第3章 专题强化练4 热力学第一定律与气体实验定律的综合（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

专题强化练4　热力学第一定律与气体实验定律的综合 题组一　热力学第一定律与图像的综合 1.(2025北京海淀二模)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,沿图示路径经状态b、c再回到状态a,其中,图线bc平行于纵轴、图线ac平行于横轴。下列说法正确的是(　　) A.从a到b,气体对外界做功 B.从b到c,气体温度保持不变 C.从c到a,气体内能减小 D.从c到a,气体从外界吸热 2.(多选题)(2024福建福州二中期末)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再到状态C,最后回到状态A,其状态变化过程的p-T图像如图所示。已知该气体在状态A时的体积为2×10-3 m3,下列说法正确的是(　　) A.气体在状态A时的密度大于在状态C时的密度 B.气体从状态A到状态B的过程中从外界吸收热量 C.气体在状态B时的体积为6×10-3 m3 D.气体从状态B到状态C再到状态A的过程中向外放出400 J热量 3.(2024山东青岛期中)一定质量的理想气体从状态A缓慢经过状态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O点,气体在状态A时的压强为p0,下列说法正确的是(　　) A.A→B过程中气体向外界放热 B.B→C过程中气体从外界吸收的热量小于p0V0 C.C→D过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数减少 D.D→A过程中气体的温度升高了 4.(2024四川成都期末)汽车搭载空气悬挂有助于提升汽车的舒适性。某国产汽车的空气悬挂由空气弹簧与避震桶芯组成,某次测试中,空气弹簧内密封有一定质量的理想气体,其压缩和膨胀过程可简化为如图所示的p-V图像。气体从状态A(pA,1.5V0,T0)等温压缩到状态B(2p0,V0,T0),然后从状态B绝热膨胀到状态C(p0,1.5V0,TC),B到C过程中气体对外界做功为W,已知p0、V0、T0和W。求: (1)状态A的压强pA; (2)状态C的温度TC; (3)A到C全过程,空气弹簧内的气体内能变化量。 题组二　热力学第一定律与气体实验定律的综合 5.(2024四川绵阳期末)小梁同学为家里的蔬菜大棚设计了一个气体温度计。在一个空易拉罐中插入一根两端开口、粗细均匀的透明玻璃管,接口用蜡密封,在玻璃管内有一小段油柱,构成一个简易的“温度计”。如图所示,将“温度计”竖直放置,当外界温度为t1=27 ℃时,油柱在A位置,当外界温度缓慢降低到t2=24 ℃时,油柱降低到B位置。已知外界大气压强为p0=1.0×105 Pa,A、B间的高度差为Δh=20 cm,玻璃管内部的横截面积为S=0.25 cm2,该过程中油柱与易拉罐间封闭的气体放出的热量为Q=2.44 J。封闭气体可视为理想气体,不计油柱的重力,易拉罐导热性能良好。求: (1)油柱在A位置时封闭气体的体积V; (2)该过程中封闭气体的内能的变化量ΔU。 6.(2025四川开学联考)生物实验中,常用密闭加热法灭活病毒。其原理如图,一底部水平的圆柱形绝热容器内,用厚度不计的绝热活塞密封一定质量且混有某种病毒的空气(视为理想气体)。某次实验中,给电阻丝通电对气体加热,恰好使活塞无摩擦地从距底部h=5 cm处缓慢升至距底部H=10 cm处,此后立即断电进行后续检测。已知加热前的气体温度T0=300 K,大气压强p0=1×105 Pa,活塞质量m=0.6 kg,横截面积S=100 cm2,重力加速度g取10 m/s2。求: (1)停止加热时,气体的温度T; (2)加热过程中,气体对外做的功W。 7.(2025四川成都二诊)一乒乓球的内部气体可视为理想气体,温度为T1,压强为p0。现乒乓球发生形变后体积减小了。已知乒乓球内部气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU=CΔT,C为已知常数。 (1)若乒乓球形变过程温度不变,求形变后乒乓球内部气体的压强p1; (2)为使乒乓球恢复原状,将乒乓球放入热水中,如图所示。 Ⅰ.若乒乓球内部气体被热水加热至T2时形变开始恢复,求此时气体压强p2; Ⅱ.若乒乓球从开始恢复到完全复原的过程中,内部气体温度从T2上升至T3,吸收的热量为Q,求该过程乒乓球内部气体对外做的功W。 答案与分层梯度式解析 1.D　从a到b,气体体积减小,外界对气体做功,A错误;从b到c,气体体积不变,压强减小,根据=C可知温度降低,B错误;从c到a,气体压强不变,体积增大,根据=C可知温度升高,气体内能增加,C错误;从c到a,气体体积增大,气体对外界做功,而气体内能增加,根据热力学第一定律DU=Q+W,可知气体从外界吸热,D正确。 2.BCD　根据p=T,知气体在A、C两状态的体积相同,则气体在状态A时的密度等于在状态C时的密度,A错误。气体从状态A到状态B,温度不变,内能不变,压强减小,则体积变大,气体对外做功,由热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,B正确。气体从状态A到状态B有pAVA=pBVB,在状态B时的体积为VB== m3=6×10-3 m3,C正确。气体从状态B到状态C等压降温收缩,体积减小,外界对气体做功,有W=pΔV=1×105×(6-2)×10-3 J=400 J;从状态C到状态A体积不变,则W=0,可知气体从状态B到状态C再到状态A的过程中外界对气体做功400 J,而气体在状态A、B的温度相同,内能相同,可知气体从状态B到状态C再到状态A的过程中向外放出400 J热量,D正确。 3.B　A→B是等压升温膨胀过程,气体的温度升高,内能增大,体积增大,气体对外界做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体从外界吸热,A错误;B→C是等温降压膨胀过程,气体的内能保持不变,作此过程的p-V图像如图所示,p-V图线与横轴所围面积表示气体对外界做的功,图中虚线BC下的梯形面积为p0V0,则等温线与横轴围成的面积小于p0V0,B正确;C→D是等压降温收缩过程,气体体积减小而压强不变,分子撞击器壁的平均力减小,所以气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数增加,C错误;由题图结合几何知识可知D→A过程中气体的温度升高了 - =,D错误。 方法技巧 　　(1)理想气体是否做功,取决于其体积的变化。若体积变大,则气体对外界做功(自由膨胀例外);若体积变小,则外界对气体做功;若体积不变,则做功为零。 　　(2)理想气体对外界做功时,若恒压膨胀,即压强不变时,功的计算公式为W=pΔV(p为理想气体的压强,ΔV为理想气体体积的变化量)。在p-V图像中,p-V图线下方的“面积”表示做功的多少,如图甲、乙、丙中阴影部分。 甲 乙 丙 4.答案　(1)p0　(2)T0　(3)-W 解析　(1)从A到B过程,根据玻意耳定律可得pAVA=pBVB,解得pA=p0 (2)从B到C过程,根据理想气体状态方程可知=,解得TC=T0 (3)A到B过程,ΔU1=0,B到C过程,根据热力学第一定律可知,ΔU2=-W+Q,其中Q=0 故A到C全过程气体内能变化量ΔU=ΔU1+ΔU2 联立解得ΔU=-W 5.答案　(1)500 cm3　(2)-1.94 J 解析　(1)封闭气体的变化过程为等压变化过程,由盖—吕萨克定律有= 其中T1=t1+273 K=300 K,T2=t2+273 K=297 K 解得V=500 cm3 (2)该过程中外界对封闭气体做的功为W=p0SΔh 根据热力学第一定律得ΔU=W-Q 联立解得ΔU=-1.94 J 即该过程中封闭气体的内能减少了1.94 J。 方法技巧 热力学第一定律与气体实验 定律的综合问题的处理方法 　　(1)气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体。 　　(2)解决具体问题时,分清气体的变化过程是求解问题的关键,根据不同的变化,找出相关的气体状态参量,利用相关规律解决。 　　(3)对理想气体,只要体积变化(自由膨胀除外),外界对气体(或气体对外界)做功W=pΔV;只要温度发生变化,其内能就发生变化。 　　(4)结合热力学第一定律ΔU=W+Q求解问题。 6.答案　(1)600 K　(2)50.3 J 解析　(1)加热过程,气体发生等压变化,由盖—吕萨克定律,有= 代入数据解得T=600 K (2)设气体的压强为p,对活塞分析,由平衡条件,有pS=mg+p0S 加热过程中,气体对外做的功W=pS(H-h) 代入数据联立解得W=50.3 J 7.答案　(1)p0　(2)Ⅰ.p0　Ⅱ.Q-C(T3-T2) 解析　(1)设乒乓球发生形变前的体积为V,乒乓球内部气体发生等温变化,由玻意耳定律得p0V=p1 解得p1=p0 (2)Ⅰ.该过程乒乓球内部气体发生等容变化,由查理定律得= 解得p2=p0 Ⅱ.由热力学第一定律可得ΔU=-W+Q 根据题意有ΔU=C(T3-T2) 解得W=Q-C(T3-T2) 学科网（北京）股份有限公司 $