重难点专训57 关于热力学定律与能量守恒定律的理解（福建专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

重难点专训57 关于热力学定律与能量守恒定律的理解（福建专用） 目 录 研判·模型总结 1 模拟·基础演练 2 重难·创新演练 10 研判·模型总结 类型1　热力学第一定律的理解 1．热力学第一定律的理解 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析． (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，则不发生热传递，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． 2．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加； (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加； (3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 类型2　热力学第二定律的理解 1．热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了热传递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，如气体的等温膨胀过程。 2．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。 3．热力学过程的方向性实例 4．两类永动机的比较 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 类型3　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对外或外界对气体整个过程中所做的功． 模拟·基础演练 1．如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是（　　） A．气体的温度保持不变 B．外界对气体做正功 C．气体的压强大于外界气体压强 D．气体的内能增加 【答案】D 【详解】A．用电热丝对气体加热，且气体与外界环境没有热交换，气体温度升高，A错误； B．活塞向上缓慢移动，气体体积增大，外界对气体做负功，B错误； C．活塞向上缓慢移动，可近似认为活塞受力平衡，气体的压强等于外界气体压强，C错误； D．气体温度升高，内能增加，D正确。 故选D。 2．如图，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中，设水温均匀且恒定，瓶内空气无遗漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体（　　） A．内能增加 B．向外界放热 C．对外界做正功 D．分子平均动能减小 【答案】B 【详解】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，可知气体体积减小，外界对气体做正功；由于气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热。 故选B。 3．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，该过程气体的压强p与体积V的关系如图所示，则从A到B的过程（　　） A．气体的温度降低 B．气体的内能减小 C．外界对气体做功 D．气体从外界吸收热量 【答案】D 【详解】AB．因为从A到B，气体的pV乘积变大，则气体的温度升高，内能增加，选项AB错误； C．从A到B，气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误； D．根据热力学第一定律，气体内能增加，且气体对外做功，则气体从外界吸收热量，选项D正确。 故选D。 4．如图是压力保温瓶结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体（　　） A．内能增大 B．体积增大 C．压强不变 D．温度不变 【答案】A 【详解】压缩气体时，气体体积减小，外界对气体做功，则W＞0；因为气体与外界没有热交换，则Q=0，由热力学第一定律可知：，所以ΔE＞0，气体的内能增加，温度升高，压强变大。 故选A。 5．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒．猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在压缩过程中 ( ) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，其体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 【答案】B 【详解】在压缩过程中，外界对气体做正功，气体内能增大，温度升高，压强变大，选项B正确． 6．如图所示的汽缸中封闭着一定质量的理想气体，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，活塞和汽缸都导热，活塞与汽缸间无摩擦，原先重物和活塞均处于平衡状态，因温度下降使汽缸中气体做等压变化，下列说法正确的是（  ） A．重物上升，气体放出热量 B．重物上升，气体吸收热量 C．重物下降，气体放出热量 D．重物下降，气体吸收热量 【答案】A 【详解】CD．因温度下降，T1>T2，气体做等压变化得 联立得V1>V2，即气体体积变小，活塞要向下运动，活塞将带动重物上升，故CD错误； AB．活塞压缩气体，对气体做功，气体温度升高，由于活塞和汽缸都导热，所以气体要向外放出热量，故A正确，B错误。 故选A。 7．在绝热的汽缸内封闭着质量、体积和种类都相同的两部分气体A和B（不计气体分子之间的作用力），中间用导热的固定隔板P隔开．若不导热的活塞Q在外力作用下向外移动时，下列论述正确的是 ．（填选项前的字母） A．气体A压强减小，内能不变 B．气体B压强减小，内能不变 C．气体B压强减小，内能减小 D．气体A压强不变，内能不变 【答案】C 【详解】气体B体积增大，对外做功，内能减小，温度降低，A的热量传递给B气体，Ａ的温度也降低，内能也减小，压强减小，C对； 8．（多选）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其T-V图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体压强变小 B．外界对气体做功 C．气体内能增大 D．气体向外界放热 【答案】AC 【详解】A．T-V图像过原点的直线表示等压过程，分别连接原点和a，以及原点和b点，根据， 可知，T-V图像的斜率越大，气体压强越大，从状态a到状态b的过程气体的压强逐渐减小，A正确； B．由图示可知，ab过程，气体体积变大，气体对外界做功，B错误； C．由图示可知，ab过程，气体温度升高，所以内能增大，C正确； D．根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为从状态a到状态b的过程气体内能增加，又因为气体对外做功，所以气体从外界吸收热量，D错误。 故选AC。 9．（多选）如图，静置在水平地面上的汽缸用活塞封闭一定质量的理想气体。假设外界环境温度不变，汽缸导热性能良好，活塞和汽缸之间的摩擦不计。若缓慢取走放在活塞上的细铁砂，则此过程中（　　） A．气体对外做功 B．气体内能不变 C．汽缸壁受到分子的撞击力减小 D．气体分子单位时间内对活塞的碰撞次数增多 E．气体对外做的功与系统从外界吸收的热量相等 【答案】ABE 【详解】A．缓慢取走细铁砂的过程中，因为活塞对封闭气体的压力减小，所以活塞会缓慢上升，是气体膨胀的过程，缸内气体对外做功，A正确； B．汽缸导热性良好，所以汽缸内气体温度保持不变，则内能不变，B正确； C．气体温度不变，即气体分子平均动能不变，所以汽缸壁受到分子的撞击力不变，C错误； D．根据理想气体状态方程 可知，T不变，V增大，则p减小。所以缸内气体压强减小，分子的平均动能不变，因为缸内体积增大，所以分子密度变小，则单位时间内气体对活塞的碰撞次数减少，D错误； E．根据热力学第一定律 缸内气体对外做功，W<0，汽缸内气体温度保持不变,，所以Q>0，即气体要从外界吸收热量，E正确。 故选ABE。 10．（多选）如图所示为一定质量的理想气体发生状态变化的P－V图象，图线1、2是两条等温线，A、B是等温线1上的两点，C、D是等温线2上的两点，图线AD、BC均与V轴平行，则下列说法正确的是___________． A．等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度高 B．气体从状态A变化到状态B，气体一定吸收热量 C．气体从状态B变化到状态C，气体吸收的热量比气体对外界做功多 D．气体从状态C变化到状态D，单位体积的气体分子数增大，但气体分子的平均动能不变 E．气体从状态D变化到状态A，气体放出的热量比外界对气体做功少 【答案】BCD 【详解】A项：从为等压变化，由公式可知，等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度低，故A错误； B项：气体从状态A变化到状态B，等温变化，内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：，所以气体一定吸收热量，故B正确； C项：气体从状态B变化到状态C，由A分析可知，气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：，所以气体吸收的热量比气体对外界做功多，故C正确； D项：气体从状态C变化到状态D，发生等温变化，所以分子平均动能不变，体积减小，单位体积的气体分子数增大，故D正确； E项：气体从状态D变化到状态A，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可得：，气体放出的热量比外界对气体做功多，故E错误． 故选BCD． 11．如图所示为净水器的压力桶，压力桶分为储水室和气室，气室内密封有一定质量的理想气体。当净水器制水时，水迅速进入压力桶，气体被压缩；当用户用水时，气体缓慢膨胀将水推出。假设制水过程气体与外界无热量交换，用水过程气体温度保持与环境温度相同，制水过程中，单位时间内缸壁单位面积上受到气体分子碰撞的次数__________（“增加”、“不变”或“减少”）；用水过程中，气体是__________（“吸热”、“绝热”或“放热”）过程。 【答案】 增加 吸热 【详解】[1]制水过程中，气体与外界无热量交换，则 气体被压缩，体积减小，分子密度增大，且外界对气体做功，则 根据热力学第一定律 可知气体内能增加，故温度升高，所以气体分子的平均动能增大 故在制水过程中，单位时间内缸壁单位面积上受到气体分子碰撞的次数增加； [2]用水过程中，气体温度保持与环境温度相同，内能不变，则 气体膨胀对外做功，则 根据热力学第一定律 可知，即气体必须吸收热量。 12．图甲为一气压升降椅，图乙为其模型简图，气缸与活塞间封闭有一定质量的理想气体。某同学坐上升降椅，缸内的气体被压缩，若缸内气体温度视为不变，则此过程中缸内气体的压强______（选填“变大”“变小”或“不变”），气体分子单位时间内对单位面积缸壁的碰撞次数______（选填“增加”“减少”或“不变”），气体______（选填“吸收”或“放出”）热量。 【答案】 变大 增加 放出 【详解】[1]某同学坐上升降椅，缸内的气体被压缩，体积减小，且缸内气体温度视为不变，即缸内气体发生等温变化，根据 可知压强增大； [2]温度不变，则分子的平均速率不变，由于体积减小，导致压强增大，根据压强的微观含义可知，单位时间内单位面积器壁上受到气体分子撞击的次数增加； [3]气体体积减小，外界对气体做正功，即；温度不变，则气体的内能不变，即；根据热力学第一定律 解得 可知气体放出热量。 13．一弹性健身球，球内气体的体积为110L，压强为。如图所示，某健身爱好者缓慢靠到球上，达到稳定时，球内气体体积变为100L，球内气体视为理想气体且温度不变，则球内气体压强变为______Pa，该过程外界对气体做的功______（填“大于”“小于”或“等于”）气体向外界放出的热量。 【答案】 等于 【详解】[1]气体温度不变，根据玻意耳定律有 解得 [2]气体温度不变，则气体内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，该过程外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量。 14．如图，一定质量的某种理想气体的循环由下面三个过程组成：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→1为等温过程。1→2过程中，气体分子的平均动能______。（选填“增大”“减小”或“不变”）；2→3过程中，气体______（选填“放热”或“吸热”）；3→1过程中，气体的内能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 增大 吸热 不变 【详解】[1]1→2过程为绝热压缩，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，内能增大、温度升高，气体分子的平均动能增大； [2]2→3过程为等压过程，气体体积增大，气体对外做功，根据 可知气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知气体吸热； [3]3→1为等温过程，气体温度不变，内能不变。 15．如图所示是某兴趣小组设计的“水火箭”，安装在发射架上的“水火箭”主体是一个容积为2L的饮料瓶，通过下方的活塞封闭了瓶内1L的水，此时瓶内空气压强为p0。可通过与活塞相连的打气筒向箭体内充气，打气筒每次能将压强为p0的200mL外界空气压入瓶内，当箭体内部气压达到5p0时可将活塞顶出，向后喷水，箭体被发射出去。要使火箭发射出去，至少需要打气___________次；在瓶内的水喷出的较短时间内，箭体内气体的温度将_________（选填“增大”“不变”或“减小”）。 【答案】 20 减小 【详解】[1]设至少需要打气次，根据玻意耳定律可得 其中， 解得 [2]在瓶内的水喷出的较短时间内，可认为箭体内气体与外界没来得及发生热传递，由于箭体内气体的体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，箭体内气体的内能减小，则箭体内气体的温度将减小。 重难·创新演练 16．卡诺循环是一种理想化的热力学循环，由法国工程师卡诺于1824年提出。一定质量某理想气体的卡诺循环（A→B→C→D→A）可用压强-体积（p-V）图像表示，A、B、C、D分别为四条曲线的交点。其中AB与CD为两条等温线，温度分别为T1、T2。B→C过程与D→A过程中气体与外界无热量交换。已知状态A的压强及体积分别为、，状态C的压强及体积分别为、。下列说法正确的是（     ） A．根据理想气体的状态变化规律可知 B．在A→B过程中，气体吸收的热量等于外界对气体做的正功 C．从整个循环过程看，该气体对外做功为零，内能不变 D．气体在A→B过程中吸收的热量大于C→D过程中放出的热量 【答案】D 【详解】A．AB与CD为两条等温线，由图可知 根据理想气体状态方程可知 则，故A错误； B．A→B是等温膨胀过程，理想气体等温过程内能不变（ΔU=0），根据热力学第一定律ΔU=Q+W 可得Q=−W 该过程气体体积膨胀，是气体对外界做功，吸收的热量等于气体对外做的功，并非外界对气体做正功，故B错误； C．整个循环的初末状态为同一状态，理想气体内能仅由温度决定，因此循环总内能不变；但p−V图中循环曲线包围的面积代表气体对外做的总功，该顺时针循环的包围面积不为零，气体对外做功不为零，故C错误； D．整个循环内能不变，根据热力学第一定律可知，A→B吸收的总热量与C→D放出的总热量的差值，等于循环对外做的净功（为正值），因此，故D正确。 故选D。 17．汽缸内封闭的一定质量的理想气体，经历了一个完整循环过程，其图像如图所示，已知为反比例函数图像的一部分。下列说法正确的是（     ） A．气体在状态时的体积为 B．过程中，气体内能不变 C．过程中，气体对外界所做的功为 D．过程中，气体向外界放出的热量大于气体内能的减少量 【答案】B 【详解】A．题干说明为反比例函数图像，即该过程是等温过程，满足玻意耳定律 代入已知状态可得 解得，故A错误； B．理想气体的内能仅由温度决定，为等温过程，气体温度始终不变，因此内能保持不变，故B正确； C．图像中，过程曲线与V轴围成的面积等于气体对外做的功。是等压过程，压强恒为，体积从膨胀到，因此气体对外做功，故C错误； D．是等容过程，气体体积不变，因此气体对外界、外界对气体都不做功，即 该过程压强减小，由查理定律可知温度降低，内能减少。根据热力学第一定律 代入可得，即气体放出的热量大小恰好等于内能的减少量，故D错误。 故选B。 18．一定质量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，压强p与体积V的关系如图所示，bc与横轴平行。下列说法正确的是（   ） A．a→b过程，外界对气体做功 B．b→c过程，气体的内能减少 C．a→b→c过程，气体从外界吸收热量 D．a→b→c过程，所有气体分子热运动的速率都变大 【答案】C 【详解】A．a→b过程，气体的体积变大，则气体对外界做功，A错误； B．b→c过程，气体的压强不变，体积变大，根据可知温度升高，则气体内能增加，B错误； C．a→b→c过程，气体温度升高，内能变大，；气体体积变大，对外做功，W<0；根据可知，Q>0，即气体从外界吸收热量，C正确； D．a→b→c过程，气体温度升高，气体分子热运动的平均速率变大，但并非所有气体分子热运动的速率都变大，D错误。 故选C。 19．“奋斗者号”潜水器2020年成功坐底马里亚纳海沟，标志着我国载人深潜技术已达世界领先水平。现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（     ） A．从外界吸热 B．压强与潜水器下潜的深度成正比 C．气缸内的理想气体内能逐渐增加 D．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多 【答案】D 【详解】A．设活塞横截面积为，潜水器下潜深度为，海水密度为，大气压强为，气缸内气体压强为，轻质活塞受力平衡，根据平衡条件有 解得 下潜过程中增大，气体压强增大，同时海水温度降低，气体温度降低，根据理想气体状态方程有 可知气体体积减小，外界对气体做正功；理想气体的内能只与温度有关，温度降低使气体内能减小，根据热力学第一定律有 由、解得 因此气体向外界放热，故A错误； B．气体压强与下潜深度的关系为 由于大气压强不为零，气体压强与下潜深度不成正比，故B错误； C．理想气体的内能只与温度有关，下潜过程中气体温度逐渐降低，因此气体内能逐渐减小，故C错误； D．下潜过程中气体压强增大，而温度降低使气体分子的平均动能减小，单个气体分子与器壁碰撞时的平均作用效果减弱；气体压强仍增大，说明单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故D正确。 故选D。 20．一定质量的理想气体从状态A开始，经历三个过程AB、BC、CA回到原状态，其P-V图像如图所示，则下列说法正确的是（     ） A．过程AB气体所有分子的动能都增大 B．过程AB气体所有分子的动能都减小 C．经历三个过程回到原状态，外界对气体做总功不为零 D．经历三个过程回到原状态，外界对气体做总功为零 【答案】C 【详解】AB． AB段气体体积V不变，压强p减小，根据理想气体状态方程，可知气体温度T降低。温度是分子平均动能的标志，温度降低仅代表分子的平均动能减小，是统计规律，不代表所有分子的动能都减小，仍有部分分子动能可能增大，故AB错误； CD．图像中，图线与V轴围成的面积的物理意义是气体对外做的功： AB是等容过程，体积不变，气体和外界之间做功为0； BC过程体积增大，气体对外做功，大小等于直线BC段与V轴围成的矩形面积； CA过程体积减小，外界对气体做功，大小等于直线CA段与V轴围成的梯形面积。 两个过程的功的差值就是图中闭合三角形的面积，不为零，因此三个过程回到原状态时，外界对气体做的总功不为零，故C正确，D错误。 故选 C。 21．巴蜀物理组彭老师做了一个有趣的浮沉子演示实验，如图所示，一开口向下、导热良好的小瓶置于密闭的矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。实验显示，当挤压矿泉水瓶时，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮。假设密封的矿泉水瓶内各处水的温度相同，则小瓶缓慢上浮过程中，小瓶内气体（　　） A．体积变小 B．内能减少 C．吸收的热量等于对外做的功 D．吸收的热量大于对外做的功 【答案】C 【详解】A．小瓶上浮过程中，所处水的深度减小，小瓶内气体受到的水的压强逐渐减小，由玻意耳定律（等温过程一定质量的气体压强与体积成反比）可知，小瓶内气体体积变大，故A错误； B．矿泉水瓶内各处水温相同，小瓶导热良好，因此小瓶内封闭气体的温度始终等于水温，温度不变，而理想气体的内能仅由温度决定，因此气体内能不变，故B错误； CD．根据热力学第一定律 气体体积膨胀对外做功，即外界对气体做的功 又因为内能不变，因此 可得，也就是气体吸收的热量全部用来对外做功，吸收的热量等于对外做的功，故C正确，D错误。 故选C。 22．空气悬挂系统是一种利用空气的可压缩性来实现弹性作用的装置，可简化为如图所示的气缸模型，活塞固定不动，气缸可上下移动。在某次系统测试中，通过增加配重，使密封在气缸内的理想气体的体积压缩到原来的一半，这个过程气体的温度保持不变，下列说法正确的是（     ） A．气体放热 B．气体对外做功 C．气体分子的平均动能增大 D．增加后的配重是原来的两倍 【答案】A 【详解】AB．气体体积减小，外界对气体做功，温度不变则内能不变，由热力学第一定律 可知，气体放热，故A正确；B错误； C．温度是分子平均动能的标志，温度不变，气体分子的平均动能不变，故C错误； D．设气缸质量为，活塞面积为，大气压强为，初始配重为，末态配重为。初始状态气体压强 末状态气体压强 由玻意耳定律 且 得 即 解得 增加后的配重不是原来的两倍，故D错误。 故选A。 23．一定质量理想气体体积V随摄氏温度t变化的V—t图像如图所示，过程A→B→C→D→A，B→C图线与D→A图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（    ） A．从A到B过程，气体压强减小 B．从B到C过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从C到D过程，所有气体分子的动能增大 D．从D到A过程，气体分子数密度增大 【答案】B 【详解】A．对一定质量的理想气体，根据理想气体状态方程有 在图像中，等压线的延长线均通过、的点，图中AB所在直线符合等压线特征，因此从到过程中气体压强不变，故A错误； B．从到过程中温度不变，理想气体的内能只与温度有关，因此 该过程中气体体积减小，外界对气体做正功，设气体吸收的热量为，外界对气体做功为，根据热力学第一定律有 代入解得 因此气体放出的热量等于外界对气体所做的功，故B正确； C．从到过程中气体温度升高，气体分子的平均动能随温度升高而增大，但分子做无规则运动，各分子的动能并不都增大，故C错误； D．从到过程中温度不变，气体体积增大。气体分子数不变，分子数密度为 因此分子数密度减小，故D错误。 故选B。 24．（多选）一定质量的理想气体经历从A→B→C的状态变化过程，此过程中气体的压强p随体积V变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A的温度与在状态B的温度相同 B．从状态A到状态B的过程中，气体温度保持不变 C．从状态A到状态B的过程中，气体放出热量 D．从状态B到状态C的过程中，气体放出热量 【答案】AD 【详解】A．状态A和状态B的压强p与体积V的乘积相同，根据理想气体状态方程可知，这两个状态下的温度相同，故A正确， B．从A到B的过程，由于p与V的乘积先增大后减小，所以气体温度先增大后减小，故B错误； C．由于状态A和状态B的温度相同，则 由图可知，从A到B的过程中，气体体积增大，气体对外做功，即 根据热力学第一定律，可得 即气体一定从外界吸收热量，故C错误； D．从状态B到状态C的过程中，气体压强不变，体积减小，则温度降低，内能减少，即 由于气体体积减小，则外界对气体做功，则 根据热力学第一定律可得 即气体一定放出热量，故D正确。 故选AD。 25．（多选）如图所示，一个内壁光滑、导热良好的汽缸水平固定放置，汽缸内封闭一定质量的理想气体体积为、压强为p1，活塞横截面积为S，大气压强为。现水平向右缓慢拉动活塞，环境温度保持不变，下列说法正确的是（     ） A．缓慢拉动活塞的过程中，每个气体分子动能都不变 B．当拉力大小为F时，该时刻活塞平衡，封闭的理想气体压强等于 C．若缓慢拉动活塞向右移动位移L，拉力所做的总功为W，外界对气体做功为p0SL-W D．若缓慢拉动活塞向右移动位移L，拉力所做的总功为W，气体吸收热量大小等于p0SL-W 【答案】BD 【详解】A．温度是分子平均动能的标志，环境温度不变仅说明气体分子的平均动能不变，并非每个气体分子的动能都固定不变，分子热运动是无规则的，单个分子动能有大有小、时刻变化，故A错误； B．对活塞受力分析，水平方向受三个力平衡：向左的大气压力、向右的拉力F、向右的封闭气体压力，列平衡方程 整理得封闭气体压强，故B正确； C．拉动活塞向右移动位移L的过程中，拉力做功为W，大气对活塞的作用力为，方向向左，大气对活塞做负功，大小为。对活塞用动能定理（缓慢拉动，活塞动能变化为0），有W+W气对活塞−=0 其中W气对活塞是封闭气体对活塞做的功，而外界对气体做功W外对气与气体对外做功大小相等、符号相反，即W外对气=− W气对活塞，可得W外对气= W -p0SL，故C错误； D．封闭的是一定质量的理想气体，等温过程中理想气体内能仅由温度决定，温度不变则内能变化ΔU=0。根据热力学第一定律ΔU=W外对气+Q 解得Q=p0SL-W，故D正确。 故选BD。 26．（多选）涡轮风扇发动机广泛应用于航空器，其截面如图所示，空气经风扇加速后进入发动机，一部分由外涵道流出，一部分经内涵道被压气机压缩后进入燃烧室，燃烧后的高热气体带动压气机、涡轮和风扇转动后，与外涵道气体在涡轮后方汇合后一起离开发动机。一定质量气体（可视为理想气体）流经压气机过程中，体积被压缩为原来的，温度由升高至；气体向外释放热量，内能变化。对该过程下列判断正确的是（     ） A．气体压强增大约为原来的200倍 B．气体压强增大约为原来的500倍 C．外界对气体做功 D．气体对外界做功 【答案】AC 【详解】AB．由题意知，， 根据理想气体状态方程 解得，故A正确、B错误； CD．约定外界对气体做功为正、气体吸收热量为正，热力学第一定律表达式为，本题中气体向外释放热量为，即，代入得，整理得，气体被压缩，外界对气体做功，故C正确、D错误； 故选AC。 27．（多选）一定质量的理想气体由状态a经状态b、c变化到状态d，图像如图所示，则（　　） A．状态a的温度比状态b的低 B．状态b的内能比状态c的小 C．b→c、c→d过程气体均对外界做功 D．c→d过程每个气体分子的动能都会增大 【答案】AC 【详解】A．由图可知，从过程中，气体的压强不变，体积变大，由盖吕萨克定律可知，气体温度变大，则状态a的温度比状态b的低，故A正确； B．从过程中，结合图像，根据理想气体状态方程有 解得 可知，状态b的温度比状态c的高，一定质量的理想气体内能只与温度有关，所以状态b的内能比状态c的大，故B错误； C．b→c、c→d过程气体的体积均变大，则气体均对外界做功，故C正确； D．c→d过程，气体的压强不变，体积变大，由盖吕萨克定律可知，气体温度变大，气体分子的平均动能增大，但不是每一个气体分子的动能都会增大，故D错误。 故选AC。 28．（多选）如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，经历了一个完整循环过程，其图像如图所示。已知过程为等温变化，过程为等容变化，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态时的压强为 B．过程中，外界对气体所做的功为 C．过程中，气体向外界放出热量 D．一个完整循环过程中，气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量 【答案】AD 【详解】A．过程为等温变化，根据玻意耳定律有 解得 故A正确； B．图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功，过程中，气体体积减小，外界对气体做正功 故B错误； C．过程为等容变化，体积不变，则做功为0，由于压强增大，根据 可知温度升高，气体内能增加； 根据热力学第一定律 可知气体从外界吸收热量，故C错误； D．由于图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功。根据图像可知，过程中，气体体积增大，气体对外界做功，过程中，气体体积减小，外界对气体做功，且气体对外界做功小于外界对气体做功，即一个完整循环过程中，外界对气体做功。 由于一个完整循环过程中，气体内能不变，则一个完整循环过程中，气体向外界放热，即一个完整循环过程中，气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量，D正确。 故选AD。 29．如图所示为一定质量的理想气体由状态经过状态变为状态的图像。已知气体在状态时的压强为，体积，状态时的体积，，，气体由状态变为状态的过程中，吸收的热量为。求： (1)气体在状态时的温度； (2)气体在状态时的压强； (3)气体从状态变到状态的过程中内能的变化量。 【答案】(1)200K (2) (3) 【详解】（1）从A到B气体进行等压变化，则 解得T1=200K （2）对气体在AC两态时，则，其中 解得 （3）气体从B到C体积不变，则WBC=0，从A到B体积变大，压强不变，则 则气体从状态变到状态的过程 根据热力学第一定律可知 30．如图所示，一根细玻璃管与光滑、透明、导热汽缸底端连通，两者上端开口且足够高，汽缸内距底面高为处固定有一卡环，其上有一活塞，开始时活塞与水银面之间封闭有高为的理想气体，此时汽缸内和玻璃管内水银面等高。现从玻璃管缓慢注入水银，当汽缸内水银面上升时停止注入，此时活塞上升到位置（图中未画出），汽缸内和玻璃管内水银面的高度差为。已知汽缸横截面积为，大气压强恒为，环境温度不变，忽略卡环和细玻璃管的体积，活塞不漏气。 (1)求注入水银后气体的体积； (2)若缓慢降低环境温度，使活塞从位置恰好下降到卡环处，已知该过程气体放出的热量为，求该过程气体内能的减少量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）已知、、、。初始时两侧水银面等高，因此气体的初始压强为，初始体积为 注入水银后，两侧水银面的高度差为，而大气压强相当于，因此气体的末态压强为 注入过程缓慢且环境温度不变，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 解得 代入数据解得 所得体积为，小于初始体积，符合气体受压后体积减小的物理规律。 （2）注入水银后，汽缸内水银面比初始位置升高，而初始水银面距缸底为，故此时水银面距缸底的高度为。忽略细玻璃管的体积，降温过程中汽缸内水银面的高度不变；当活塞下降到卡环处时，气体体积为 代入数据解得 活塞缓慢下降过程中，活塞始终处于力的平衡状态，气体压强保持不变。气体对外做功为 代入数据解得 气体释放热量，故气体吸收的热量为。根据热力学第一定律有 解得 因此气体的内能变化量为，即内能减少量为。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 重难点专训57 关于热力学定律与能量守恒定律的理解（福建专用） 目 录 研判·模型总结 1 模拟·基础演练 2 重难·创新演练 7 研判·模型总结 类型1　热力学第一定律的理解 1．热力学第一定律的理解 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析． (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，则不发生热传递，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． 2．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加； (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加； (3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 类型2　热力学第二定律的理解 1．热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了热传递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，如气体的等温膨胀过程。 2．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。 3．热力学过程的方向性实例 4．两类永动机的比较 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 类型3　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对外或外界对气体整个过程中所做的功． 模拟·基础演练 1．如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是（　　） A．气体的温度保持不变 B．外界对气体做正功 C．气体的压强大于外界气体压强 D．气体的内能增加 2．如图，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中，设水温均匀且恒定，瓶内空气无遗漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体（　　） A．内能增加 B．向外界放热 C．对外界做正功 D．分子平均动能减小 3．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，该过程气体的压强p与体积V的关系如图所示，则从A到B的过程（　　） A．气体的温度降低 B．气体的内能减小 C．外界对气体做功 D．气体从外界吸收热量 4．如图是压力保温瓶结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体（　　） A．内能增大 B．体积增大 C．压强不变 D．温度不变 5．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒．猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在压缩过程中 ( ) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，其体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 6．如图所示的汽缸中封闭着一定质量的理想气体，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，活塞和汽缸都导热，活塞与汽缸间无摩擦，原先重物和活塞均处于平衡状态，因温度下降使汽缸中气体做等压变化，下列说法正确的是（  ） A．重物上升，气体放出热量 B．重物上升，气体吸收热量 C．重物下降，气体放出热量 D．重物下降，气体吸收热量 7．在绝热的汽缸内封闭着质量、体积和种类都相同的两部分气体A和B（不计气体分子之间的作用力），中间用导热的固定隔板P隔开．若不导热的活塞Q在外力作用下向外移动时，下列论述正确的是 ．（填选项前的字母） A．气体A压强减小，内能不变 B．气体B压强减小，内能不变 C．气体B压强减小，内能减小 D．气体A压强不变，内能不变 8．（多选）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其T-V图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体压强变小 B．外界对气体做功 C．气体内能增大 D．气体向外界放热 9．（多选）如图，静置在水平地面上的汽缸用活塞封闭一定质量的理想气体。假设外界环境温度不变，汽缸导热性能良好，活塞和汽缸之间的摩擦不计。若缓慢取走放在活塞上的细铁砂，则此过程中（　　） A．气体对外做功 B．气体内能不变 C．汽缸壁受到分子的撞击力减小 D．气体分子单位时间内对活塞的碰撞次数增多 E．气体对外做的功与系统从外界吸收的热量相等 10．（多选）如图所示为一定质量的理想气体发生状态变化的P－V图象，图线1、2是两条等温线，A、B是等温线1上的两点，C、D是等温线2上的两点，图线AD、BC均与V轴平行，则下列说法正确的是___________． A．等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度高 B．气体从状态A变化到状态B，气体一定吸收热量 C．气体从状态B变化到状态C，气体吸收的热量比气体对外界做功多 D．气体从状态C变化到状态D，单位体积的气体分子数增大，但气体分子的平均动能不变 E．气体从状态D变化到状态A，气体放出的热量比外界对气体做功少 11．如图所示为净水器的压力桶，压力桶分为储水室和气室，气室内密封有一定质量的理想气体。当净水器制水时，水迅速进入压力桶，气体被压缩；当用户用水时，气体缓慢膨胀将水推出。假设制水过程气体与外界无热量交换，用水过程气体温度保持与环境温度相同，制水过程中，单位时间内缸壁单位面积上受到气体分子碰撞的次数__________（“增加”、“不变”或“减少”）；用水过程中，气体是__________（“吸热”、“绝热”或“放热”）过程。 12．图甲为一气压升降椅，图乙为其模型简图，气缸与活塞间封闭有一定质量的理想气体。某同学坐上升降椅，缸内的气体被压缩，若缸内气体温度视为不变，则此过程中缸内气体的压强______（选填“变大”“变小”或“不变”），气体分子单位时间内对单位面积缸壁的碰撞次数______（选填“增加”“减少”或“不变”），气体______（选填“吸收”或“放出”）热量。 13．一弹性健身球，球内气体的体积为110L，压强为。如图所示，某健身爱好者缓慢靠到球上，达到稳定时，球内气体体积变为100L，球内气体视为理想气体且温度不变，则球内气体压强变为______Pa，该过程外界对气体做的功______（填“大于”“小于”或“等于”）气体向外界放出的热量。 14．如图，一定质量的某种理想气体的循环由下面三个过程组成：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→1为等温过程。1→2过程中，气体分子的平均动能______。（选填“增大”“减小”或“不变”）；2→3过程中，气体______（选填“放热”或“吸热”）；3→1过程中，气体的内能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 15．如图所示是某兴趣小组设计的“水火箭”，安装在发射架上的“水火箭”主体是一个容积为2L的饮料瓶，通过下方的活塞封闭了瓶内1L的水，此时瓶内空气压强为p0。可通过与活塞相连的打气筒向箭体内充气，打气筒每次能将压强为p0的200mL外界空气压入瓶内，当箭体内部气压达到5p0时可将活塞顶出，向后喷水，箭体被发射出去。要使火箭发射出去，至少需要打气___________次；在瓶内的水喷出的较短时间内，箭体内气体的温度将_________（选填“增大”“不变”或“减小”）。 重难·创新演练 16．卡诺循环是一种理想化的热力学循环，由法国工程师卡诺于1824年提出。一定质量某理想气体的卡诺循环（A→B→C→D→A）可用压强-体积（p-V）图像表示，A、B、C、D分别为四条曲线的交点。其中AB与CD为两条等温线，温度分别为T1、T2。B→C过程与D→A过程中气体与外界无热量交换。已知状态A的压强及体积分别为、，状态C的压强及体积分别为、。下列说法正确的是（     ） A．根据理想气体的状态变化规律可知 B．在A→B过程中，气体吸收的热量等于外界对气体做的正功 C．从整个循环过程看，该气体对外做功为零，内能不变 D．气体在A→B过程中吸收的热量大于C→D过程中放出的热量 17．汽缸内封闭的一定质量的理想气体，经历了一个完整循环过程，其图像如图所示，已知为反比例函数图像的一部分。下列说法正确的是（     ） A．气体在状态时的体积为 B．过程中，气体内能不变 C．过程中，气体对外界所做的功为 D．过程中，气体向外界放出的热量大于气体内能的减少量 18．一定质量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，压强p与体积V的关系如图所示，bc与横轴平行。下列说法正确的是（   ） A．a→b过程，外界对气体做功 B．b→c过程，气体的内能减少 C．a→b→c过程，气体从外界吸收热量 D．a→b→c过程，所有气体分子热运动的速率都变大 19．“奋斗者号”潜水器2020年成功坐底马里亚纳海沟，标志着我国载人深潜技术已达世界领先水平。现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（     ） A．从外界吸热 B．压强与潜水器下潜的深度成正比 C．气缸内的理想气体内能逐渐增加 D．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多 20．一定质量的理想气体从状态A开始，经历三个过程AB、BC、CA回到原状态，其P-V图像如图所示，则下列说法正确的是（     ） A．过程AB气体所有分子的动能都增大 B．过程AB气体所有分子的动能都减小 C．经历三个过程回到原状态，外界对气体做总功不为零 D．经历三个过程回到原状态，外界对气体做总功为零 21．巴蜀物理组彭老师做了一个有趣的浮沉子演示实验，如图所示，一开口向下、导热良好的小瓶置于密闭的矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。实验显示，当挤压矿泉水瓶时，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮。假设密封的矿泉水瓶内各处水的温度相同，则小瓶缓慢上浮过程中，小瓶内气体（　　） A．体积变小 B．内能减少 C．吸收的热量等于对外做的功 D．吸收的热量大于对外做的功 22．空气悬挂系统是一种利用空气的可压缩性来实现弹性作用的装置，可简化为如图所示的气缸模型，活塞固定不动，气缸可上下移动。在某次系统测试中，通过增加配重，使密封在气缸内的理想气体的体积压缩到原来的一半，这个过程气体的温度保持不变，下列说法正确的是（     ） A．气体放热 B．气体对外做功 C．气体分子的平均动能增大 D．增加后的配重是原来的两倍 23．一定质量理想气体体积V随摄氏温度t变化的V—t图像如图所示，过程A→B→C→D→A，B→C图线与D→A图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（    ） A．从A到B过程，气体压强减小 B．从B到C过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从C到D过程，所有气体分子的动能增大 D．从D到A过程，气体分子数密度增大 24．（多选）一定质量的理想气体经历从A→B→C的状态变化过程，此过程中气体的压强p随体积V变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A的温度与在状态B的温度相同 B．从状态A到状态B的过程中，气体温度保持不变 C．从状态A到状态B的过程中，气体放出热量 D．从状态B到状态C的过程中，气体放出热量 25．（多选）如图所示，一个内壁光滑、导热良好的汽缸水平固定放置，汽缸内封闭一定质量的理想气体体积为、压强为p1，活塞横截面积为S，大气压强为。现水平向右缓慢拉动活塞，环境温度保持不变，下列说法正确的是（     ） A．缓慢拉动活塞的过程中，每个气体分子动能都不变 B．当拉力大小为F时，该时刻活塞平衡，封闭的理想气体压强等于 C．若缓慢拉动活塞向右移动位移L，拉力所做的总功为W，外界对气体做功为p0SL-W D．若缓慢拉动活塞向右移动位移L，拉力所做的总功为W，气体吸收热量大小等于p0SL-W 26．（多选）涡轮风扇发动机广泛应用于航空器，其截面如图所示，空气经风扇加速后进入发动机，一部分由外涵道流出，一部分经内涵道被压气机压缩后进入燃烧室，燃烧后的高热气体带动压气机、涡轮和风扇转动后，与外涵道气体在涡轮后方汇合后一起离开发动机。一定质量气体（可视为理想气体）流经压气机过程中，体积被压缩为原来的，温度由升高至；气体向外释放热量，内能变化。对该过程下列判断正确的是（     ） A．气体压强增大约为原来的200倍 B．气体压强增大约为原来的500倍 C．外界对气体做功 D．气体对外界做功 27．（多选）一定质量的理想气体由状态a经状态b、c变化到状态d，图像如图所示，则（　　） A．状态a的温度比状态b的低 B．状态b的内能比状态c的小 C．b→c、c→d过程气体均对外界做功 D．c→d过程每个气体分子的动能都会增大 28．（多选）如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，经历了一个完整循环过程，其图像如图所示。已知过程为等温变化，过程为等容变化，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态时的压强为 B．过程中，外界对气体所做的功为 C．过程中，气体向外界放出热量 D．一个完整循环过程中，气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量 29．如图所示为一定质量的理想气体由状态经过状态变为状态的图像。已知气体在状态时的压强为，体积，状态时的体积，，，气体由状态变为状态的过程中，吸收的热量为。求： (1)气体在状态时的温度； (2)气体在状态时的压强； (3)气体从状态变到状态的过程中内能的变化量。 30．如图所示，一根细玻璃管与光滑、透明、导热汽缸底端连通，两者上端开口且足够高，汽缸内距底面高为处固定有一卡环，其上有一活塞，开始时活塞与水银面之间封闭有高为的理想气体，此时汽缸内和玻璃管内水银面等高。现从玻璃管缓慢注入水银，当汽缸内水银面上升时停止注入，此时活塞上升到位置（图中未画出），汽缸内和玻璃管内水银面的高度差为。已知汽缸横截面积为，大气压强恒为，环境温度不变，忽略卡环和细玻璃管的体积，活塞不漏气。 (1)求注入水银后气体的体积； (2)若缓慢降低环境温度，使活塞从位置恰好下降到卡环处，已知该过程气体放出的热量为，求该过程气体内能的减少量。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 重难点专训57 关于热力学定律与能量守恒定律的理解（福建专用） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D B D A B A C AC ABE BCD 题号 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 答案 D B C D C C A B AD BD 题号 26 27 28 答案 AC AC AD 模拟·基础演练 1．D 【详解】A．用电热丝对气体加热，且气体与外界环境没有热交换，气体温度升高，A错误； B．活塞向上缓慢移动，气体体积增大，外界对气体做负功，B错误； C．活塞向上缓慢移动，可近似认为活塞受力平衡，气体的压强等于外界气体压强，C错误； D．气体温度升高，内能增加，D正确。 故选D。 2．B 【详解】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，可知气体体积减小，外界对气体做正功；由于气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热。 故选B。 3．D 【详解】AB．因为从A到B，气体的pV乘积变大，则气体的温度升高，内能增加，选项AB错误； C．从A到B，气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误； D．根据热力学第一定律，气体内能增加，且气体对外做功，则气体从外界吸收热量，选项D正确。 故选D。 4．A 【详解】压缩气体时，气体体积减小，外界对气体做功，则W＞0；因为气体与外界没有热交换，则Q=0，由热力学第一定律可知：，所以ΔE＞0，气体的内能增加，温度升高，压强变大。 故选A。 5．B 【详解】在压缩过程中，外界对气体做正功，气体内能增大，温度升高，压强变大，选项B正确． 6．A 【详解】CD．因温度下降，T1>T2，气体做等压变化得 联立得V1>V2，即气体体积变小，活塞要向下运动，活塞将带动重物上升，故CD错误； AB．活塞压缩气体，对气体做功，气体温度升高，由于活塞和汽缸都导热，所以气体要向外放出热量，故A正确，B错误。 故选A。 7．C 【详解】气体B体积增大，对外做功，内能减小，温度降低，A的热量传递给B气体，Ａ的温度也降低，内能也减小，压强减小，C对； 8．AC 【详解】A．T-V图像过原点的直线表示等压过程，分别连接原点和a，以及原点和b点，根据， 可知，T-V图像的斜率越大，气体压强越大，从状态a到状态b的过程气体的压强逐渐减小，A正确； B．由图示可知，ab过程，气体体积变大，气体对外界做功，B错误； C．由图示可知，ab过程，气体温度升高，所以内能增大，C正确； D．根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为从状态a到状态b的过程气体内能增加，又因为气体对外做功，所以气体从外界吸收热量，D错误。 故选AC。 9．ABE 【详解】A．缓慢取走细铁砂的过程中，因为活塞对封闭气体的压力减小，所以活塞会缓慢上升，是气体膨胀的过程，缸内气体对外做功，A正确； B．汽缸导热性良好，所以汽缸内气体温度保持不变，则内能不变，B正确； C．气体温度不变，即气体分子平均动能不变，所以汽缸壁受到分子的撞击力不变，C错误； D．根据理想气体状态方程 可知，T不变，V增大，则p减小。所以缸内气体压强减小，分子的平均动能不变，因为缸内体积增大，所以分子密度变小，则单位时间内气体对活塞的碰撞次数减少，D错误； E．根据热力学第一定律 缸内气体对外做功，W<0，汽缸内气体温度保持不变,，所以Q>0，即气体要从外界吸收热量，E正确。 故选ABE。 10．BCD 【分析】根据一定质量的理想气体发生状态变化的P－V图象，图线1、2是两条等温线，A、B是等温线1上的两点，C、D是等温线2上的两点可知，本题考查气体状态分析，根据理想气体方程和热力学第一定律求解． 【详解】A项：从为等压变化，由公式可知，等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度低，故A错误； B项：气体从状态A变化到状态B，等温变化，内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：，所以气体一定吸收热量，故B正确； C项：气体从状态B变化到状态C，由A分析可知，气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：，所以气体吸收的热量比气体对外界做功多，故C正确； D项：气体从状态C变化到状态D，发生等温变化，所以分子平均动能不变，体积减小，单位体积的气体分子数增大，故D正确； E项：气体从状态D变化到状态A，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可得：，气体放出的热量比外界对气体做功多，故E错误． 故选BCD． 【点睛】注意此类题目经常把理想气体状态方程与热力学第一定律相结合，并要理解热力学第一定律中各个符号的物理意义． 11． 增加 吸热 【详解】[1]制水过程中，气体与外界无热量交换，则 气体被压缩，体积减小，分子密度增大，且外界对气体做功，则 根据热力学第一定律 可知气体内能增加，故温度升高，所以气体分子的平均动能增大 故在制水过程中，单位时间内缸壁单位面积上受到气体分子碰撞的次数增加； [2]用水过程中，气体温度保持与环境温度相同，内能不变，则 气体膨胀对外做功，则 根据热力学第一定律 可知，即气体必须吸收热量。 12． 变大 增加 放出 【详解】[1]某同学坐上升降椅，缸内的气体被压缩，体积减小，且缸内气体温度视为不变，即缸内气体发生等温变化，根据 可知压强增大； [2]温度不变，则分子的平均速率不变，由于体积减小，导致压强增大，根据压强的微观含义可知，单位时间内单位面积器壁上受到气体分子撞击的次数增加； [3]气体体积减小，外界对气体做正功，即；温度不变，则气体的内能不变，即；根据热力学第一定律 解得 可知气体放出热量。 13． 等于 【详解】[1]气体温度不变，根据玻意耳定律有 解得 [2]气体温度不变，则气体内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，该过程外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量。 14． 增大 吸热 不变 【详解】[1]1→2过程为绝热压缩，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，内能增大、温度升高，气体分子的平均动能增大； [2]2→3过程为等压过程，气体体积增大，气体对外做功，根据 可知气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知气体吸热； [3]3→1为等温过程，气体温度不变，内能不变。 15． 20 减小 【详解】[1]设至少需要打气次，根据玻意耳定律可得 其中， 解得 [2]在瓶内的水喷出的较短时间内，可认为箭体内气体与外界没来得及发生热传递，由于箭体内气体的体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，箭体内气体的内能减小，则箭体内气体的温度将减小。 重难·创新演练 16．D 【详解】A．AB与CD为两条等温线，由图可知 根据理想气体状态方程可知 则，故A错误； B．A→B是等温膨胀过程，理想气体等温过程内能不变（ΔU=0），根据热力学第一定律ΔU=Q+W 可得Q=−W 该过程气体体积膨胀，是气体对外界做功，吸收的热量等于气体对外做的功，并非外界对气体做正功，故B错误； C．整个循环的初末状态为同一状态，理想气体内能仅由温度决定，因此循环总内能不变；但p−V图中循环曲线包围的面积代表气体对外做的总功，该顺时针循环的包围面积不为零，气体对外做功不为零，故C错误； D．整个循环内能不变，根据热力学第一定律可知，A→B吸收的总热量与C→D放出的总热量的差值，等于循环对外做的净功（为正值），因此，故D正确。 故选D。 17．B 【详解】A．题干说明为反比例函数图像，即该过程是等温过程，满足玻意耳定律 代入已知状态可得 解得，故A错误； B．理想气体的内能仅由温度决定，为等温过程，气体温度始终不变，因此内能保持不变，故B正确； C．图像中，过程曲线与V轴围成的面积等于气体对外做的功。是等压过程，压强恒为，体积从膨胀到，因此气体对外做功，故C错误； D．是等容过程，气体体积不变，因此气体对外界、外界对气体都不做功，即 该过程压强减小，由查理定律可知温度降低，内能减少。根据热力学第一定律 代入可得，即气体放出的热量大小恰好等于内能的减少量，故D错误。 故选B。 18．C 【详解】A．a→b过程，气体的体积变大，则气体对外界做功，A错误； B．b→c过程，气体的压强不变，体积变大，根据可知温度升高，则气体内能增加，B错误； C．a→b→c过程，气体温度升高，内能变大，；气体体积变大，对外做功，W<0；根据可知，Q>0，即气体从外界吸收热量，C正确； D．a→b→c过程，气体温度升高，气体分子热运动的平均速率变大，但并非所有气体分子热运动的速率都变大，D错误。 故选C。 19．D 【详解】A．设活塞横截面积为，潜水器下潜深度为，海水密度为，大气压强为，气缸内气体压强为，轻质活塞受力平衡，根据平衡条件有 解得 下潜过程中增大，气体压强增大，同时海水温度降低，气体温度降低，根据理想气体状态方程有 可知气体体积减小，外界对气体做正功；理想气体的内能只与温度有关，温度降低使气体内能减小，根据热力学第一定律有 由、解得 因此气体向外界放热，故A错误； B．气体压强与下潜深度的关系为 由于大气压强不为零，气体压强与下潜深度不成正比，故B错误； C．理想气体的内能只与温度有关，下潜过程中气体温度逐渐降低，因此气体内能逐渐减小，故C错误； D．下潜过程中气体压强增大，而温度降低使气体分子的平均动能减小，单个气体分子与器壁碰撞时的平均作用效果减弱；气体压强仍增大，说明单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故D正确。 故选D。 20．C 【详解】AB． AB段气体体积V不变，压强p减小，根据理想气体状态方程，可知气体温度T降低。温度是分子平均动能的标志，温度降低仅代表分子的平均动能减小，是统计规律，不代表所有分子的动能都减小，仍有部分分子动能可能增大，故AB错误； CD．图像中，图线与V轴围成的面积的物理意义是气体对外做的功： AB是等容过程，体积不变，气体和外界之间做功为0； BC过程体积增大，气体对外做功，大小等于直线BC段与V轴围成的矩形面积； CA过程体积减小，外界对气体做功，大小等于直线CA段与V轴围成的梯形面积。 两个过程的功的差值就是图中闭合三角形的面积，不为零，因此三个过程回到原状态时，外界对气体做的总功不为零，故C正确，D错误。 故选 C。 21．C 【详解】A．小瓶上浮过程中，所处水的深度减小，小瓶内气体受到的水的压强逐渐减小，由玻意耳定律（等温过程一定质量的气体压强与体积成反比）可知，小瓶内气体体积变大，故A错误； B．矿泉水瓶内各处水温相同，小瓶导热良好，因此小瓶内封闭气体的温度始终等于水温，温度不变，而理想气体的内能仅由温度决定，因此气体内能不变，故B错误； CD．根据热力学第一定律 气体体积膨胀对外做功，即外界对气体做的功 又因为内能不变，因此 可得，也就是气体吸收的热量全部用来对外做功，吸收的热量等于对外做的功，故C正确，D错误。 故选C。 22．A 【详解】AB．气体体积减小，外界对气体做功，温度不变则内能不变，由热力学第一定律 可知，气体放热，故A正确；B错误； C．温度是分子平均动能的标志，温度不变，气体分子的平均动能不变，故C错误； D．设气缸质量为，活塞面积为，大气压强为，初始配重为，末态配重为。初始状态气体压强 末状态气体压强 由玻意耳定律 且 得 即 解得 增加后的配重不是原来的两倍，故D错误。 故选A。 23．B 【详解】A．对一定质量的理想气体，根据理想气体状态方程有 在图像中，等压线的延长线均通过、的点，图中AB所在直线符合等压线特征，因此从到过程中气体压强不变，故A错误； B．从到过程中温度不变，理想气体的内能只与温度有关，因此 该过程中气体体积减小，外界对气体做正功，设气体吸收的热量为，外界对气体做功为，根据热力学第一定律有 代入解得 因此气体放出的热量等于外界对气体所做的功，故B正确； C．从到过程中气体温度升高，气体分子的平均动能随温度升高而增大，但分子做无规则运动，各分子的动能并不都增大，故C错误； D．从到过程中温度不变，气体体积增大。气体分子数不变，分子数密度为 因此分子数密度减小，故D错误。 故选B。 24．AD 【详解】A．状态A和状态B的压强p与体积V的乘积相同，根据理想气体状态方程可知，这两个状态下的温度相同，故A正确， B．从A到B的过程，由于p与V的乘积先增大后减小，所以气体温度先增大后减小，故B错误； C．由于状态A和状态B的温度相同，则 由图可知，从A到B的过程中，气体体积增大，气体对外做功，即 根据热力学第一定律，可得 即气体一定从外界吸收热量，故C错误； D．从状态B到状态C的过程中，气体压强不变，体积减小，则温度降低，内能减少，即 由于气体体积减小，则外界对气体做功，则 根据热力学第一定律可得 即气体一定放出热量，故D正确。 故选AD。 25．BD 【详解】A．温度是分子平均动能的标志，环境温度不变仅说明气体分子的平均动能不变，并非每个气体分子的动能都固定不变，分子热运动是无规则的，单个分子动能有大有小、时刻变化，故A错误； B．对活塞受力分析，水平方向受三个力平衡：向左的大气压力、向右的拉力F、向右的封闭气体压力，列平衡方程 整理得封闭气体压强，故B正确； C．拉动活塞向右移动位移L的过程中，拉力做功为W，大气对活塞的作用力为，方向向左，大气对活塞做负功，大小为。对活塞用动能定理（缓慢拉动，活塞动能变化为0），有W+W气对活塞−=0 其中W气对活塞是封闭气体对活塞做的功，而外界对气体做功W外对气与气体对外做功大小相等、符号相反，即W外对气=− W气对活塞，可得W外对气= W -p0SL，故C错误； D．封闭的是一定质量的理想气体，等温过程中理想气体内能仅由温度决定，温度不变则内能变化ΔU=0。根据热力学第一定律ΔU=W外对气+Q 解得Q=p0SL-W，故D正确。 故选BD。 26．AC 【详解】AB．由题意知，， 根据理想气体状态方程 解得，故A正确、B错误； CD．约定外界对气体做功为正、气体吸收热量为正，热力学第一定律表达式为，本题中气体向外释放热量为，即，代入得，整理得，气体被压缩，外界对气体做功，故C正确、D错误； 故选AC。 27．AC 【详解】A．由图可知，从过程中，气体的压强不变，体积变大，由盖吕萨克定律可知，气体温度变大，则状态a的温度比状态b的低，故A正确； B．从过程中，结合图像，根据理想气体状态方程有 解得 可知，状态b的温度比状态c的高，一定质量的理想气体内能只与温度有关，所以状态b的内能比状态c的大，故B错误； C．b→c、c→d过程气体的体积均变大，则气体均对外界做功，故C正确； D．c→d过程，气体的压强不变，体积变大，由盖吕萨克定律可知，气体温度变大，气体分子的平均动能增大，但不是每一个气体分子的动能都会增大，故D错误。 故选AC。 28．AD 【详解】A．过程为等温变化，根据玻意耳定律有 解得 故A正确； B．图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功，过程中，气体体积减小，外界对气体做正功 故B错误； C．过程为等容变化，体积不变，则做功为0，由于压强增大，根据 可知温度升高，气体内能增加； 根据热力学第一定律 可知气体从外界吸收热量，故C错误； D．由于图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功。根据图像可知，过程中，气体体积增大，气体对外界做功，过程中，气体体积减小，外界对气体做功，且气体对外界做功小于外界对气体做功，即一个完整循环过程中，外界对气体做功。 由于一个完整循环过程中，气体内能不变，则一个完整循环过程中，气体向外界放热，即一个完整循环过程中，气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量，D正确。 故选AD。 29．(1)200K (2) (3) 【详解】（1）从A到B气体进行等压变化，则 解得T1=200K （2）对气体在AC两态时，则，其中 解得 （3）气体从B到C体积不变，则WBC=0，从A到B体积变大，压强不变，则 则气体从状态变到状态的过程 根据热力学第一定律可知 30．(1) (2) 【详解】（1）已知、、、。初始时两侧水银面等高，因此气体的初始压强为，初始体积为 注入水银后，两侧水银面的高度差为，而大气压强相当于，因此气体的末态压强为 注入过程缓慢且环境温度不变，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 解得 代入数据解得 所得体积为，小于初始体积，符合气体受压后体积减小的物理规律。 （2）注入水银后，汽缸内水银面比初始位置升高，而初始水银面距缸底为，故此时水银面距缸底的高度为。忽略细玻璃管的体积，降温过程中汽缸内水银面的高度不变；当活塞下降到卡环处时，气体体积为 代入数据解得 活塞缓慢下降过程中，活塞始终处于力的平衡状态，气体压强保持不变。气体对外做功为 代入数据解得 气体释放热量，故气体吸收的热量为。根据热力学第一定律有 解得 因此气体的内能变化量为，即内能减少量为。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $