封闭气体可看作理想气体。已知大气压强为，活塞横截面积为S，弹簧的劲度系数，不计活塞质量和厚度及与汽缸壁的摩擦。当锅炉外壁温度为时，活塞与汽缸左壁的间距为L，传感器的示数为0；温度缓慢升高到某一值时，传感器的示数为，若已知该过程汽缸内气体吸收的热量为Q，则下列说法正确的是（    ） A．此时锅炉外壁的温度为 B．此时锅炉外壁的温度为 C．整个过程中气体内能的增加量为 D．整个过程中气体内能的增加量为 【答案】BC 【详解】AB．传感器的示数为时，封闭气体的压强为 活塞向右移动的距离为 由理想气体状态方程可得 解得 A错误，B正确； CD．该过程气体对外界做功为 由热力学第一定律可知，气体内能增加量为 C正确，D错误。 故选BC。 14．（23-24高二下·河北邢台·期中）如图所示，一定质量的理想气体经历了从状态A→B→C→A的过程，气体在状态A时的体积为V0，CA的延长线过p—T坐标系的原点O，气体的内能E = kT（k为常数），下列说法正确的是（   ） A．从A到B的过程，气体吸热 B．从B到C的过程，气体分子的平均动能减小，所有分子的平均速率都减小 C．在状态B时，气体的内能是在状态A时的3倍 D．从C到A的过程，单位时间内撞击到容器壁单位面积上的分子数增多 【答案】AC 【详解】A．从A到B的过程，气体压强不变而温度升高，则内能增大，据理想气体状态方程可知，体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故A正确； B．从B到C的过程，气体温度降低，气体分子的平均动能减小，但某些分子的平均速率可能增大，故B错误； C．由于气体的内能满足 状态B的温度是状态A的3倍，则在状态B时，气体的内能是在状态A时的3倍，故C正确； D．从C到A的过程，据理想气体状态方程可得 故气体的体积不变，在压强减小时，单位时间内撞击到容器壁单位面积上的分子数减少，故D错误。 故选AC。 15．（23-24高二下·吉林长春·期中）气压式升降椅通过汽缸上下运动来调节椅子升降，其简易结构如图甲所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状汽缸杆与底座固定连接。可上下移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性良好，忽略摩擦力。气体的压强和体积倒数的关系如图乙所示，升降椅无人坐时，气体的状态为A。某人缓慢坐在座椅上直到双脚离开地面，气体达到稳定状态B。然后打开空调调节室内温度，经过一段时间室内温度缓慢变化到设定温度，稳定后气体状态为C。最后人缓慢离开椅面，气体最终达到另一个稳定状态D。已知汽缸的横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　） A．人的质量可表示为 B．气体在状态A的温度高于状态D的温度 C．气体在状态C比在状态A单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数少 D．气体从状态A到状态D，气体向外放出的热量大于外界对气体做的功 【答案】ABD 【详解】A．升降椅无人坐时，气体的状态为A。某人缓慢坐在座椅上直到双脚离开地面，气体达到稳定状态B，根据 得 故A正确； B．根据 图像与原点连线的斜率代表温度的大小，所以气体在状态A的温度高于状态D的温度，故B正确； C．状态C体积小，温度低，分子平均动能小，但是压强高，根据压强微观解释可知，在状态C比在状态A时单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数多，故C错误； D．气体从状态A到状态D，体积减小，温度降低，外界对气体做功，气体内能减小，根据热力学第一定律，气体向外放出的热量大于外界对气体做的功，故D正确。 故选ABD。 三、解答题 16．（24-25高二下·浙江宁波·期中）如图所示，向一个空的铝制饮料罐（即易拉罐）中插入一根管壁厚度不计的透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是，吸管内部粗细均匀，横截面积为，吸管的有效长度为，当温度为27℃时，油柱离罐口，取大气压为。求： (1)这个气温计摄氏温度测量范围； (2)已知气温计的温度从缓慢下降到最小值的过程中，气体向外界放出的热量，求此过程中气体的内能变化量。 (3)当环境温度改变大小为时，油柱到灌口的距离改变大小为，把叫做测温灵敏度。如何改变罐的容积和管的横截面积能提高测温灵敏度。（直接写出方案即可） 【答案】(1) (2) (3)罐的容积越大吸管的横截面积越小，测温灵敏度越高 【详解】（1）当温度，气体的体积 设该气温计测量的最低气温为，最高气温为，气温最低时，气体的体积 气温最高时气体的体积 整个过程可以看成等压变化，根据盖-吕萨克定律则有 代入数据解得，，， 故气温计的测量范围。 （2）气温计的温度从27℃缓慢下降到最小值的过程中，外界对气体做的功 根据热力学第一定律可知，气体的内改变 即气体的内能减少了。 （3）罐的容积越大吸管的横截面积越小，测温灵敏度越高 17．（24-25高二下·河北沧州·期中）一款温控报警装置的原理图如图所示。固定在水平地面上的导热汽缸内，质量、横截面积的活塞密封一定质量的理想气体，活塞的上表面涂有导电物质，起初环境的热力学温度，活塞静止时到汽缸底部的高度，当环境的热力学温度缓慢升高，活塞与两触点接触时，蜂鸣器发出报警声，此时活塞到汽缸底部的高度。活塞与汽缸之间的摩擦可以忽略，外界大气压强，重力加速度大小。 (1)蜂鸣器刚报警时汽缸内的热力学温度； (2)从起初到蜂鸣器报警的过程中，气体对外界做的功。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）汽缸内的气体做等压变化，根据等压变化规律有 解得 （2）设汽缸内气体的压强为，对活塞受力分析有 活塞移动的过程中，气体对外界做的功 解得 1．（24-25高二下·浙江杭州·期中）如图所示，竖直固定的气缸顶部开有小孔，气缸内壁高度L=40cm，横截面积S=10cm2，质量m=1kg的活塞可在气缸内运动，活塞下方封闭了一定质量的理想气体。初始时活塞处在气缸正中间，缸内气体温度T1=300K。现用电热丝（未画出）对密闭气体缓慢加热到T2，此时活塞刚好达到顶部，继续缓慢加热到T3=800K，整个过程气体吸收热量115J。外界大气压p0=1×105Pa，不计活塞厚度和所有摩擦，活塞和气缸均绝热，重力加速度g=10m/s2。 (1)活塞向上移动的过程中，缸内密闭气体分子数密度 （“增大”、“不变”、“减小”），缸内密闭气体分子平均速率 （“增大”、“不变”、“减小”）； (2)求缸内密闭气体的热力学温度T2； (3)求整个过程缸内密闭气体内能的改变量ΔU。 【答案】(1) 减小 增大 (2)600K (3)93J 【详解】（1）[1]气缸向上移动，气体体积增大，质量不变，总的分子个数不变，则单位体积内的分子数减小，即分子数密度减小； [2]等压条件下，一定质量的气体温度与体积成正比，体积增加时，温度也增加，则分子平均速率增大。 （2）等压过程，有 解得 （3）活塞受力分析 等压过程，外界对气体做功 由热力学第一定律得 解得 2．（24-25高二下·浙江衢州·期中）如图1所示，导热良好的圆筒内用面积质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞上端与弹簧秤相连，能无摩擦滑动，整个装置竖直悬挂在空中，圆筒内气体处于状态A时，弹簧秤示数为10N，升高热源片温度至状态B时，活塞被挡块挡住，继续升高温度至状态，气体从状态A到状态的图像如图2所示，已知从状态A到状态，气体内能增加，大气压。 (1)气体从状态A到状态B，其分子平均动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力 （选填“增大”、“减小”或“不变”）； (2)求气体在状态A的温度和状态时的压强； (3)求气体从状态A到状态过程中系统吸收的热量。 【答案】(1) 增大 不变 (2)200K， (3) 【详解】（1）[1]由图2，可知气体从状态A到状态B，气体温度升高，故其分子平均动能增大； [2]根据 变形得 可知图中的斜率表示，其中是常数，由图2，可知气体从状态A到状态B过程斜率不变，即压强不变，故气体发生等压变化，根据 可知圆筒内壁单位面积受到的压力大小等于压强大小，保持不变。 （2）气体A到B发生等压变化，则有 解得 对活塞分析，则有 解得A、B状态的压强 气体从B变至C发生等容变化，则有 解得 （3）气体从A到B，系统对气体做功 根据热力学第一定律有 解得 3．（2025·广东佛山·二模）如图所示，在锅炉外壁紧贴着导热性能良好且右壁开孔与大气相通的气缸，气缸右壁内侧装有压力传感器，用于监控锅炉外壁的温度、锅炉未工作时，活塞与锅炉外壁距离为0.3m、与传感器距离为0.2m，活塞左侧封闭温度为300K、压强为105Pa的空气，此时压力传感器的示数为0。已知大气压强为105Pa，活塞横截面积为10-2m2，不计活塞与气缸壁的摩擦，锅炉工作时温度缓慢升高。 (1)当锅炉的温度为T1时，活塞刚好接触压力传感器，求T1； (2)锅炉外壁温度T从300K逐渐增大，求压力传感器示数F与T的关系式； (3)活塞从气缸图示位置移动到最右侧刚接触到压力传感器的过程中，气体吸收了300J的热量，求该过程中气体内能变化多少？ 【答案】(1)500K (2)当T≤500K时，F=0，当T＞500K时， (3)增加了100J 【详解】（1）当锅炉的温度为升高时，气体做等圧变化，根据盖吕萨克定律可得 代入数据解得 （2）由以上分析可知，当温度小于等于500K时，压力传感器示数 当温度大于500K时，气体体积不变，根据查理定律可得 解得 活塞对压力传感器的作用力为 （3）根据热力学第一定律， 解得 即气体内能增加了100J。 4．（23-24高二下·江苏淮安·期中）气压式升降椅如图甲所示，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状汽缸杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性能良好，不计汽缸杆与汽缸之间的摩擦。已知汽缸与椅子总质量m=2kg，初始状态椅子上未坐人，稳定时测得汽缸中的气柱高为L1=20cm，横截面积S=4cm2。某同学坐到椅子上，双脚悬空，椅子缓慢下降至气柱高L2=2cm后达到稳定状态，此过程中环境温度保持T=300K不变。已知大气压强，重力加速度，汽缸始终保持竖直。求： （1）求该同学坐到椅子上后，稳定状态时汽缸中气体压强； （2）若该同学仍然原姿势坐在椅子上，为使气柱高度缓慢增大到L3=3cm，可使环境温度升高，若此过程中气体内能增加了∆U=20J，求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q； （3）若使用一段时间后，环境温度仍然为300K，缸内漏出一部分气体，该椅子未坐人稳定时测得气柱高变为L4=16cm，求漏出气体的质量∆m与原来汽缸中气体质量m的比值。 【答案】（1）；（2）26J；（3） 【详解】（1）该同学坐到椅子上前，气体压强 根据 得稳定状态时汽缸中气体压强 （2）气柱高度缓慢增大到 L3=3cm 气体对外做功 根据 得该过程中缸内气体从外界吸收的热量 （3）漏出气体的质量∆m与原来汽缸中气体质量m的比值 / 学科网（北京）股份有限公司 $$