第47讲 热力学定律与能量守恒定律（高效培优讲义）2027年高考物理一轮复习高效培优系列

第47讲 热力学定律与能量守恒定律（培优复习讲义） 参考答案 基础・知识梳理 核心梳理 知识1 热力学第一定律 能量守恒定律 1．（1）做功 2．（1）热量 （2）Q＋W （3）外界 系统 吸收 增加 系统 外界 放出 减少 3．（1）产生 转化 转移 保持不变（2）能量守恒定律 知识2 热力学第二定律 1．（1）热量不能自发地从低温物体传到高温物体 （2）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 第二类 重难・核心突破 重难01 对热力学定律的理解和应用 【典例突破】 A 【变式研析】1．D 2．C 重难02 热力学第一定律与图像的综合应用 【典例突破】 BD 【变式研析】1．B 2．B 重难03 热力学定律与气体实验定律的综合应用 【典例突破】 D 【变式研析】1．（1） （2） 2．D 3．BD 4．（1）450K （2）42J 拔高・分层集训 基础演练 1．D 2．C 3．C 4．B 5．D 6．D 7．C 8．D 9．D 10．C 11．D 12．C 13．C 14．C 15．A 16．D 17．ABC 18．BD 19．AB 20．BD 21．（1） （2）； 22．（1） （2） （3） 23．（1） （2） 24．（1） （2）， 25．（1）600K （2） （3）放热150J 能力进阶 1．D 2．C 3．C 4．D 5．AC 6．（1） （2） （3） 7．（1） （2） （3） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第47讲 热力学定律与能量守恒定律（培优复习讲义） 内容导航 夯实基础·突破重难·分层提能 考情・分析解读（课标要求 考情解读 备考策略） 基础・知识梳理（专题线索 知识导图 知识梳理） 知识01 热力学第一定律 能量守恒定律 知识02 热力学第二定律 知识03 热力学第一定律与图像的综合应用 知识04 热力学第一定律与气体实验定律的综合 重难・核心突破（技法点拨 典例突破 变式研析） 重难01 对热力学定律的理解和应用 重难02 热力学第一定律与图像的综合应用 重难03 热力学定律与气体实验定律的综合应用 拔高・分层集训（基础演练 能力进阶 真题实战） 考情·分析解读 课标要求 1．理解热力学第一定律，能用热力学第一定律解决相关问题。 2．理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。 3．会分析热力学第一定律和气体实验定律的综合问题。 考题统计 核心考点 2026年 2025年 2024年 热力学定律与能量守恒定律 （5年56考） 江西卷T12、浙江卷T16、北京卷T3、江苏卷T13、黑吉辽蒙卷T8、贵州卷T8、湖南卷T8、云南卷T14 贵州卷T9、天津卷T4、浙江卷T16、T11A、重庆卷T2、甘肃卷T9、北京卷T1、河北卷T2、陕晋青宁卷T13、安徽卷T3、江苏卷T6、山东卷T16、福建卷T9、湖北卷T3 天津卷T2、贵州卷T13、浙江卷T19、海南卷T11、北京卷T3、河北卷T9、山东卷T6、江西卷T5、湖北卷T13、新课标卷T8、福建卷T9 考情解读 1．考查频次：高考高频考点，多以选择题形式出现，常结合气体实验定律综合命题，热学大题也会嵌入热力学第一定律分析。 2．考查要点：热力学第一定律ΔU＝Q＋W的符号规则与内能变化判断；热力学第二定律两种表述、方向性理解；能量守恒定律，区分第一类、第二类永动机。 3．命题情境：气缸活塞模型、绝热容器、充气放气、相变过程、热传递等热学经典模型，结合生活热现象、能源利用情境。 备考策略 1．厘清符号：牢记热力学第一定律符号规定，区分做功、吸放热对内能的影响。 2．辨析定律：对比两条热力学定律，理解“能量守恒”和“宏观热现象具有方向性”两层含义。 3．综合建模：联动气体实验定律，先分析状态参量变化，再判断做功、内能变化。 基础・知识梳理 知识导图 核心梳理 知识1 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） ；（2）热传递。 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 与外界对它所做的功的和。 （2）表达式：ΔU＝ 。 （3）表达式中的正、负号法则 符号 W Q ΔU ＋ 　 对 做功 系统 热量 内能 　 － 对 做功 系统 热量 内能 　 解题时特殊字眼“翻译” 1．绝热：没有传热（Q=0）。 2．等容：体积不变，不做功（W=0）。 3．膨胀：体积变大，物体对外界做功（W≤0）。 4．等温：分子平均动能不变，理想气体内能不变（理想气体ΔU=0）。 5．等压，体积变化ΔV：外界对物体做的功W=－pΔV。 3．能量守恒定律 （1）内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量 。 （2）第一类永动机是不可能制成的，它违背了　 。 知识2 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： 。 （2）开尔文表述：　 或表述为“　 永动机是不可能制成的”。 （3）说明 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。 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。 （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）。 （4）不同气体A和B混合气体AB。 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3 热力学第一定律与图像的综合应用 1．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。 2．三类图像中气体状态变化过程的分析 （1）等温线之间变化 a→b，等温降压膨胀，内能不变，吸收的热量等于气体对外做的功 b→c，等容升温升压，不做功，吸收的热量等于内能增加量 c→a，等压降温压缩，放出的热量等于外界做的功和内能减少量之和 （2）等容线之间变化 a→b，等温降压膨胀，内能不变，吸收的热量等于气体对外做的功 b→c，等容升温升压，不做功，吸收的热量等于内能增加量 c→a，等压降温压缩，放出的热量等于外界对气体做的功和内能减少量之和 （3）等压线之间变化 a→b，等温升压压缩，内能不变，外界对气体做的功等于放出的热量 b→c，等压升温膨胀，吸收的热量等于内能增加量和气体对外做的功之和 c→a，等容降温降压，不做功，内能减少量等于放出的热量 知识4 热力学第一定律与气体实验定律的综合 思维流程 重难・核心突破 重难01 对热力学定律的理解和应用 【典例突破】（2026·北京·高考真题）一定质量的理想气体在等温膨胀过程中（     ） A．气体压强减小 B．外界对气体做正功 C．气体分子平均动能增大 D．气体与外界无热量交换 【变式研析】 1．（2026·贵州遵义·一模）某汽车轮胎修补后用气泵快速充气，充气结束时胎内气体温度高于环境温度。关闭气门后静置，轮胎内气体质量和体积均不变，最终胎内气体温度降至环境温度。若胎内气体视为理想气体，环境温度保持不变，上述降温过程中（　　） A．胎内气体对外界做功 B．外界对胎内气体做功 C．胎内气体吸收热量 D．胎内气体放出热量 2．（2026·四川遂宁·一模）下列说法中不正确的是（     ） A．把地面的土壤锄松，有助于保存地下的水分 B．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 C．玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端就会变钝，这是由于高温使分子无规则热运动加剧的缘故 D．液体表面层里的分子间距离比平衡距离大些，是表面张力存在的原因 重难02 热力学第一定律与图像的综合应用 【典例突破】（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）（多选）一定质量的理想气体由状态经状态、变化到状态，图像如图所示，则（     ） A．状态的温度比状态的高 B．状态的内能比状态的大 C．、过程气体对外做的功相等 D．过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 【变式研析】 1．（2026·贵州黔东南·模拟预测）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 2．（2025·山东泰安·模拟预测）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，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，其中BC的延长线过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过程中气体的压强增大了4p0 B．B→C过程中气体对外界放出的热量大于外界对气体做的功 C．C→D过程中气体的压强变小，气体从外界吸收热量 D．D→A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增加 重难03 热力学定律与气体实验定律的综合应用 【典例突破】（2026·江苏·高考真题）压缩空气储存能量的某个过程中，一定质量的空气从状态压缩至温度相同的状态，此过程中外界对空气做功为。已知状态的压强为、体积为，状态的体积为，空气可视为理想气体。求： （1）该过程气体放出的热量； （2）状态的压强p。 【变式研析】 1．（2026·四川·模拟预测）高压锅通过提高锅内气压来提升水的沸点，实现快速烹饪。如图所示，某高压锅锅体容积为，锅体横截面积为，限压阀喷嘴横截面积为，限压阀质量为。未加热时，锅内气体温度与室温相同，压强恒为大气压，加热至限压阀被顶起匀速排气时，锅内温度为。重力加速度大小为，假设锅内气体始终可视为理想气体。下列分析正确的是（     ） A．加热过程中锅内气压升高，只是因为锅内气体分子热运动加剧 B．加热过程中锅内气体压强与热力学温度成正比 C．限压阀若被顶起，锅内气体压强约等于 D．若加热时违规打开限压阀，气体急速膨胀，内能会急剧减小 2．（2026·四川南充·一模）（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 3．（2026·江苏南京·模拟预测）如图所示，某储存舱可简化成内壁光滑的绝热气缸，一质量为，横截面积为的绝热活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内。已知外界大气压强，初始时活塞到气缸底部距离，温度。用电热丝加热气体，活塞到气缸底部距离增大到，电热丝放出热量。求： （1）加热后气体的温度； （2）气体内能的变化量。 拔高・分层集训 基础演练 1．中华传统成语蕴含丰富物理知识，“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态，其蕴含的物理规律是（     ） A．机械能守恒定律 B．热平衡定律 C．热力学第一定律 D．热力学第二定律 2．一定质量的100℃的水汽化为100℃的水蒸气。下列说法正确的是（     ） A．分子平均动能增加 B．分子势能不变 C．汽化过程分子力做负功 D．内能增量等于吸收的热量 3．下列有关热力学第一定律和热力学第二定律说法错误的是（     ） A．一定质量的理想气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J B．热力学第一定律实际上是内能与其他形式能量发生转化时的能量守恒定律 C．热力学第二定律表明热量不能从低温物体传递到高温物体 D．第二类永动机违反了热力学第二定律 4．下列关于能量转化或转移过程的说法中正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 5．下列说法正确的是（     ） A．热量不可以从低温物体传给高温物体 B．第一类永动机违背了热力学第二定律 C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 D．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律 6．图示是一定质量的理想气体经过一系列过程的图。其中是等温过程，是绝热过程，则（　　） A．温度不变 B．温度降低 C．放出热量 D．放出热量 7．如图，在气密性良好的空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。在压缩筒内气体的过程中，下列说法正确的是（     ） A．气体从外界吸热 B．气体对外界做正功 C．气体内能增加 D．气体可能做等压变化 8．一定质量的理想气体经历了的循环，其图像如图所示，其中过程气体分子的平均动能不变，与纵轴平行，与横轴平行，下列说法正确的是（     ） A．过程，气体的内能增大 B．过程，气体分子在单位时间对单位面积的碰撞次数减少 C．过程，气体放出热量 D．一个循环过程中，气体吸收的热量大于放出的热量 9．某拖拉机的往复式柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体经历的迪塞尔循环，则下列说法正确的是（     ） A．过程中气体内能减小 B．过程中外界对气体做功 C．过程中气体从外界吸收热量 D．气体在状态的温度比状态的温度低 10．一定质量的理想气体，在一段过程中经历状态a→b→c，已知该气体在状态a时的压强为p0、体积为V0、温度为T0，其体积V与V0的比值随热力学温度T变化的关系图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体状态从a→b分子数密度不变 B．气体状态从b→c压强减小，气体对外放热 C．气体状态从a→b对外做的功为0.5p0V0 D．气体在状态c时的压强为2p0 11．“海琴”号是我国于2025年投入使用的新型6000米级深海电动潜水器，某次深海作业过程中，其内部封闭的理想气体经历了如图所示的循环过程，图中过程为一个完整循环过程。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b时的压强为 B．过程中，外界对气体做的功为 C．过程中，气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功 D．一个完整循环的过程中，气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量 12．如图所示，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、和后再回到状态，已知状态时的温度为，关于该循环，下列说法正确的是（     ） A．整个过程中温度最高的是状态且 B．在过程中，气体放出的热量小于外界对气体做的功 C．该循环过程气体从外界吸收的热量等于该图像围成阴影部分的面积 D．该循环过程气体从外界吸收的热量可全部用于对外做功，而对外界不产生其他影响 13．“太空行走”是航天员的常规工作项目。航天员出舱前先要“减压”，从太空返回后要“升压”，因此飞船要设置“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满一定量的稀薄气体（可视为理想气体），气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子平均动能增加 C．气体压强变小，温度不变 D．B中气体可能自发地全部退回到A中 14．一定质量的理想气体图像如图所示，已知，。气体从状态1变到状态2的过程中，下列说法正确的是（     ） A．气体对外界做负功 B．气体的内能减少 C．气体的温度升高 D．气体向外界放出热量 15．一定质量的理想气体，其图像上的等温线与绝热线相交于点，从状态分别膨胀相同体积至、状态，下列说法正确的是（     ） A．是等温过程 B．点温度小于点温度 C．气体对外做功 D．内能变化量 16．一定量的理想气体从状态a（p0，V0，T0）经热力学过程a➝b、b➝c、c➝a后又回到状态a，如图。下列说法正确的是（     ） A．a➝b过程中，气体内能的增加量大于从外界吸收的热量 B．c➝a过程中，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数不变 C．b➝c过程中，气体内能减小 D．c➝a过程中，外界对气体做的功为p0V0 17．（多选）下列关于能量转化的说法中，正确的是（     ） A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 18．（多选）如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，经历了a→b→c→a一个完整循环过程，其p-V图像如图所示。已知a→b过程为等温变化，b→c过程为等容变化，下列说法正确的是（     ） A．气体在状态b时的压强为 B．c→a过程中外界对气体所做的功为 C．a→b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 19．（多选）空气弹簧是一种广泛应用于商业汽车、巴士、高铁及建筑物基座的减震装置，其基本结构和原理如图所示，在导热良好的汽缸和可自由滑动的活塞之间密封着一定质量的理想气体，若外界温度保持不变，缓慢增大重物的质量，下列说法正确的是（     ） A．汽缸内气体的压强始终大于外界大气压 B．汽缸内气体的内能一定不变 C．汽缸内气体一定从外界吸热 D．汽缸内气体对汽缸底部单位时间内撞击的分子数减少 20．（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 21．如图所示，下端封闭、粗细均匀的玻璃管竖直放置，用的水银柱封闭长的空气柱，玻璃管的长度，玻璃管的横截面积，大气压强恒为水银柱，环境温度为，水银密度，重力加速度g取。 （1）若玻璃管以的加速度匀加速上升，求温度稳定不变时封闭空气柱的长度； （2）若环境温度缓慢升高使水银柱上升到顶端，封闭气体内能增加3.44 J，求此时环境温度和封闭气体吸收热量。 22．某科研小组设计了一个简易的气体温度计用于监测实验室恒温环境的温度变化。他们将一根导热良好的玻璃管竖直放置，下端封闭，上端通过一质量的光滑活塞密封一定质量的理想气体。玻璃管的横截面积。当环境温度时，封闭气柱的长度，此时活塞恰好静止在管内的标记位置处。已知大气压强，取重力加速度大小。实验时，将玻璃管缓慢竖直浸入温度的恒温水浴容器中，活塞再次达到平衡。 （1）求气体在温度时的压强； （2）求再次平衡时气柱的长度； （3）实验发现，该气体的内能与热力学温度成正比，当温度为时，气体的内能，求气体从温度变化到的过程中，从外界吸收的热量Q。 23．一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其变化过程如图所示。气体在a的状态参量分别为、和，状态b的温度为，状态a和状态c的温度相等。求： （1）状态b处的气体体积； （2）若气体从状态a到状态c吸收热量Q，气体从状态b变化到状态c的过程中外界对气体做的功。 24．如图（a），竖直圆柱形汽缸导热性良好，用横截面积为S的活塞封闭一定量的理想气体，活塞质量为m0，此时活塞静止，距缸底高度为H。在活塞上缓慢加上细沙，静止后，活塞距缸底高度H'=H，如图（b）所示。不计活塞与汽缸间的摩擦，已知大气压强为p0，外界温度恒为27 ℃，重力加速度为g，汽缸始终保持竖直。 （1）求所加细沙的质量m1。 （2）在未取走细沙的前提下，为使活塞距缸底高度回到H，密封气体的热力学温度应缓慢上升到多少？若此过程中气体内能增加了ΔU，求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q。 25．一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示。A状态的压强为，求： （1）B状态的温度； （2）C状态的压强； （3）完成一次循环，气体与外界热交换的热量。 能力进阶 1．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经状态B、状态C再回到状态A。图中p0、V0均为已知量，气体在状态B时的热力学温度为T0，下列说法正确的是（     ） A．气体再回到状态A时，内能增加 B．气体在状态A时的热力学温度为3T0 C．在A→B过程中，外界对气体做功为2p0V0 D．在A→B→C→A循环中，气体向外界放出热量p0V0 2．一定质量气体的温度随体积变化如图所示，其中为经过原点的抛物线，为过原点的直线，在点时气体的体积为，温度为，在点时气体压强为。则下列说法正确的是（     ） A．点时气体的压强为 B．点时气体的温度为 C．从经到再回到过程中，气体放出热量为 D．气体在点时单位时间和单位面积器壁碰撞的次数大于在点时 3．一定质量的理想气体由状态经过状态变为状态又回到状态，其图像如图所示。据此可知（     ） A．过程中，气体温度保持不变 B．过程中，气体温度先降低后升高 C．过程中，气体从外界吸热 D．过程中，气体从外界吸热 4．以状态为起始点、在两个恒温热源之间工作的卡诺逆循环过程（制冷机）的图像如图所示，虚线、为等温线。该循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，该过程以理想气体为工作物质，工作物质与低温热源和高温热源交换热量的过程为等温过程，脱离热源后的过程为绝热过程。下列说法正确的是（     ） A．过程，气体内能减小量大于气体对外界做的功 B．一个循环过程中，外界对气体做的功等于气体对外界做的功 C．过程气体向外界释放的热量等于过程气体从低温热源吸收的热量 D．过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功 5．（多选）如图所示为一定质量的理想气体经状态的图像，下列说法正确的是（     ） A．点的体积等于点的体积 B．过程气体吸收的热量等于过程气体放出的热量 C．单位时间撞击单位面积的分子数状态大于状态 D．过程气体体积的变化量大小等于过程气体体积的变化量大小 6．如图是监测化工厂反应器工作温度的装置。导热良好且容积为的容器固定在反应器中，上方安装一截面积为的透明绝热导管，导管上方没有封闭。导管内用一绝热薄活塞使容器内封闭一定质量的气体。初始时封闭气体温度为，活塞位于导管下端口A处。发生反应时，活塞位置随气体温度的升高开始缓慢上升。一劲度系数的轻弹簧上端固定于导管顶部，下端B距离A处的距离为，当弹簧压缩量达到时将触发高温报警。容器内气体视为理想气体，忽略活塞与导管间的摩擦，已知活塞的质量，取，大气压强为。求： （1）当活塞上升到B点时，容器内气体的温度； （2）当活塞上升到B点时，容器内气体与外界交换的热量，气体内能变化量ΔU； （3）刚好触发高温报警时，容器内气体的温度。 7．如图所示，容积为的导热汽缸A内用一活塞封闭一定质量的气体，活塞上方与大气连通，大气压强恒为，活塞的横截面积为S，质量为（g为重力加速度），汽缸A通过差压阀与另一容积为V的导热汽缸B连接。当B中气体压强减去A中气体压强大于时差压阀打开，B中气体缓慢进入A中；当该差值小于或等于时差压阀关闭。开始时环境温度为，A内气体体积为，当环境温度缓慢升高至时，差压阀恰好要打开。A、B内的气体为同种气体，可看作理想气体，差压阀与连接管内的气体体积不计，忽略活塞与汽缸间的摩擦，活塞的体积不计，活塞的密封性良好。 （1）求开始时汽缸B内气体的压强； （2）若上述升温过程中，A内气体与外界交换的热量数值为Q，求此过程中气体内能的变化量； （3）当温度升高至时，保持环境温度不变，在活塞上方施加一竖直向上的外力F，使活塞缓慢上移，求活塞恰好移至汽缸顶端开口处时外力F的大小。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第47讲 热力学定律与能量守恒定律（培优复习讲义） 内容导航 夯实基础·突破重难·分层提能 考情・分析解读（课标要求 考情解读 备考策略） 基础・知识梳理（专题线索 知识导图 知识梳理） 知识01 热力学第一定律 能量守恒定律 知识02 热力学第二定律 知识03 热力学第一定律与图像的综合应用 知识04 热力学第一定律与气体实验定律的综合 重难・核心突破（技法点拨 典例突破 变式研析） 重难01 对热力学定律的理解和应用 重难02 热力学第一定律与图像的综合应用 重难03 热力学定律与气体实验定律的综合应用 拔高・分层集训（基础演练 能力进阶 真题实战） 考情·分析解读 课标要求 1．理解热力学第一定律，能用热力学第一定律解决相关问题。 2．理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。 3．会分析热力学第一定律和气体实验定律的综合问题。 考题统计 核心考点 2026年 2025年 2024年 热力学定律与能量守恒定律 （5年56考） 江西卷T12、浙江卷T16、北京卷T3、江苏卷T13、黑吉辽蒙卷T8、贵州卷T8、湖南卷T8、云南卷T14 贵州卷T9、天津卷T4、浙江卷T16、T11A、重庆卷T2、甘肃卷T9、北京卷T1、河北卷T2、陕晋青宁卷T13、安徽卷T3、江苏卷T6、山东卷T16、福建卷T9、湖北卷T3 天津卷T2、贵州卷T13、浙江卷T19、海南卷T11、北京卷T3、河北卷T9、山东卷T6、江西卷T5、湖北卷T13、新课标卷T8、福建卷T9 考情解读 1．考查频次：高考高频考点，多以选择题形式出现，常结合气体实验定律综合命题，热学大题也会嵌入热力学第一定律分析。 2．考查要点：热力学第一定律ΔU＝Q＋W的符号规则与内能变化判断；热力学第二定律两种表述、方向性理解；能量守恒定律，区分第一类、第二类永动机。 3．命题情境：气缸活塞模型、绝热容器、充气放气、相变过程、热传递等热学经典模型，结合生活热现象、能源利用情境。 备考策略 1．厘清符号：牢记热力学第一定律符号规定，区分做功、吸放热对内能的影响。 2．辨析定律：对比两条热力学定律，理解“能量守恒”和“宏观热现象具有方向性”两层含义。 3．综合建模：联动气体实验定律，先分析状态参量变化，再判断做功、内能变化。 基础・知识梳理 知识导图 核心梳理 知识1 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）热传递。 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 符号 W Q ΔU ＋ 　外界　对　系统　做功 系统　吸收　热量 内能　增加　 － 　系统　对　外界　做功 系统　放出　热量 内能　减少　 解题时特殊字眼“翻译” 1．绝热：没有传热（Q=0）。 2．等容：体积不变，不做功（W=0）。 3．膨胀：体积变大，物体对外界做功（W≤0）。 4．等温：分子平均动能不变，理想气体内能不变（理想气体ΔU=0）。 5．等压，体积变化ΔV：外界对物体做的功W=－pΔV。 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）第一类永动机是不可能制成的，它违背了　能量守恒定律　。 知识2 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”。 （3）说明 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。 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。 （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）。 （4）不同气体A和B混合气体AB。 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3 热力学第一定律与图像的综合应用 1．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。 2．三类图像中气体状态变化过程的分析 （1）等温线之间变化 a→b，等温降压膨胀，内能不变，吸收的热量等于气体对外做的功 b→c，等容升温升压，不做功，吸收的热量等于内能增加量 c→a，等压降温压缩，放出的热量等于外界做的功和内能减少量之和 （2）等容线之间变化 a→b，等温降压膨胀，内能不变，吸收的热量等于气体对外做的功 b→c，等容升温升压，不做功，吸收的热量等于内能增加量 c→a，等压降温压缩，放出的热量等于外界对气体做的功和内能减少量之和 （3）等压线之间变化 a→b，等温升压压缩，内能不变，外界对气体做的功等于放出的热量 b→c，等压升温膨胀，吸收的热量等于内能增加量和气体对外做的功之和 c→a，等容降温降压，不做功，内能减少量等于放出的热量 知识4 热力学第一定律与气体实验定律的综合 思维流程 重难・核心突破 重难01 对热力学定律的理解和应用 【典例突破】（2026·北京·高考真题）一定质量的理想气体在等温膨胀过程中（     ） A．气体压强减小 B．外界对气体做正功 C．气体分子平均动能增大 D．气体与外界无热量交换 【答案】A 【解析】A．一定质量的理想气体等温过程满足玻意耳定律（为常量），膨胀时体积增大，因此压强减小，故A正确； B．气体膨胀时体积增大，是气体对外界做功，外界对气体做负功，故B错误； C．理想气体分子平均动能仅由温度决定，等温过程温度不变，分子平均动能不变，故C错误； D．理想气体内能仅与温度有关，等温过程内能变化；根据热力学第一定律（为外界对气体做的功），本题中，可得，即气体从外界吸收热量，存在热量交换，故D错误。 故选A。 【变式研析】 1．（2026·贵州遵义·一模）某汽车轮胎修补后用气泵快速充气，充气结束时胎内气体温度高于环境温度。关闭气门后静置，轮胎内气体质量和体积均不变，最终胎内气体温度降至环境温度。若胎内气体视为理想气体，环境温度保持不变，上述降温过程中（　　） A．胎内气体对外界做功 B．外界对胎内气体做功 C．胎内气体吸收热量 D．胎内气体放出热量 【答案】D 【解析】AB．降温过程中轮胎内气体体积不变，理想气体等容变化时，气体和外界之间不存在做功的相互作用，因此A、B错误； CD．理想气体的内能仅由温度决定，气体温度降低，内能减小，即ΔU<0 根据热力学第一定律ΔU=W+Q 等容过程中W=0，因此Q=ΔU<0 说明胎内气体向外界放出热量，C错误，D正确。 故选D。 2．（2026·四川遂宁·一模）下列说法中不正确的是（     ） A．把地面的土壤锄松，有助于保存地下的水分 B．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 C．玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端就会变钝，这是由于高温使分子无规则热运动加剧的缘故 D．液体表面层里的分子间距离比平衡距离大些，是表面张力存在的原因 【答案】C 【解析】A．土壤内部存在大量毛细管，地下水会沿毛细管上升到地表蒸发，锄松土壤可破坏表层的毛细管，减少水分蒸发，有利于保存地下水分，故A正确； B．根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故B正确； C．玻璃裂口烧熔后尖端变钝，是熔化的玻璃在表面张力作用下表面收缩、趋向表面积最小的缘故，不是分子无规则热运动加剧导致的，故C错误； D．液体表面层里的分子间距离比平衡距离大些，分子力表现为引力，这是表面张力存在的原因，D正确。 本题选不正确的，故选C。 重难02 热力学第一定律与图像的综合应用 【典例突破】（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）（多选）一定质量的理想气体由状态经状态、变化到状态，图像如图所示，则（     ） A．状态的温度比状态的高 B．状态的内能比状态的大 C．、过程气体对外做的功相等 D．过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 【答案】BD 【解析】A．根据题意，由图可知，从过程中，气体的压强不变，气体做等压变化，由于气体体积增大，则气体温度升高，可知，状态a的温度比状态b的低，故A错误； B．从过程中，结合图像，由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，则状态b的内能比状态c的大，故B正确； C．根据图像的面积表示气体做功，由图可知，过程中，气体对外做功为 过程中，气体对外做功为 可知，、过程气体对外做的功不相等，故C错误； D．由图可知，过程气体的压强不变，气体做等压变化，由于气体体积增大，则气体温度升高，气体的内能增大，由热力学第一定律可知，过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量，故D正确。 故选BD。 【变式研析】 1．（2026·贵州黔东南·模拟预测）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 【解析】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。 2．（2025·山东泰安·模拟预测）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，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，其中BC的延长线过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过程中气体的压强增大了4p0 B．B→C过程中气体对外界放出的热量大于外界对气体做的功 C．C→D过程中气体的压强变小，气体从外界吸收热量 D．D→A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增加 【答案】B 【解析】A．A→B过程为等容过程，根据查理定律有 解得 可知，A→B过程中气体的压强增大了，故A错误； B．由于BC的延长线过O点，根据盖吕萨克定律可知，该过程为等压过程，压强不变，B→C过程，温度降低，气体内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体对外界放出的热量大于外界对气体做的功，故B正确； C．C→D过程中为等容过程，温度降低，根据查理定律可知，气体的压强变小，温度降低，气体内能减小，体积一定，气体与外界之间做功为0，根据热力学第一定律，气体向外界释放热量，故C错误； D．D→A过程为等温过程，根据玻意耳定律可知，体积增大，压强减小，由于温度一定，则分子运动的平均速率一定，一个分子与器壁撞击的平均作用力一定，而压强减小，则气体分子在单位时间内对单位面积容器的碰撞次数减少，故D错误。 故选B。 重难03 热力学定律与气体实验定律的综合应用 【典例突破】（2026·江苏·高考真题）压缩空气储存能量的某个过程中，一定质量的空气从状态压缩至温度相同的状态，此过程中外界对空气做功为。已知状态的压强为、体积为，状态的体积为，空气可视为理想气体。求： （1）该过程气体放出的热量； （2）状态的压强p。 【答案】（1） （2） 【解析】（1）理想气体经历从状态到状态等温变化，气体的内能不变，由热力学第一定律有 解得 负号表示气体放出热量为。 （2）理想气体经历从状态到状态等温变化，由玻意耳定律有 解得 【变式研析】 1．（2026·四川·模拟预测）高压锅通过提高锅内气压来提升水的沸点，实现快速烹饪。如图所示，某高压锅锅体容积为，锅体横截面积为，限压阀喷嘴横截面积为，限压阀质量为。未加热时，锅内气体温度与室温相同，压强恒为大气压，加热至限压阀被顶起匀速排气时，锅内温度为。重力加速度大小为，假设锅内气体始终可视为理想气体。下列分析正确的是（     ） A．加热过程中锅内气压升高，只是因为锅内气体分子热运动加剧 B．加热过程中锅内气体压强与热力学温度成正比 C．限压阀若被顶起，锅内气体压强约等于 D．若加热时违规打开限压阀，气体急速膨胀，内能会急剧减小 【答案】D 【解析】A．加热过程，锅内气压升高有两个原因：温度升高，分子热运动加剧；水蒸发，锅内气体分子数增多，故A错误； B．在限压阀被顶起之前，锅内气体质量不变、体积不变，才满足查理定律，锅内气体压强与热力学温度成正比；但一旦限压阀顶起，气体不断排出，气体质量减少，不再满足质量不变条件，压强与热力学温度不再成正比，故B错误； C．限压阀被顶起时，受力平衡，受力面积是喷嘴横截面积，不是锅体横截面积。 根据受力平衡可得 解得锅内气体压强约等于，故C错误； D．打开限压阀，气体急速膨胀，这个过程时间很短，热量交换 气体对外做功，即 由热力学第一定律得 可得内能急剧减小，故D正确。 故选D。 2．（2026·四川南充·一模）（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 【解析】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。 3．（2026·江苏南京·模拟预测）如图所示，某储存舱可简化成内壁光滑的绝热气缸，一质量为，横截面积为的绝热活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内。已知外界大气压强，初始时活塞到气缸底部距离，温度。用电热丝加热气体，活塞到气缸底部距离增大到，电热丝放出热量。求： （1）加热后气体的温度； （2）气体内能的变化量。 【答案】（1）450K （2）42J 【解析】（1）活塞光滑且可自由移动，封闭气体的压强始终保持恒定，为等压变化过程，符合盖-吕萨克定律 其中气体初始体积，末态体积 代入已知条件得 （2）先对活塞受力分析，活塞受力平衡 因此 气体等压膨胀，对外做功的大小为 气缸和活塞均绝热，气体仅从电热丝吸收热量 根据热力学第一定律 得到 拔高・分层集训 基础演练 1．中华传统成语蕴含丰富物理知识，“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态，其蕴含的物理规律是（     ） A．机械能守恒定律 B．热平衡定律 C．热力学第一定律 D．热力学第二定律 【答案】D 【解析】A．机械能守恒定律反映的是在只有重力或系统内弹力做功时，系统机械能保持不变的规律，与宏观自然过程的方向性无关，故A错误； B．热平衡定律即热力学第零定律，反映相互处于热平衡的系统具有相同温度的规律，与题意所述宏观自然过程的方向性无关，故B错误； C．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表达，描述能量转化和转移过程中的总量守恒，不涉及宏观自然过程的方向性，故C错误； D．热力学第二定律表明，与热现象有关的宏观自然过程具有方向性，“覆水难收”体现了宏观过程的自发不可逆性，符合热力学第二定律的规律，故D正确。 故选D。 2．一定质量的100℃的水汽化为100℃的水蒸气。下列说法正确的是（     ） A．分子平均动能增加 B．分子势能不变 C．汽化过程分子力做负功 D．内能增量等于吸收的热量 【答案】C 【解析】A．温度是分子平均动能的唯一标志，水汽化前后温度均为100℃，分子平均动能不变，故A错误； B．水汽化过程中分子间距增大，分子势能增加，故B错误； C．液态水分子间距接近平衡距离，汽化后分子间距远大于，此过程分子力表现为引力，分子位移方向与引力方向相反，分子力做负功，故C正确； D．根据热力学第一定律，水汽化时体积膨胀对外做功，，因此，内能增量小于吸收的热量，故D错误。 故选C。 3．下列有关热力学第一定律和热力学第二定律说法错误的是（     ） A．一定质量的理想气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J B．热力学第一定律实际上是内能与其他形式能量发生转化时的能量守恒定律 C．热力学第二定律表明热量不能从低温物体传递到高温物体 D．第二类永动机违反了热力学第二定律 【答案】C 【解析】A．根据热力学第一定律，规定气体对外做功时为负，从外界吸热时为正。本题中，，代入得，即内能增大20 J，故A正确； B．热力学第一定律本质是能量守恒定律在热现象中的具体体现，描述的是内能与其他形式能量发生转化时的守恒规律，故B正确； C．热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。若存在外界做功（如制冷机工作），热量可以从低温物体传递到高温物体，选项表述遗漏了“自发”的前提条件，故C错误； D．第二类永动机的设想是从单一热源吸热全部转化为有用功且不产生其他影响，违背了热力学第二定律，不可能制成，故D正确。 本题选错误的，故选C。 4．下列关于能量转化或转移过程的说法中正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 【答案】B 【解析】A．能量守恒的过程不一定都能自发发生，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，A错误； B．根据能量的转化或转移具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确； C．太阳能是太阳内部核聚变释放的能量，开发利用太阳能只是能量的转移/转化，并非凭空产生新能量，违背能量守恒的表述不成立，C错误； D．能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，D错误。 故选B。 5．下列说法正确的是（     ） A．热量不可以从低温物体传给高温物体 B．第一类永动机违背了热力学第二定律 C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 D．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律 【答案】D 【解析】A．两个温度不同的物体相互接触时，热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，但是可以通过外力做功将热量从低温物体传给高温物体，故A错误 B．第一类永动机违背了能量守恒定律，不能被制造出来，故B错误 C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能，但会引起其他变化，C错误 D．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，同样不能被制造成功，故D正确。 故选D。 6．图示是一定质量的理想气体经过一系列过程的图。其中是等温过程，是绝热过程，则（　　） A．温度不变 B．温度降低 C．放出热量 D．放出热量 【答案】D 【解析】A．A→B是等压膨胀过程 根据理想气体状态方程 压强不变、体积增大时，温度一定升高，故A错误； B．A→C过程 C点的体积与D点相同，但压强大于D点，由 可知 而 因此 温度升高，故B错误。 C．已知是绝热过程，该过程气体体积膨胀，气体对外做功，绝热过程，由热力学第一定律 可知，理想气体内能仅由温度决定，因此绝热膨胀后温度降低，F点温度低于A点， 对比：E点压强比F点大，体积与F点相同，因此 E点温度高于F点、低于A点，过程内能变化 同时气体膨胀对外做功 代入热力学第一定律 可得 即气体吸收热量而非放出热量，故C错误； D．对比：G点压强比F点小，体积与F点相同，因此 G点温度低于F点，远低于A点，过程内能变化 气体膨胀对外做功 且G过程的比绝热过程的F点更小，温度降低幅度比绝热过程更大，内能减少量比绝热过程更多，代入热力学第一定律可知 即气体放出热量，故D正确。 故选D 。 7．如图，在气密性良好的空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。在压缩筒内气体的过程中，下列说法正确的是（     ） A．气体从外界吸热 B．气体对外界做正功 C．气体内能增加 D．气体可能做等压变化 【答案】C 【解析】A．下压活塞时可近似为绝热过程，气体与外界几乎无热量交换，A错误； B．下压活塞时，是活塞对筒内气体做正功，B错误； C．根据热力学第一定律 绝热过程，外界对气体做功 因此，气体内能增加，C正确； D．根据理想气体状态方程 压缩过程中气体体积减小、温度升高，因此气体压强必然增大，不可能是等压变化，D错误。 故选C。 8．一定质量的理想气体经历了的循环，其图像如图所示，其中过程气体分子的平均动能不变，与纵轴平行，与横轴平行，下列说法正确的是（     ） A．过程，气体的内能增大 B．过程，气体分子在单位时间对单位面积的碰撞次数减少 C．过程，气体放出热量 D．一个循环过程中，气体吸收的热量大于放出的热量 【答案】D 【解析】A．理想气体内能仅由温度决定，题干说明过程气体分子平均动能不变，即温度不变，因此气体内能不变，故A错误； B．是等压压缩过程，压强不变、体积减小，由盖-吕萨克定律 可知气体温度降低，分子平均动能减小。压强由分子平均动能和单位时间单位面积的器壁碰撞次数共同决定，压强不变、分子平均动能减小时，单位时间对单位面积的碰撞次数一定增多，故B错误； C．是等容过程，气体体积不变，因此外界对气体做功 该过程压强增大，由查理定律 可知温度升高，理想气体内能增量 根据热力学第一定律 可得 说明气体吸收热量，故C错误； D．循环结束后气体回到初始状态，总内能变化 在图像中，循环包围的面积对应气体对外做的净功，等温膨胀过程气体对外做功，等压压缩过程外界对气体做功，由于等温线始终在等压线上方，气体对外做的功大于外界对气体做的功，因此整个循环过程外界对气体做功 根据热力学第一定律 可得 因此气体吸收的总热量大于放出的总热量，故D正确。 故选D。 9．某拖拉机的往复式柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体经历的迪塞尔循环，则下列说法正确的是（     ） A．过程中气体内能减小 B．过程中外界对气体做功 C．过程中气体从外界吸收热量 D．气体在状态的温度比状态的温度低 【答案】D 【解析】A．是绝热压缩过程，气体体积减小，外界对气体做功；绝热过程 由热力学第一定律得，理想气体内能仅由温度决定，因此气体内能增大，A错误； B．是等压膨胀过程，气体体积增大，气体对外界做功，B错误； C．是等容过程，气体体积不变，因此做功 压强减小，由理想气体状态方程可知气体温度降低， 内能减小 由热力学第一定律，得，气体向外界放出热量，C错误； D．在绝热膨胀过程中 气体对外做功 由热力学第一定律可得 内能减小，温度降低， 综合可得，D正确。 故选D。 10．一定质量的理想气体，在一段过程中经历状态a→b→c，已知该气体在状态a时的压强为p0、体积为V0、温度为T0，其体积V与V0的比值随热力学温度T变化的关系图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体状态从a→b分子数密度不变 B．气体状态从b→c压强减小，气体对外放热 C．气体状态从a→b对外做的功为0.5p0V0 D．气体在状态c时的压强为2p0 【答案】C 【解析】A．由图可知，气体从a→b的过程中，-T图像为过原点的倾斜直线，可知气体压强不变，体积增大，则分子数密度减小，故A错误； C．气体状态从a→b发生等压变化，则 解得 气体对外做的功为，故C正确； B．气体状态从b→c体积不变，温度升高，则， 根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故B错误； D．从b到c的过程中，体积不变，则， 所以，故D错误。 故选C。 11．“海琴”号是我国于2025年投入使用的新型6000米级深海电动潜水器，某次深海作业过程中，其内部封闭的理想气体经历了如图所示的循环过程，图中过程为一个完整循环过程。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b时的压强为 B．过程中，外界对气体做的功为 C．过程中，气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功 D．一个完整循环的过程中，气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量 【答案】D 【解析】A．过程为等温变化，根据玻意耳定律有 解得，故A错误； 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．过程为等温变化，温度不变，则气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功，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，气体体积先不变后减小，外界对气体做功，且过程中气体对外界做功小于过程中外界对气体做功。 所以，一个完整循环过程中，外界对气体做功，即 由于一个完整循环过程中，气体内能不变，即 根据热力学第一定律 可得 则一个完整循环过程中，气体向外界放热，即气体从外界吸收的热量小于向外界放出的热量，故D正确。 故选D。 12．如图所示，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、和后再回到状态，已知状态时的温度为，关于该循环，下列说法正确的是（     ） A．整个过程中温度最高的是状态且 B．在过程中，气体放出的热量小于外界对气体做的功 C．该循环过程气体从外界吸收的热量等于该图像围成阴影部分的面积 D．该循环过程气体从外界吸收的热量可全部用于对外做功，而对外界不产生其他影响 【答案】C 【解析】A．根据 可知乘积越大，温度越高。B状态有， A状态有 C状态有 D状态有 因此温度最高的是状态C，对B、C状态有 解得 可得，故A错误； B．A到B的过程中有 因此 理想气体内能仅与温度有关，故 体积减小，外界对气体做功 由热力学第一定律 可得 即气体放出的热量等于外界对气体做的功，故B错误； C．循环过程气体回到初始状态，总内能变化 图中循环过程围成的阴影面积等于气体对外做的净功，由热力学第一定律有 可得 即该循环过程气体净吸收的热量等于阴影面积，故C正确； D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热，将热量全部用于对外做功而对外界不产生其他影响，故D错误。 故选C。 13．“太空行走”是航天员的常规工作项目。航天员出舱前先要“减压”，从太空返回后要“升压”，因此飞船要设置“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满一定量的稀薄气体（可视为理想气体），气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子平均动能增加 C．气体压强变小，温度不变 D．B中气体可能自发地全部退回到A中 【答案】C 【解析】A．打开阀门K后，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以A中的气体不会做功，故A错误； B．气体分子间作用力忽略不计，所以气体分子间没有分子势能，又因为系统与外界无热交换，所以气体的温度不变，气体平均动能也不变，故B错误； C．膨胀后气体体积增大，温度不变，由玻意耳定律 可知，气体压强减小，故C正确； D．由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D错误。 故选C。 14．一定质量的理想气体图像如图所示，已知，。气体从状态1变到状态2的过程中，下列说法正确的是（     ） A．气体对外界做负功 B．气体的内能减少 C．气体的温度升高 D．气体向外界放出热量 【答案】C 【解析】A．由图可知，气体从状态 1 到状态 2 的过程中，体积增大，气体对外界做正功，故 A 错误； BC．根据理想气体状态方程 可知 状态 1 的乘积为 状态 2 的乘积为 联立可得 故，即气体的温度升高。 对于一定质量的理想气体，内能只与温度有关，温度升高，则气体的内能增加，故 B 错误，C 正确； D．根据热力学第一定律 气体体积增大，对外做功，即；温度升高，内能增加，即 。 可得，说明气体从外界吸收热量，故 D 错误。 故选 C。 15．一定质量的理想气体，其图像上的等温线与绝热线相交于点，从状态分别膨胀相同体积至、状态，下列说法正确的是（     ） A．是等温过程 B．点温度小于点温度 C．气体对外做功 D．内能变化量 【答案】A 【解析】AB．气体发生绝热变化时，Q=0，体积变大，气体对外做功W<0，根据热力学第一定律可知，内能减小，∆U<0，则温度降低，即OB是绝热线，是等温线，点温度大于点温度，A正确，B错误； C．因图像与坐标轴围成的面积等于气体对外做功，则气体对外做功，C错误； D．等温变化过程中内能不变，则，则绝热过程中内能减小，即，可知内能变化量，D错误。 故选A。 16．一定量的理想气体从状态a（p0，V0，T0）经热力学过程a➝b、b➝c、c➝a后又回到状态a，如图。下列说法正确的是（     ） A．a➝b过程中，气体内能的增加量大于从外界吸收的热量 B．c➝a过程中，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数不变 C．b➝c过程中，气体内能减小 D．c➝a过程中，外界对气体做的功为p0V0 【答案】D 【解析】A．a➝b过程中，气体温度升高，内能增加，由理想气体状态方程，p-T图线过原点，说明是等容过程，气体发生等容变化，外界对气体不做功，根据热力学第一定律ΔU=W+Q 气体内能的增加量等于从外界吸收的热量，故A错误； B．c➝a过程中，气体发生等压变化，气体温度降低，气体分子平均动能减小，又气体压强不变，则单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数增多，故B错误； C．b➝c过程中，气体发生等温变化，气体温度不变，可知气体的内能不变，故C错误； D．c➝a过程中，气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律有 可得Vc=2Va=2V0 外界对气体做的功W=p0（Vc-Va）=p0V0，故D正确。 故选D。 17．（多选）下列关于能量转化的说法中，正确的是（     ） A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 【答案】ABC 【解析】AC．由能量耗散可知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境的内能，而我们无法把这部分内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是在品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的，而自然界的能量仍是守恒的，故AC正确； BD．根据能量守恒定律可知，不论在能量的转化还是能量的转移过程中，能量的总量都是不变的，故B正确，D错误； 故选ABC。 18．（多选）如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，经历了a→b→c→a一个完整循环过程，其p-V图像如图所示。已知a→b过程为等温变化，b→c过程为等容变化，下列说法正确的是（     ） A．气体在状态b时的压强为 B．c→a过程中外界对气体所做的功为 C．a→b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】BD 【解析】A．a→b过程为等温变化，根据玻意耳定律有 解得故 A 错误； B．p-V图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功，c→a过程中，气体体积减小，外界对气体做正功，故 B正确； C．a→b过程为等温变化，内能不变，根据热力学第一定律△U=W+Q，则可得W与Q大小相等正负相反，由于过程中体积变大，气体对外做功，所以需要从外界吸热，故C错误； D．由于p-V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，a→b过程中，气体体积增大，气体对外界做功，b→c→a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 BD。 19．（多选）空气弹簧是一种广泛应用于商业汽车、巴士、高铁及建筑物基座的减震装置，其基本结构和原理如图所示，在导热良好的汽缸和可自由滑动的活塞之间密封着一定质量的理想气体，若外界温度保持不变，缓慢增大重物的质量，下列说法正确的是（     ） A．汽缸内气体的压强始终大于外界大气压 B．汽缸内气体的内能一定不变 C．汽缸内气体一定从外界吸热 D．汽缸内气体对汽缸底部单位时间内撞击的分子数减少 【答案】AB 【解析】A．设活塞的质量为M，根据平衡条件可得 可知汽缸内气体的压强始终大于外界大气压，故A正确； B．由于汽缸导热良好，外界温度保持不变，则汽缸内气体的温度保持不变，汽缸内气体的内能一定不变，故B正确； C．气体的温度保持不变，缓慢增大重物的质量，汽缸内气体的压强增大，根据 可知气体体积减小，外界对气体做正功； 根据热力学第一定律 可知汽缸内气体向外界放热，故C错误； D．由于汽缸内气体的温度保持不变，气体分子平均动能不变，而汽缸内气体的压强增大，根据压强微观意义可知，汽缸内气体对汽缸底部单位时间内撞击的分子数增多，故D错误。 故选AB。 20．（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 【解析】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。 21．如图所示，下端封闭、粗细均匀的玻璃管竖直放置，用的水银柱封闭长的空气柱，玻璃管的长度，玻璃管的横截面积，大气压强恒为水银柱，环境温度为，水银密度，重力加速度g取。 （1）若玻璃管以的加速度匀加速上升，求温度稳定不变时封闭空气柱的长度； （2）若环境温度缓慢升高使水银柱上升到顶端，封闭气体内能增加3.44 J，求此时环境温度和封闭气体吸收热量。 【答案】（1） （2）； 【解析】（1）玻璃管静止时封闭气体体积，压强 玻璃管运动时封闭气体压强 设温度稳定不变时封闭空气柱的长度为，气体体积 由玻意耳定律有 解得 （2）环境温度缓慢升高时气体压强不变，温度 水银柱上升到顶端时封闭空气柱的体积 设此时温度为，由等压变化有 解得 气体对外界做功 由热力学第一定律有 解得 气体吸收热量 22．某科研小组设计了一个简易的气体温度计用于监测实验室恒温环境的温度变化。他们将一根导热良好的玻璃管竖直放置，下端封闭，上端通过一质量的光滑活塞密封一定质量的理想气体。玻璃管的横截面积。当环境温度时，封闭气柱的长度，此时活塞恰好静止在管内的标记位置处。已知大气压强，取重力加速度大小。实验时，将玻璃管缓慢竖直浸入温度的恒温水浴容器中，活塞再次达到平衡。 （1）求气体在温度时的压强； （2）求再次平衡时气柱的长度； （3）实验发现，该气体的内能与热力学温度成正比，当温度为时，气体的内能，求气体从温度变化到的过程中，从外界吸收的热量Q。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）活塞静止时，以活塞为研究对象，沿竖直方向，气体向上的压力与大气压力、重力平衡，有 代入数据得 （2）活塞可自由移动且所受外力不变，气体升温时压强保持。对封闭气体，由盖-吕萨克定律有，因玻璃管横截面积不变，气体体积与气柱长度成正比，故 代入数据得 （3）由题给内能与热力学温度成正比，有 所以气体的内能增量为 气体等压膨胀，对外界做功为 由热力学第一定律，吸收的热量等于内能增量与气体对外做功之和，故 23．一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其变化过程如图所示。气体在a的状态参量分别为、和，状态b的温度为，状态a和状态c的温度相等。求： （1）状态b处的气体体积； （2）若气体从状态a到状态c吸收热量Q，气体从状态b变化到状态c的过程中外界对气体做的功。 【答案】（1） （2） 【解析】（1）由图像可知，理想气体从状态a经状态b做等压变化，根据盖•吕萨克定律有 解得 （2）根据图像可得理想气体从状态a到状态b，外界对气体做功 理想气体状态a到状态c，由热力学第一定律得： 联立解得 24．如图（a），竖直圆柱形汽缸导热性良好，用横截面积为S的活塞封闭一定量的理想气体，活塞质量为m0，此时活塞静止，距缸底高度为H。在活塞上缓慢加上细沙，静止后，活塞距缸底高度H'=H，如图（b）所示。不计活塞与汽缸间的摩擦，已知大气压强为p0，外界温度恒为27 ℃，重力加速度为g，汽缸始终保持竖直。 （1）求所加细沙的质量m1。 （2）在未取走细沙的前提下，为使活塞距缸底高度回到H，密封气体的热力学温度应缓慢上升到多少？若此过程中气体内能增加了ΔU，求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q。 【答案】（1） （2）， 【解析】（1）以密封气体为研究对象，设加沙前、加沙后气体的压强分别为，。初态活塞静止，竖直方向受力平衡，有 加沙过程缓慢且汽缸导热，气体温度保持不变，满足玻意耳定律。由玻意耳定律有，其中， 代入体积表达式，得 题给 由此得 末态活塞静止，竖直方向受力平衡，有 联立以上各式，解得 （2）未取走细沙，活塞所受外载荷不变；缓慢加热时各状态均处于平衡，故气体压强保持为，气体进行等压变化，满足盖-吕萨克定律。题给外界温度为，所以加热初温为，加热前后的体积分别为，，将等压关系写成 由此解得。气体膨胀时对外做功，外界压强为，所以气体对外做功为 代入题给，以及 所以 由热力学第一定律，气体内能变化满足 所以 25．一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示。A状态的压强为，求： （1）B状态的温度； （2）C状态的压强； （3）完成一次循环，气体与外界热交换的热量。 【答案】（1）600K （2） （3）放热150J 【解析】（1）AB线为过原点的倾斜直线，根据可知，该线为等压线，根据盖吕萨克定律有 代入图中数据，解得 （2）对AC状态有 代入图中数据，解得 （3）理想气体从A状态到B状态的过程中，外界对气体做功 从C状态到D状态的过程中，外界对气体做功 一次循环过程中外界对气体所做的总功 理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内能不变。根据 解得 故完成一次循环，气体向外界放热150J。 能力进阶 1．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经状态B、状态C再回到状态A。图中p0、V0均为已知量，气体在状态B时的热力学温度为T0，下列说法正确的是（     ） A．气体再回到状态A时，内能增加 B．气体在状态A时的热力学温度为3T0 C．在A→B过程中，外界对气体做功为2p0V0 D．在A→B→C→A循环中，气体向外界放出热量p0V0 【答案】D 【解析】A．理想气体的内能只与温度有关，气体再回到状态时，状态参量完全恢复，温度不变，内能不变，故A错误； B．根据理想气体状态方程有代入数据得解得，故B错误； C．在图像中，图线与横轴围成的面积表示功。在过程中，气体体积减小，外界对气体做功，功的大小为梯形面积： 故C错误； D．在循环中，过程，外界对气体做功 过程，气体体积增大，外界对气体做功 过程，气体体积不变，外界对气体做功 整个循环外界对气体做的总功为 气体回到状态，温度不变，内能变化量 根据热力学第一定律 可得即气体向外界放出热量，故D正确。 故选D 。 2．一定质量气体的温度随体积变化如图所示，其中为经过原点的抛物线，为过原点的直线，在点时气体的体积为，温度为，在点时气体压强为。则下列说法正确的是（     ） A．点时气体的压强为 B．点时气体的温度为 C．从经到再回到过程中，气体放出热量为 D．气体在点时单位时间和单位面积器壁碰撞的次数大于在点时 【答案】C 【解析】A．直线过原点，线上各点相同，由理想气体状态方程可知，两点压强相同，所以。对，两态，由理想气体状态方程得 解得，故A错误； B．由图可知，点体积为，直线满足 解得，故B错误； C．由态可得 为过原点的抛物线且过，两点，可写成 沿过程有 因此在-图中，为从到的直线。气体对外做功为 为等压压缩过程，气体对外做功为 为等容过程，气体对外做功为0，所以一个循环中气体对外做功为 完整循环内能变化为0，气体吸收的热量等于气体对外做功，故气体放出的热量为，故C正确； D．，两点压强相同，而点温度高于点，分子平均动能较大，单次碰撞平均作用效果较强；在压强相同的条件下，点单位时间和单位面积器壁被碰撞的次数不大于点，故D错误。 故选C。 3．一定质量的理想气体由状态经过状态变为状态又回到状态，其图像如图所示。据此可知（     ） A．过程中，气体温度保持不变 B．过程中，气体温度先降低后升高 C．过程中，气体从外界吸热 D．过程中，气体从外界吸热 【答案】C 【解析】AB．对理想气体，由 可知，温度与乘积成正比 点： 点： 故 图像等温线是一条双曲线，离原点越远，温度越高，说明过程中，温度先升高后降低。故A、B均错误； CD．整个过程回到初始状态，理想气体内能仅与温度有关，故内能变化 根据热力学第一定律（为外界对气体做的功） 分过程计算总功： ：体积膨胀，气体对外做功， ：等压压缩，外界对气体做功， ：体积不变，做功 总功： 代入热力学第一定律： 得 即气体从外界吸热 故C正确，D错误。 故选C。 4．以状态为起始点、在两个恒温热源之间工作的卡诺逆循环过程（制冷机）的图像如图所示，虚线、为等温线。该循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，该过程以理想气体为工作物质，工作物质与低温热源和高温热源交换热量的过程为等温过程，脱离热源后的过程为绝热过程。下列说法正确的是（     ） A．过程，气体内能减小量大于气体对外界做的功 B．一个循环过程中，外界对气体做的功等于气体对外界做的功 C．过程气体向外界释放的热量等于过程气体从低温热源吸收的热量 D．过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功 【答案】D 【解析】A．依题意，卡诺逆循环过程由两个等温过程和两个绝热过程组成，分析图像可知，的过程为绝热过程，有，由热力学第一定律，得，A错误； B．图像，图线与坐标轴所围的面积等于气体做功的多少，由图可知 的过程，气体体积增大，气体对外界做功的多少设为 的过程，气体体积减小，外界对气体做功的多少设为，分析可知，一个循环过程，，即外界对气体做的功大于气体对外界做的功，B错误； C．为等温过程，，由热力学第一定律，有，外界对气体做功，气体向外界释放热量 也为等温过程，，由热力学第一定律，有，气体对外界做功，气体从低温热源吸收热量 根据前面的结论，可知，则，即过程气体向外界释放的热量大于过程气体从低温热源吸收的热量，C错误； D．根据前面分析，知和的过程为绝热过程，有 虚线、为等温线，则有，，得 由热力学第一定律，得过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功，D正确。 故选D。 5．（多选）如图所示为一定质量的理想气体经状态的图像，下列说法正确的是（     ） A．点的体积等于点的体积 B．过程气体吸收的热量等于过程气体放出的热量 C．单位时间撞击单位面积的分子数状态大于状态 D．过程气体体积的变化量大小等于过程气体体积的变化量大小 【答案】AC 【解析】A．由理想气体状态方程得 又 故点的体积等于点的体积，故A正确； B．作出对应的p-V图 , p-V 图中面积表示功，故过程气体对外做的功比过程外界对气体做功多，多出功的大小等于abcd所围图形的面积 一个循环气体内能不变，故过程气体吸收的热量大于过程气体放出的热量，故B错误； C．，由等温变化 压强减小，则体积增大，即分子数密度减小，则单位时间撞击单位面积的分子数减少，故C正确； D．过程由等压变化 故 过程由等压变化 故 由等温变化 解得，故D错误。 故选AC。 6．如图是监测化工厂反应器工作温度的装置。导热良好且容积为的容器固定在反应器中，上方安装一截面积为的透明绝热导管，导管上方没有封闭。导管内用一绝热薄活塞使容器内封闭一定质量的气体。初始时封闭气体温度为，活塞位于导管下端口A处。发生反应时，活塞位置随气体温度的升高开始缓慢上升。一劲度系数的轻弹簧上端固定于导管顶部，下端B距离A处的距离为，当弹簧压缩量达到时将触发高温报警。容器内气体视为理想气体，忽略活塞与导管间的摩擦，已知活塞的质量，取，大气压强为。求： （1）当活塞上升到B点时，容器内气体的温度； （2）当活塞上升到B点时，容器内气体与外界交换的热量，气体内能变化量ΔU； （3）刚好触发高温报警时，容器内气体的温度。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）活塞到达点时，气体体积 活塞从点缓慢上升到点的过程中，弹簧未被压缩，气体压强不变，由盖-吕萨克定律得 解得 （2）初始状态下，对活塞受力平衡，有 解得 气体推动活塞从点上升到点，对外做功 由热力学第一定律得 （3）刚好触发报警时，弹簧压缩量为，对活塞受力平衡，有 解得 此时活塞相对点上升的距离为，气体体积 由初始状态下活塞受力平衡可知 气体质量不变，由理想气体状态方程得 解得 7．如图所示，容积为的导热汽缸A内用一活塞封闭一定质量的气体，活塞上方与大气连通，大气压强恒为，活塞的横截面积为S，质量为（g为重力加速度），汽缸A通过差压阀与另一容积为V的导热汽缸B连接。当B中气体压强减去A中气体压强大于时差压阀打开，B中气体缓慢进入A中；当该差值小于或等于时差压阀关闭。开始时环境温度为，A内气体体积为，当环境温度缓慢升高至时，差压阀恰好要打开。A、B内的气体为同种气体，可看作理想气体，差压阀与连接管内的气体体积不计，忽略活塞与汽缸间的摩擦，活塞的体积不计，活塞的密封性良好。 （1）求开始时汽缸B内气体的压强； （2）若上述升温过程中，A内气体与外界交换的热量数值为Q，求此过程中气体内能的变化量； （3）当温度升高至时，保持环境温度不变，在活塞上方施加一竖直向上的外力F，使活塞缓慢上移，求活塞恰好移至汽缸顶端开口处时外力F的大小。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）初始时，以活塞为对象，根据平衡条件可得 解得初始时A中气体的压强为 当环境温度缓慢升高至时，差压阀恰好要打开，由于A中气体发生等压变化，所以此时B中气体压强为 对于B中气体，由查理定律可得 解得开始时汽缸B内气体的压强为 （2）对于A中气体，由盖-吕萨克定律可得 解得 则升温过程中，外界对A中气体做功为 若上述升温过程中，A内气体与外界交换的热量数值为Q，根据热力学第一定律可知，此过程中气体内能的变化量为 （3）当温度升高至时，保持环境温度不变，在活塞上方施加一竖直向上的外力F，使活塞缓慢上移，活塞恰好移至汽缸顶端开口处时，设A、B中气体的压强分别为、，则有 对于A、B中总气体，根据玻意耳定律可得 联立解得 以活塞为对象，根据平衡条件可得 解得 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $