第1节 热力学第一定律（分层作业）物理鲁科版选择性必修第三册

1．热力学第一定律 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、热力学第一定律的基本应用 1 二、热力学第一定律与气体图像 2 三、热力学第一定律与气体定律 5 【拓思维·重难突破】 7 【链高考·精准破局】 8 一、热力学第一定律的基本应用 1.如图所示，玻璃杯盖上杯盖时密封良好，初始时杯内气体压强等于外界大气压强，杯内气体视为理想气体，现将玻璃杯放入消毒柜高温消毒，杯内封闭气体的温度缓慢升高，关于此过程下列说法正确的是（　　） A．外界对杯内气体做功 B．杯内气体从外界吸收热量 C．杯内所有气体分子的运动速率均增大 D．杯内气体分子单位时间内碰撞单位面积器壁的次数减少 2.如图甲所示，“竹筒炮”是一种深受80后小时候喜爱的自制玩具，其原理如图乙所示，一两端开口、横截面积的圆竹管，A、B处分别用湿纸团1、2塞紧，将管中空气密封。初始时管内压强与大气压相同，用细木棍将湿纸团1从A处向右快速推动至处时，湿纸团2恰好开始向右运动。已知湿纸团2在B处与竹筒间最大静摩擦力为，大气压强为，若管中密闭空气视为理想气体，快速推动湿纸团1的过程视为绝热过程，则湿纸团1被推至处时管内气体（　　） A．压强为 B．压强为 C．温度与初始时相同 D．温度比初始时更低 3.海底火山活跃的海域，火山附近的海水加热形成水蒸气从而产生气泡。气泡从海底浮上水面的过程中，温度下降，压强减小，体积减小。若气泡中的水蒸气不液化，且可视作一定质量的理想气体。下列说法正确的是（　　） A．水蒸气对外做功，内能增加 B．水蒸气对外做功，内能减小 C．水蒸气放出的热量大于内能的减少量 D．水蒸气放出的热量小于内能的减少量 4.曾同学去西藏旅行时，发现从低海拔地区买的密封包装的零食，到了高海拔地区时出现了严重的鼓包（体积膨胀）现象，如图所示。假设零食袋里密封的气体可视为理想气体，从低海拔地区到高海拔地区的过程中温度保持不变，高海拔地区的大气压强显著小于低海拔地区的大气压强，下列说法正确的是（　　） A．袋内气体的压强增大 B．零食袋中气体分子的平均动能减小 C．从低海拔地区到高海拔地区的过程中，袋内气体从外界吸收了热量 D．从低海拔地区到高海拔地区的过程中，外界对气体做正功 5.我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔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 6.济南趵突泉是中国著名的风景名胜，泉水一年四季恒定在18℃左右。严冬，水面上水气袅袅，像一层薄薄的烟雾，一边是泉池幽深，波光粼粼，一边是楼阁彩绘，雕梁画栋，构成了一幅奇妙的人间仙境。在水底有很多小孔冒出微小气泡，可以看到气泡在缓慢上升过程中体积逐渐变大且没有破裂。假设初始时小气泡（可视为理想气体）体积，气泡上升过程中内外压强相同。已知泉水水深，大气压强，水的密度，重力加速度g取。 (1)求气泡到达水面时的体积； (2)已知气泡上升过程中对外界做功，判断气泡是吸热还是放热，并求出热量的数值。 二、热力学第一定律与气体图像 7.一定质量的理想气体，从状态经、变化到状态的变化过程图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知状态温度为400K，从状态至状态气体吸收了320J的热量，下列说法正确的是（　　） A．B状态的温度为600K B．从状态到状态的过程中，气体温度不变 C．从状态到状态的过程中，气体内能增加了240J D．从状态至状态整个过程中，气体对外做功17.5J 8.一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．在过程中，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 B．在过程中，气体向外界放热 C．在过程中，气体吸收的热量小于 D．气体在一个循环过程中吸收的热量等于 9.一定质量的理想气体从状态a变化到状态c，其过程如p-T图像所示。在该过程中（　　） A．a到b过程中，气体体积不变 B．a到b过程中，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功 C．b到c过程中，外界对气体做功 D．b到c过程中，气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 10.一定质量的理想气体从状态开始，经历变化过程 到达状态的关系图像如图所示。已知气体在状态时的压强为，图线、cd的延长线均过坐标原点，下列说法正确的是（　　） A．理想气体在状态时的压强为 B．过程气体的温度升高，所有分子的速率都增大 C．理想气体在状态时单位时间内撞击容器壁单位面积的分子数是状态时的2倍 D．变化过程气体从外界吸收的热量等于内能的增加量 11.一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 12.池塘水面温度为，一个体积为的气泡从深度为的池塘底部缓慢上升至水面，其压强随体积的变化图象如图所示，气泡由状态变化到状态。若气体做功可由其中为气体的压强，为气体体积的变化量来计算，取重力加速度，水的密度为，水面大气压强，气泡内气体看作是理想气体，试计算： 池底的温度； 气泡从池塘底部上升至水面的过程中内能增加，则气泡内气体要吸收多少热量？ 三、热力学第一定律与气体定律 13.建筑工地上工人用液态金属浇筑一个金属立柱时，由于工艺缺陷在柱体内部浅层形成了一个不规则的空腔，为修补空腔需要测出空腔的体积，在金属立柱上打一个小孔，用细管将空腔内部与一个封闭的汽缸相连通（如图所示）、做好密封使空腔、汽缸、细管内部组成一个密闭的空间。汽缸上部由横截面积的活塞密封，初始状态汽缸内封闭的气体体积为10L。现对活塞施加一个竖直向下的变力F，使活塞缓慢下移，当汽缸内气体体积变为7L时，外力F的大小为20N，上述过程中外力F做的功W1＝28J。已知外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，不计活塞质量、活塞与汽缸间的摩擦力、细管中气体的体积，大气压强。求： (1)金属立柱内空腔的体积； (2)汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，封闭气体与外界热交换是吸热还是放热，热量是多少？ 14.如图，下端开口的薄壁圆柱形容器（导热性能良好）竖立在水面上，其上部封闭有一定质量的理想气体。当环境温度为T1时，容器底部与水面间的高度差为h1，容器内外水面间的高度差为h2；当环境温度升高到T2（未知）时，容器上升的高度为h，此过程中气体从环境中吸收的热量为Q。容器的横截面积为S，已知大气压强始终保持p0不变，水的密度为ρ，当地的重力加速度为g。【提示：环境温度升高过程中，因薄壁管浮力忽略不计，且薄壁管受重力和大气压力不变，则可判断管内气体发生的什么变化。】求： (1)初状态时容器内部气体压强p； (2)环境温度T2； (3)环境温度从T1升高到T2过程中，气体内能的变化量ΔU。 15.如图所示，固定的汽缸内有一自由移动的“T”型活塞，质量为，活塞体积、与汽缸间的摩擦均可忽略不计，距汽缸底部处连接一形管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离汽缸底部为，两边水银柱存在高度差。已知汽缸横截面积为，活塞竖直部分长为 ，大气压强为，重力加速度。求： (1)初始时，汽缸内封闭气体的压强为多大； (2)若气体的内能与热力学温度成正比，初始时该气体内能，现使气体温度缓慢降低，当两水银面相平时气体对外放出的热量。 16.玩具气枪的核心动力来源于气体的压缩与释放。当密闭空间内的空气被压缩时，内部压强增大，撤除外力后压缩气体迅速膨胀，推动弹丸高速射出。某研究小组想研究气枪子弹的速度变化及功能转化。实验时把枪管水平固定，枪管一端封闭，另一端与外界大气连通，枪管中空部分粗细均匀，横截面积为，其简化结构如题图1所示。通过传感器测量，绘制出子弹速度v与封闭气柱长度x的函数关系曲线，如题图2所示。子弹刚开始运动时，封闭气柱长度为，此时封闭气体温度为，压强为。当子弹速度最大时，封闭气柱长度为。塑料子弹质量为m＝2g，子弹与枪管间气密性良好，不计摩擦，外界大气压恒为。 (1)子弹速度达到最大时，封闭气体的温度为多少？ (2)子弹从开始运动到获得最大速度的过程中，子弹克服外界大气做的功为多少？ (3)已知枪管内封闭气体内能U与热力学温度T满足（，式中，则 ①若忽略封闭气体与外界热交换，求子弹的最大速度； ②实际情况封闭气体和外界会有热交换，实验测得，判断子弹从开始运动到获得最大速度的过程中，封闭气体是吸热还是放热？吸（或放）热为多少？ 17.“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”比赛项目。某同学在容积为V且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ的矿泉水，拧紧瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度v₀，瓶内气体温度从T下降至。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间： (1)瓶内气体的压强； (2)瓶内内能变化。 18.如图所示，“工”字型支架A固定在水平地面上，支架上端为一截面积的圆柱形活塞，活塞与质量导热圆柱形汽缸B间封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。已知环境温度，封闭气体的长度，外界大气压强。 (1)环境温度时，求封闭气体的压强p； (2)当环境温度缓慢变为时，汽缸的机械能减少，气体内能减少，求： ①环境温度； ②判断该过程汽缸内气体是吸热还是放热？求热量的大小Q。 19.如图甲所示，有一开口向上，高度为、底面积为S的绝热气缸固定在水平面上，气缸内部有加热装置，在缸的正中间和缸口处有固定卡环，绝热活塞可以在两个卡环之间无摩擦运动。将一定质量的理想气体封闭在活塞下方，开始时封闭气体的温度为，压强等于外界大气压强，重力加速度为。现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程，图中标出的量为已知量。 (1)从过程，封闭气体吸收的热量为，求该过程封闭气体内能的变化量； (2)过程封闭气体温度的改变量。 20.如图是某超重报警装置示意图，它由导热性能良好的密闭汽缸、固定有平台的活塞、报警电路组成，当活塞下移两触点接触时，电路发出超重报警。已知活塞与平台的总质量为，活塞横截面积为，弹簧长为，大气压为。平台不放物体，在环境温度为时，活塞距汽缸底高为。设重力加速度为，不考虑活塞与汽缸间摩擦，忽略上触点与活塞之间的距离，汽缸内气体视为理想气体。 (1)轻放重物，活塞缓慢下移，求刚好触发超重预警时所放重物的质量。 (2)不放重物，若外界温度缓慢降低，从图示位置到刚触发超重预警过程，气体向外界放出热量，求气体内能的变化。 21.（2025·江苏·高考真题）如图所示，取装有少量水的烧瓶，用装有导管的橡胶塞塞紧瓶口，并向瓶内打气。当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出后，瓶内气体（　　） A．内能迅速增大 B．温度迅速升高 C．压强迅速增大 D．体积迅速膨胀 22.（2025·北京·高考真题）我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体（　　） A．压强变小 B．对外界不做功 C．内能保持不变 D．分子平均动能增大 23.（2025·湖北·高考真题）如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．外力F保持不变 B．密封气体内能增加 C．密封气体对外做正功 D．密封气体的末态压强是初态的2倍 24.（2025·甘肃·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是（　　） A．A→B过程为吸热过程 B．B→C过程为吸热过程 C．状态A压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 25.（2025·山东·高考真题）如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，时，气柱高度为，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至时，保持温度不变，活塞不再下降。求： (1)时，气柱高度； (2)从状态到状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q（扣除放热后净吸收的热量）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 1．热力学第一定律 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、热力学第一定律的基本应用 1 二、热力学第一定律与气体图像 4 三、热力学第一定律与气体定律 8 【拓思维·重难突破】 11 【链高考·精准破局】 14 一、热力学第一定律的基本应用 1.如图所示，玻璃杯盖上杯盖时密封良好，初始时杯内气体压强等于外界大气压强，杯内气体视为理想气体，现将玻璃杯放入消毒柜高温消毒，杯内封闭气体的温度缓慢升高，关于此过程下列说法正确的是（　　） A．外界对杯内气体做功 B．杯内气体从外界吸收热量 C．杯内所有气体分子的运动速率均增大 D．杯内气体分子单位时间内碰撞单位面积器壁的次数减少 【答案】B 【详解】AB．因气体体积不变，则外界对杯内气体不做功，则W=0；气体温度升高，则内能增加，根据，可知Q>0，即杯内气体从外界吸收热量，选项A错误，B正确； C．杯内气体温度升高，分子平均速率变大，但并非所有气体分子的运动速率均增大，选项C错误； D．气体体积不变，温度升高，由理想气体状态方程可知气体压强变大，则分子数密度不变，分子平均速率变大，则杯内气体分子单位时间内碰撞单位面积器壁的次数增加，选项D错误。故选B。 2.如图甲所示，“竹筒炮”是一种深受80后小时候喜爱的自制玩具，其原理如图乙所示，一两端开口、横截面积的圆竹管，A、B处分别用湿纸团1、2塞紧，将管中空气密封。初始时管内压强与大气压相同，用细木棍将湿纸团1从A处向右快速推动至处时，湿纸团2恰好开始向右运动。已知湿纸团2在B处与竹筒间最大静摩擦力为，大气压强为，若管中密闭空气视为理想气体，快速推动湿纸团1的过程视为绝热过程，则湿纸团1被推至处时管内气体（　　） A．压强为 B．压强为 C．温度与初始时相同 D．温度比初始时更低 【答案】B 【详解】AB. 对湿纸团2分析可知 解得压强为，选项A错误，B正确； CD. 气体绝热，则Q=0，体积减小，则W>0，根据热力学第一定律可知 可知温度比初始时更高，选项CD错误。 故选B。 3.海底火山活跃的海域，火山附近的海水加热形成水蒸气从而产生气泡。气泡从海底浮上水面的过程中，温度下降，压强减小，体积减小。若气泡中的水蒸气不液化，且可视作一定质量的理想气体。下列说法正确的是（　　） A．水蒸气对外做功，内能增加 B．水蒸气对外做功，内能减小 C．水蒸气放出的热量大于内能的减少量 D．水蒸气放出的热量小于内能的减少量 【答案】C 【详解】气泡上升时温度下降，内能减少（ΔU<0）。体积减小，外界对气体做功（W>0）。根据热力学第一定律ΔU=Q+W得Q=ΔU−W因ΔU为负，W为正，则Q<0故Q的绝对值|Q|=|ΔU|+W即水蒸气放出的热量大于内能的减少量。故选C。 4.曾同学去西藏旅行时，发现从低海拔地区买的密封包装的零食，到了高海拔地区时出现了严重的鼓包（体积膨胀）现象，如图所示。假设零食袋里密封的气体可视为理想气体，从低海拔地区到高海拔地区的过程中温度保持不变，高海拔地区的大气压强显著小于低海拔地区的大气压强，下列说法正确的是（　　） A．袋内气体的压强增大 B．零食袋中气体分子的平均动能减小 C．从低海拔地区到高海拔地区的过程中，袋内气体从外界吸收了热量 D．从低海拔地区到高海拔地区的过程中，外界对气体做正功 【答案】C 【详解】A．根据气体的等温变化规律可知，袋内气体压强减小，选项A错误； B．温度不变，则零食袋中气体分子的平均动能不变，选项B错误； CD．从低海拔地区到高海拔地区的过程中，袋内气体对外界做正功，袋内气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，袋内气体从外界吸收了热量，选项C正确、D错误。故选C。 5.我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔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】C 【详解】C、艇内气体温度降低，气体内能减少，故C正确； 、上浮过程中，艇内气体体积和质量不变，根据可知气体不做功，由热力学第一定律得，可知，艇内气体放出热量，故AD错误； B、根据一定质量理想气体状态方程，可知气体温度降低，体积不变，压强降低，故B错误。 故选。 6.济南趵突泉是中国著名的风景名胜，泉水一年四季恒定在18℃左右。严冬，水面上水气袅袅，像一层薄薄的烟雾，一边是泉池幽深，波光粼粼，一边是楼阁彩绘，雕梁画栋，构成了一幅奇妙的人间仙境。在水底有很多小孔冒出微小气泡，可以看到气泡在缓慢上升过程中体积逐渐变大且没有破裂。假设初始时小气泡（可视为理想气体）体积，气泡上升过程中内外压强相同。已知泉水水深，大气压强，水的密度，重力加速度g取。 (1)求气泡到达水面时的体积； (2)已知气泡上升过程中对外界做功，判断气泡是吸热还是放热，并求出热量的数值。 【答案】(1)(2)吸热， 【详解】（1）气泡在深度时，压强为 解得 水温不变，根据玻意耳定律有 解得 （2）温度不变，内能不变，根据热力学第一定律有 体积变大，气泡上升过程中对外界做功，则有 解得气泡从外界吸收热量 二、热力学第一定律与气体图像 7.一定质量的理想气体，从状态经、变化到状态的变化过程图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知状态温度为400K，从状态至状态气体吸收了320J的热量，下列说法正确的是（　　） A．B状态的温度为600K B．从状态到状态的过程中，气体温度不变 C．从状态到状态的过程中，气体内能增加了240J D．从状态至状态整个过程中，气体对外做功17.5J 【答案】C 【详解】A．根据其中的可解得，故A错误； B．因为状态的pV乘积大于状态，则从状态到状态的过程中温度降低，故B错误； C．从状态到状态的过程中，气体吸收了320J的热量，同时气体对外做功由热力学第一定律可知气体内能增加了240J，故C正确； D．因图像与横轴所围的面积表示功，则从状态至状态整个过程中，气体对外做功 ，故D错误。故选C。 8.一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．在过程中，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 B．在过程中，气体向外界放热 C．在过程中，气体吸收的热量小于 D．气体在一个循环过程中吸收的热量等于 【答案】C 【详解】将题中的图像转化为 图像如图所示 A．在a→b过程中，气体压强不变，根据理想气体状态方程有体积减小，则温度降低，则分子的平均动能减小，即平均撞击力减小，故单位时间与单位面积器壁碰撞的分子数增多，故A错误； B．在b→c过程中，气体做等容变化，体积不变，压强增大，根据理想气体状态方程可知，温度升高，气体内能增大，由热力学第一定律有由于气体体积不变，做功为0，可知，气体增加的内能等于从外界吸收的热量，故B错误； C．在过程中，由可得由于图像过程图像的延长线过原点，此过程为等温变化，体积增大，气体对外做功，气体内能不变，故气体吸收的热量等于气体对外界所做的功，根据图像与坐标轴所围面积表示做功大小可知，再此过程中气体对外界做的功故C正确； D．同理在一个循环过程中，内能不变，气体对外做功等于吸收的热量，而对外做的功 故D错误。故选C。 9.一定质量的理想气体从状态a变化到状态c，其过程如p-T图像所示。在该过程中（　　） A．a到b过程中，气体体积不变 B．a到b过程中，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功 C．b到c过程中，外界对气体做功 D．b到c过程中，气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 【答案】B 【详解】A．根据，因a点与坐标原点连线的斜率比b较大，可知a态体积较小，即a到b过程中，气体体积变大，选项A错误； B．a到b过程中，气体体积变大，气体对外做功，即W<0；气体温度升高，内能变大，即∆U>0，根据可知，气体从外界吸收的热量Q大于气体对外界做的功W，选项B正确； C．b到c过程中，气体温度不变，压强减小，则体积变大，气体对外界做功，选项C错误； D．b到c过程中，气体内能不变，则气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功，选项D错误。 故选B。 10.一定质量的理想气体从状态开始，经历变化过程 到达状态的关系图像如图所示。已知气体在状态时的压强为，图线、cd的延长线均过坐标原点，下列说法正确的是（　　） A．理想气体在状态时的压强为 B．过程气体的温度升高，所有分子的速率都增大 C．理想气体在状态时单位时间内撞击容器壁单位面积的分子数是状态时的2倍 D．变化过程气体从外界吸收的热量等于内能的增加量 【答案】D 【详解】A．根据理想气体状态方程可知在图像中过原点的倾斜直线反映的是理想气体等压变化的规律，即，，由于过程为等容变化过程，根据查理定律可知理想气体在状态时的压强为，故A错误； B．过程气体的温度升高，分子运动的平均速率增大，但不是所有分子的速率都增大，故B错误； C．根据以上分析可知，状态的压强为状态压强的2倍，由于过程温度升高，分子的平均动能变大，分子的平均撞击力也变大，则气体在状态单位时间内撞击容器壁单位面积的分子数一定小于状态时的2倍，故C错误； D．变化过程，外界对气体做的总功为根据热力学第一定律可知，变化过程气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，故D正确。故选D。 11.一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。 12.池塘水面温度为，一个体积为的气泡从深度为的池塘底部缓慢上升至水面，其压强随体积的变化图象如图所示，气泡由状态变化到状态。若气体做功可由其中为气体的压强，为气体体积的变化量来计算，取重力加速度，水的密度为，水面大气压强，气泡内气体看作是理想气体，试计算： 池底的温度； 气泡从池塘底部上升至水面的过程中内能增加，则气泡内气体要吸收多少热量？ 【答案】（1）7℃（2）0.5J 【详解】气泡在池底时压强 由理想气体状态方程得 解得 即池底温度 由图可知，气泡在上升过程中平均压强 由  得气体做的功 解得 由热力学第一定律得气体吸收的热量= 三、热力学第一定律与气体定律 13.建筑工地上工人用液态金属浇筑一个金属立柱时，由于工艺缺陷在柱体内部浅层形成了一个不规则的空腔，为修补空腔需要测出空腔的体积，在金属立柱上打一个小孔，用细管将空腔内部与一个封闭的汽缸相连通（如图所示）、做好密封使空腔、汽缸、细管内部组成一个密闭的空间。汽缸上部由横截面积的活塞密封，初始状态汽缸内封闭的气体体积为10L。现对活塞施加一个竖直向下的变力F，使活塞缓慢下移，当汽缸内气体体积变为7L时，外力F的大小为20N，上述过程中外力F做的功W1＝28J。已知外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，不计活塞质量、活塞与汽缸间的摩擦力、细管中气体的体积，大气压强。求： (1)金属立柱内空腔的体积； (2)汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，封闭气体与外界热交换是吸热还是放热，热量是多少？ 【答案】(1)8L(2)放热，328J 【详解】（1）以整体气体为研究对象，根据玻意耳定律有 代入数据解得 （2）外力F做的功，汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，大气压力对封闭气体做功 外力对封闭气体做功外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，则内能不变，根据热力学第一定律，可知解得则汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量。 14.如图，下端开口的薄壁圆柱形容器（导热性能良好）竖立在水面上，其上部封闭有一定质量的理想气体。当环境温度为T1时，容器底部与水面间的高度差为h1，容器内外水面间的高度差为h2；当环境温度升高到T2（未知）时，容器上升的高度为h，此过程中气体从环境中吸收的热量为Q。容器的横截面积为S，已知大气压强始终保持p0不变，水的密度为ρ，当地的重力加速度为g。【提示：环境温度升高过程中，因薄壁管浮力忽略不计，且薄壁管受重力和大气压力不变，则可判断管内气体发生的什么变化。】求： (1)初状态时容器内部气体压强p； (2)环境温度T2； (3)环境温度从T1升高到T2过程中，气体内能的变化量ΔU。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）初状态时容器内部气体压强 （2）对容器受力分析得解得环境温度从T1升高到T2过程中，大气压强p0、容器质量m均不变，则容器内部气体压强p不变，并且h2不变；初状态：T1，末状态：由盖吕萨克定律有代入数据解得 （3）该过程中外界对气体所做的功由热力学第一定律解得。 15.如图所示，固定的汽缸内有一自由移动的“T”型活塞，质量为，活塞体积、与汽缸间的摩擦均可忽略不计，距汽缸底部处连接一形管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离汽缸底部为，两边水银柱存在高度差。已知汽缸横截面积为，活塞竖直部分长为 ，大气压强为，重力加速度。求： (1)初始时，汽缸内封闭气体的压强为多大； (2)若气体的内能与热力学温度成正比，初始时该气体内能，现使气体温度缓慢降低，当两水银面相平时气体对外放出的热量。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）对活塞受力分析，根据平衡条件有代入相关已知数据，解得 （2）两水银面相平时气体压强，刚开始降低温度时气体做等压变化，当“T”型活塞已经触底后做等容变化，则气体体积，根据理想气体状态方程解得气体的内能与热力学温度成正比，时该气体内能，则此时气体内能这一过程外界对气体做功解得根据热力学第一定律可得解得，即气体放出的热量为。 16.玩具气枪的核心动力来源于气体的压缩与释放。当密闭空间内的空气被压缩时，内部压强增大，撤除外力后压缩气体迅速膨胀，推动弹丸高速射出。某研究小组想研究气枪子弹的速度变化及功能转化。实验时把枪管水平固定，枪管一端封闭，另一端与外界大气连通，枪管中空部分粗细均匀，横截面积为，其简化结构如题图1所示。通过传感器测量，绘制出子弹速度v与封闭气柱长度x的函数关系曲线，如题图2所示。子弹刚开始运动时，封闭气柱长度为，此时封闭气体温度为，压强为。当子弹速度最大时，封闭气柱长度为。塑料子弹质量为m＝2g，子弹与枪管间气密性良好，不计摩擦，外界大气压恒为。 (1)子弹速度达到最大时，封闭气体的温度为多少？ (2)子弹从开始运动到获得最大速度的过程中，子弹克服外界大气做的功为多少？ (3)已知枪管内封闭气体内能U与热力学温度T满足（，式中，则 ①若忽略封闭气体与外界热交换，求子弹的最大速度； ②实际情况封闭气体和外界会有热交换，实验测得，判断子弹从开始运动到获得最大速度的过程中，封闭气体是吸热还是放热？吸（或放）热为多少？ 【答案】(1)225K(2)2J(3)①20m/s；②吸热，0.084J 【详解】（1）当子弹速度达到最大时，封闭气体压强与外界大气压强相等，则有 解得 （2）此过程子弹克服外界大气做的功，解得 （3）①对封闭气体，若忽略封闭气体与外界热交换，则有Q＝0根据，得 根据热力学第一定律，解得对子弹，由动能定理得，解得 ②对子弹，由动能定理得，解得对封闭气体，由①得，解得Q＝＋0.084J即封闭气体吸收热量为0.084J。 17.“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”比赛项目。某同学在容积为V且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ的矿泉水，拧紧瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度v₀，瓶内气体温度从T下降至。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间： (1)瓶内气体的压强； (2)瓶内内能变化。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）由理想气体状态方程可得 解得 （2）由于饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出矿泉水瓶，该过程近似看作动量守恒，有 外界对气体做功为 其中 由热力学第一定律可得 由于时间极短，热交换为 联立解得。 18.如图所示，“工”字型支架A固定在水平地面上，支架上端为一截面积的圆柱形活塞，活塞与质量导热圆柱形汽缸B间封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。已知环境温度，封闭气体的长度，外界大气压强。 (1)环境温度时，求封闭气体的压强p； (2)当环境温度缓慢变为时，汽缸的机械能减少，气体内能减少，求： ①环境温度； ②判断该过程汽缸内气体是吸热还是放热？求热量的大小Q。 【答案】(1)(2)①；②气体对外放热； 【详解】（1）分析汽缸的受力得 解得 （2）①汽缸机械能减少，由 解得 封闭气体做等压变化，由盖-吕萨克定律得 解得 ②汽缸对气体做的功为 由热力学第一定律得 联立，解得 所以，气体对外放热，热量的大小。 19.如图甲所示，有一开口向上，高度为、底面积为S的绝热气缸固定在水平面上，气缸内部有加热装置，在缸的正中间和缸口处有固定卡环，绝热活塞可以在两个卡环之间无摩擦运动。将一定质量的理想气体封闭在活塞下方，开始时封闭气体的温度为，压强等于外界大气压强，重力加速度为。现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程，图中标出的量为已知量。 (1)从过程，封闭气体吸收的热量为，求该过程封闭气体内能的变化量； (2)过程封闭气体温度的改变量。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）根据理想气体状态方程 得 过原点的图线斜率不变时，体积不变，可知只有在过程中气体对外做功 由热力学第一定律有 所以该气体内能的变化量为 （2）状态，体积，压强，温度 状态，体积，压强 由理想气体状态方程有 联立以上各式解得 20.如图是某超重报警装置示意图，它由导热性能良好的密闭汽缸、固定有平台的活塞、报警电路组成，当活塞下移两触点接触时，电路发出超重报警。已知活塞与平台的总质量为，活塞横截面积为，弹簧长为，大气压为。平台不放物体，在环境温度为时，活塞距汽缸底高为。设重力加速度为，不考虑活塞与汽缸间摩擦，忽略上触点与活塞之间的距离，汽缸内气体视为理想气体。 (1)轻放重物，活塞缓慢下移，求刚好触发超重预警时所放重物的质量。 (2)不放重物，若外界温度缓慢降低，从图示位置到刚触发超重预警过程，气体向外界放出热量，求气体内能的变化。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）对汽缸内气体，等温过程，根据玻意耳定律 对活塞，不放物体时 放重物后 解得 （2）温度降低过程，等压变化，外界对气体做功 由热力学第一定律 解得 21.（2025·江苏·高考真题）如图所示，取装有少量水的烧瓶，用装有导管的橡胶塞塞紧瓶口，并向瓶内打气。当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出后，瓶内气体（　　） A．内能迅速增大 B．温度迅速升高 C．压强迅速增大 D．体积迅速膨胀 【答案】D 【详解】瓶塞跳出的过程中瓶内的气体对外做功，气体体积迅速膨胀，由于该过程的时间比较短，可知气体来不及吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，则温度降低，由理想气体状态方程可知，气体压强减小。 故选D。 22.（2025·北京·高考真题）我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体（　　） A．压强变小 B．对外界不做功 C．内能保持不变 D．分子平均动能增大 【答案】D 【详解】C．猛推推杆压缩筒内气体，气体未来得及与外界发生热交换，气体被压缩，体积减小，则外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，故C错误； A．气体内能增大，故其温度增大，体积减小，根据理想气体状态方程，则气体压强增大，故A错误； B．气体被压缩，体积减小，则气体对外界做负功，故B错误； D．气体温度增大，则分子平均动能增大，故D正确。 故选D。 23.（2025·湖北·高考真题）如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．外力F保持不变 B．密封气体内能增加 C．密封气体对外做正功 D．密封气体的末态压强是初态的2倍 【答案】B 【详解】A．气体温度升高，体积减小，根据 气体压强变大，则外力F增加，选项A错误； B．气体温度升高，则气体内能变大，即∆U增加，选项B正确； C．气体体积减小，则外界对气体做功，选项C错误； D．根据 热力学温度变为原来的2倍，体积减小，则气体压强大于原来的2倍，选项D错误。 故选B。 24.（2025·甘肃·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是（　　） A．A→B过程为吸热过程 B．B→C过程为吸热过程 C．状态A压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 【答案】ACD 【详解】A．A→B过程，体积不变，则W=0，温度升高，则∆U>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q 可知Q>0，即该过程吸热，选项A正确； B ．B→C过程，温度不变，则∆U=0，体积减小，则W>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q 可知Q<0，即该过程为放热过程，选项B错误； C ．A→B过程，体积不变，温度升高，根据 可知，压强变大，即状态A压强比状态B压强小，选项C正确； D．状态A的温度低于状态C的温度，可知状态A的内能比状态C的小，选项D正确。 故选ACD。 25.（2025·山东·高考真题）如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，时，气柱高度为，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至时，保持温度不变，活塞不再下降。求： (1)时，气柱高度； (2)从状态到状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q（扣除放热后净吸收的热量）。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）活塞开始缓慢上升，由受力平衡 可得封闭的理想气体压强 升温过程中，等压膨胀，由盖-吕萨克定律 解得 （2）升温过程中，等压膨胀，外界对气体做功 降温过程中，等容变化，外界对气体做功 活塞受力平衡有 解得封闭的理想气体压强 降温过程中，等压压缩，由盖-吕萨克定律 解得 外界对气体做功 整个过程中外界对气体做功 因为，故封闭的理想气体总内能变化 利用热力学第一定律 解得 故封闭气体吸收的净热量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $