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(新高考)高考物理一轮复习课件第14章第3讲《热力学定律与能量守恒定律》(含解析)
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这是一份(新高考)高考物理一轮复习课件第14章第3讲《热力学定律与能量守恒定律》(含解析)，共60页。PPT课件主要包含了Q＋W，外界对气体，能量守恒定律，自发地，不产生其他影响，第二类，不减少，热力学第二定律，品质降低，太阳能等内容，欢迎下载使用。
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
主干梳理 对点激活
一 堵点疏通1．做功和传热的实质是相同的。( )2．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少20 J。( )3．根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传导中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体。( )4．熵增加原理说明一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。( )
5．随着技术不断进步，热机的效率可能达到100%。( )6．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机。( )7．在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。( )8．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。( )9．利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。( )10．热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。( )
二 对点激活1．(人教版选择性必修第三册·P53·T1改编)用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能( )A．增加了1100 J B．减少了1100 JC．增加了690 J D．减少了690 J
解析 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，即内能增加690 J，C正确。
2．(人教版选择性必修第三册·P63·T2改编)(多选)下列现象中能够发生的是( )A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析 热量只会自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体，故A错误；机械能可以完全转化为内能，而内能却不能完全转化为机械能，故B错误；桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离是因为泥沙的密度大于水，故可以分离，C正确；电冰箱通电后由于压缩机做功从而将箱内低温物体的热量传到箱外的高温物体，故D正确。
3. (多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容变化过程ab到达状态b，再经过等温变化过程bc到达状态c，最后经等压变化过程ca回到状态a。下列说法正确的是( )A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程bc中气体从外界吸收热量D．在过程ca中气体从外界吸收热量
4．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想将海水放出的热量完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是( )A．内能不能转化成机械能B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律C．只从单一热库吸收热量并完全转化成机械能而不产生其他影响的机器不满足热力学第二定律D．上述三种原因都不正确
解析 内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确，D错误。
考点细研 悟法培优
考点 1 热力学第一定律改变内能的两种方式的比较
例1 (2020·山西省长治市3月线上测试改编)(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C →D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是( )
A．A→B过程中，气体对外界做功B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．C→D过程中，气体放热
(1)B→C为绝热过程，体积变大，对外做功，则温度如何变化？提示：内能减少温度降低。(2)C →D为等温过程，体积减小，压强如何变化？提示：增大。尝试解答 选ACD。A→B过程中，温度不变，体积增大，气体对外界做功，故A正确；B →C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，压强增大，分子平均速率不变，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；C→D过程中，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放热，故D正确。
应用热力学第一定律的三点注意(1)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积减小，外界对气体做功，W为正。(2)与外界绝热，则不与外界发生热传递，此时Q＝0。(3)如果研究对象是理想气体，由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，体现为分子平均动能的变化，从宏观上看就是温度发生了变化。
[变式1－1] (2020·山东省泰安三模)如图所示，开口竖直向上的薄壁绝热汽缸内壁光滑，缸内下部装有电热丝，一定质量的理想气体被一绝热活塞封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁紧密接触。现通过电热丝对缸内气体缓慢加热，则该过程中( )A．气体的压强增大B．气体的内能增大C．气体分子热运动的平均动能可能减小D．气体对外界做的功等于气体吸收的热量
解析 电热丝对缸内气体缓慢加热过程中，因外界的大气压没变，汽缸内气体压强不变，气体的温度升高，内能增大，A错误，B正确；汽缸内气体温度升高，分子热运动的平均动能增大，C错误；在缸内封闭的是一定质量的理想气体，温度升高，内能增加，即ΔU>0，体积增大，对外做功，即W<0，吸收热量，即Q>0，根据ΔU＝W＋Q，可知气体对外界做的功小于气体吸收的热量，D错误。
[变式1－2] (多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是( )A．气体自发扩散前后内能减少B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界没做功D．气体在被压缩过程中，气体分子的平均动能变大
解析 气体向真空自发扩散过程，对外界不做功，且没有传热，气体的内能不变，则C正确，A错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做正功，因汽缸绝热，故气体内能增大，故B正确；气体在被压缩的过程中内能增加，而理想气体无分子势能，故气体分子的平均动能增大，D正确。
考点 2 热力学第二定律1. 热力学第一、第二定律的比较
例2 (2020·天津部分区高三第一学期期中)下列说法正确的是( )A．热量不可能从低温物体传到高温物体B．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体C．自然界中的一切宏观过程都是具有可逆性的D．第二类永动机不违背能量守恒定律，可以制成 (1)热量可以自发地从低温物体传向高温物体吗？提示：不可以。(2)第二类永动机不可能制成是违背了能量守恒定律还是热力学第二定律？提示：热力学第二定律。
尝试解答 选B。根据热力学第二定律可知，不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，即热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A错误，B正确；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故C错误；第二类永动机没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，不可能制成，故D错误。
对热力学第二定律的理解(1)在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义：①“自发地”指不需要借助外界提供能量的帮助，指明了传热等热力学宏观现象的方向性；②“不产生其他影响”的涵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。
[变式2－1] (2020·辽宁省锦州市一模改编)(多选)对于热力学定律，下列说法正确的是( )A．第一类永动机不可能实现，因为违背了能量守恒定律B．热力学第一定律指出，不可能达到绝对零度C．热力学第一定律指出，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和D．热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其他影响
解析 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，故A正确；热力学第一定律没有指出是否能达到绝对零度，故B错误；据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，故C正确；热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其他影响，故D正确。
[变式2－2] (多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( )A．科技的进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机B．物体对外做功，其内能一定减少C．气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的D．制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，没有违反热力学第二定律
解析 根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故A错误；根据热力学第一定律，物体对外做功，若同时物体吸热，则其内能不一定减少，故B错误；熵是物体内分子运动无序程度的量度，气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的，故C正确；制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，同时引起其他变化，例如消耗一定的电能，因此没有违反热力学第二定律，故D正确。
考点 3 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用解答此类问题的基本流程
(1)状态c的温度Tc为多少？(2)若由状态b到状态c气体吸收的热量为Q＝100 J，则由状态c到状态a气体放出的热量Q′为多少？
例3 (2020·江西省上饶市三模)一定质量的理想气体，由状态a经状态b、状态c又回到状态a，其体积V随温度T的变化图像如图所示。已知该气体在状态a时温度为T0、压强为p0、体积为V0，在状态b时温度为T0、体积为2V0，在状态c时体积为2V0，(其中T0＝300 K、压强p0＝1.0×105 Pa、体积V0＝1.0 L)求：
(1)状态c的压强能确定吗？提示：能，pc＝pa＝p0。(2)气体由状态a经状态b、状态c又回到状态a，整个过程内能不变，由a到b内能也不变，那么由b到c和由c到a的内能改变有什么关系？提示：ΔUbc＝－ΔUca。
(2)气体由状态b到状态c为等容变化，吸收的热量等于增加的内能，即ΔUbc＝Q气体由状态c到a，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，则气体对外放出热量Q′，根据热力学第一定律有ΔUca＝p0(Vc－V0)－Q′气体在状态b与状态a的温度相等，内能相同，有ΔUbc＝－ΔUca，即Q′＝Q＋p0V0代入数据解得Q′＝200 J。
气体实验定律与热力学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，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。
[变式3－1] 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态C时的温度为300 K。则：(1)该气体在状态A、B时的温度分别为多少？(2)该气体从状态A到状态B是吸热还是放热？请说明理由。答案 (1)TA＝450 K(或tA＝177 ℃) TB＝300 K(或tB＝27 ℃) (2)放热，理由见解析
[变式3－2] (2021·四川省达州市高三上第一次诊断性测试)如图所示，长为40 cm、内壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为100 cm2的活塞封闭有压强为1.0×105 Pa、温度为27 ℃的理想气体，开始时活塞位于距汽缸底30 cm处，现对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢向右移动，已知大气压强为1.0×105 Pa。(1)试计算当温度升高到327 ℃时，缸内封闭气体的压强p；(2)若在此过程中封闭气体共吸收了800 J的热量，试计算气体增加的内能ΔU。答案 (1)1.5×105 Pa (2)700 J
高考模拟 随堂集训
1．(2020·全国卷Ⅲ)(多选) 如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中( )A．气体体积逐渐减小，内能增加B．气体压强逐渐增大，内能不变C．气体压强逐渐增大，放出热量D．外界对气体做功，气体内能不变E．外界对气体做功，气体吸收热量
2．(2020·天津高考) 水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )A．压强变大 B．对外界做功C．对外界放热 D．分子平均动能变大
解析 在水不断喷出的过程中，气体的体积变大，由于气体温度不变，则有pV＝恒量，可知气体压强变小，A错误；由于气体体积变大，故气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，气体温度不变，内能不变，则气体从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于气体温度不变，则气体分子平均动能不变，D错误。
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
3. (2020·山东高考)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其pV图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)。以下判断正确的是( )
Qca<0，向外界放出热量，且|Wca|<|Qca|，即外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，C正确；理想气体的内能只与温度有关，根据Ta＝Tb可知|ΔUca|＝|ΔUbc|，即气体在c→a过程中内能的减少量等于b→c过程中内能的增加量，D错误。
4. (2018·全国卷Ⅰ)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是( )A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小
5．(2018·全国卷Ⅲ)(多选) 如图，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如pV图中从a到b的直线所示。在此过程中( )A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
6．(2020·全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。(填正确答案标号)A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
解析 汽车燃烧汽油产生的内能一部分通过做功转化为机械能，使汽车获得动力，另一部分通过热传递向空气转移，选项A既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，杯和水组成的系统没有对外做功，也没有向外传递热量，内能不可能减少，即冷水和杯子的温度不可能都变得更低，选项B违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响，选项C不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时也产生了其他影响(消耗电能)，选项D既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
解析 活塞光滑，容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。
7．(2019·全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。
9．(2018·全国卷Ⅱ) 如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。
10．(2021·八省联考辽宁卷)某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内外气体压强之比为4∶1。机舱内有一导热汽缸，活塞质量m＝2 kg、横截面积S＝10 cm2，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面静止时，汽缸如图a所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l1＝8 cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图b所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l2＝10 cm。汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变。已知大气压强随高度的变化规律如图c所示，地面大气压强p0＝1.0×105 Pa，地面重力加速度g＝10 m/s2。
(1)判断汽缸内气体由图a状态到图b状态的过程是吸热还是放热，并说明原因；(2)求高度h处的大气压强，并根据图c估测出此时客机的飞行高度。答案 (1)吸热，原因见解析(2)0.24×105 Pa 10000 m
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。其中1～4题为单选，5～8题为多选)1. (2020·山东省德州市一模)如图所示，内壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2000 J，则封闭气体的内能变化量为( )
A．400 J B．1200 J C．2000 J D．2800 J
解析 由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功大小为W＝p0Sx＝1×105×0.04×0.2 J＝800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝－W＋Q＝－800 J＋2000 J＝1200 J，故A、C、D错误，B正确。
2. (2020·山东省潍坊高密市模拟)如图，在研究功与内能改变的关系时，将一小块易燃物放在厚玻璃筒底部，用力向下压活塞，可以将易燃物点燃。关于该实验，下列说法正确的是( )A．筒内气体在被压缩的同时从外界迅速吸收热量，导致气体温度升高B．只要最终筒内气体压强足够大，筒内易燃物就会被点燃C．若实验中易燃物被点燃，则是活塞与筒壁间摩擦生热导致的D．该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快
解析 筒内气体在被压缩时外界对气体做功，由于是被迅速压缩，该过程可看作是绝热过程，则气体内能增大，温度升高，A错误；易燃物能否被点燃与筒内气体的压强大小无关，B错误；压缩气体时，活塞与筒壁间摩擦生热很少，不足以把易燃物点燃，C错误；该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快，即使气体快速被压缩，与外界绝热，才能使气体内能迅速增大，温度升高，D正确。
3. (2020·山东省威海市一模)如图所示，a、b、c为一定质量的理想气体变化过程中的三个不同状态，下列说法正确的是( )A．a、b、c三个状态的压强相等B．从a到c气体的内能减小C．从a到b气体吸收热量D．从a到b与从b到c气体对外界做功的数值相等
A．在状态a和c时的内能可能相等B．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
4. (2021·八省联考江苏卷)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( )
解析 根据题意，结合题图可知，气体从c到d为绝热膨胀，则Qcd＝0，Wcd<0，根据ΔU＝W＋Q，ΔUcd<0，则温度降低；气体从d到a，体积不变，压强减小，则温度降低，则该气体在状态c的温度高于在状态a时的温度，故在状态c时的内能大于在状态a时的内能，A错误；a→b过程为绝热压缩，外界对气体做功，Wab>0，Qab＝0，则ΔUab＝Wab，即外界对其做的功全部用于增加内能，B正确；根据pV图像与V轴围成的面积表示气体做功的大小，可知一次循环过程中外界对气体做的功W＝Wcd＋Wab＜0，而整个过程气体内能变化为零，则整个过程Q＞0，即在一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量，D错误；根据D项分析可知，Qbc＞－Qda，而ΔUbc＝Qbc，ΔUda＝Qda，则ΔUbc＞－ΔUda，即b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能，故C错误。
5．(2020·河北省张家口市一模改编)下列说法正确的是( )A．若两个系统同时与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统必定达到热平衡B．一个孤立系统如果过程不可逆，则熵是增加的C．露珠成球状说明液体表面分子间呈现斥力D．一定质量的理想气体等容升温，一定吸收热量
解析 根据热平衡定律可知，若两个系统同时与状态确定的第三个系统达到热平衡，则这两个系统也达到热平衡，故A正确；一个孤立系统若过程不可逆，则熵是增加的，故B正确；液体表面张力使液体具有收缩的趋势，露珠成球形是由于液体表面张力的作用，故C错误；一定质量的理想气体等容升温，内能增加，而体积不变，气体对外做功为零，根据热力学第一定律可知，一定吸收热量，故D正确。
6．下列说法正确的是( )A．能量耗散说明能量在不断减少B．热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的C．自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的D．绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中，气体分子运动剧烈程度增大
解析 能量耗散是指能量的可利用率越来越低，但仍然遵守能量守恒定律，故A错误；热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确；根据热力学第二定律，自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故C正确；绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中，内能增大，温度升高，气体分子运动剧烈程度增大，故D正确。
7．(2021·八省联考湖南卷) 一定质量的理想气体由状态a等压膨胀到状态b，再等容增压到状态c，然后等温膨胀到状态d，最后经过一个复杂的过程回到状态a，其压强p与体积V的关系如图所示。下列说法正确的是( )A．从a到b，每个气体分子的动能都增大B．从b到c，气体温度升高C．从c到d，气体内能不变D．从d到a，气体对外界做正功E．从a经过b、c、d，再回到a的过程，外界向气体传递的热量与气体对外界所做的功相等
8. (2020·安徽省蚌埠市第四次质检改编)一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c变化到状态d，其pT图像如图所示。下列说法正确的是( )A．a→b的过程中，气体对外界做功B．c→d的过程中，外界对气体做功C．a→b→c的过程中，气体先吸热后放热D．b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小
二、非选择题(本题共5小题，共52分) 9．(2021·八省联考福建卷)(6分)一圆筒形汽缸竖直放置在水平地面上。一质量为m、横截面积为S的活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，活塞可沿汽缸内壁无摩擦滑动。当活塞静止时，活塞与汽缸底部的距离为h，如图a所示。已知大气压强为p0，重力加速度为g。现把汽缸从图a状态缓慢转到图b状态，在此过程中气体温度不变，则图b状态下气体体积为____________。从图b状态开始给汽缸加热，使活塞缓慢向外移动距离l，如图c所示。若此过程中气体内能增量为ΔU，则气体吸收的热量应为____________。
10. (2020·广西柳州4月线上测试)(10分)如图，容积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度。已知：气体内能U与温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求：(1)汽缸内气体与大气达到热平衡时的体积V1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q。
11．(2021·八省联考重庆卷) (12分)如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。(1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；(2)若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。
12. (2020·江苏省南通市二模)(12分)如图所示，一定质量的理想气体从状态A到状态B，再从状态B到状态C，最后从状态C回到状态A。已知气体在状态A的体积VA＝3.0×10－3 m3，从B到C过程中气体对外做功1000 J。求：(1)气体在状态C时的体积；(2)气体在A→B→C→A的整个过程中吸收的热量。答案 (1)9.0×10－3 m3 (2)400 J
13. (2020·陕西省咸阳市二模)(12分)绝热汽缸倒扣在水平地面上(汽缸顶部侧壁有一小口)，缸内装有一电热丝，缸内有一光滑的绝热活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞下吊着一重为G的重物，活塞重为G0，活塞的截面积为S，开始时封闭气柱的高为h，气体的温度为T1，大气压强为p0。现给电热丝缓慢加热，若气体吸收热量Q时，活塞下降了h，求：(1)气体的温度升高多少？(2)气体的内能增加多少？答案 (1)T1 (2)Q＋(G＋G0)h－p0Sh
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
主干梳理 对点激活
一 堵点疏通1．做功和传热的实质是相同的。( )2．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少20 J。( )3．根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传导中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体。( )4．熵增加原理说明一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。( )
5．随着技术不断进步，热机的效率可能达到100%。( )6．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机。( )7．在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。( )8．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。( )9．利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。( )10．热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。( )
二 对点激活1．(人教版选择性必修第三册·P53·T1改编)用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能( )A．增加了1100 J B．减少了1100 JC．增加了690 J D．减少了690 J
解析 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，即内能增加690 J，C正确。
2．(人教版选择性必修第三册·P63·T2改编)(多选)下列现象中能够发生的是( )A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析 热量只会自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体，故A错误；机械能可以完全转化为内能，而内能却不能完全转化为机械能，故B错误；桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离是因为泥沙的密度大于水，故可以分离，C正确；电冰箱通电后由于压缩机做功从而将箱内低温物体的热量传到箱外的高温物体，故D正确。
3. (多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容变化过程ab到达状态b，再经过等温变化过程bc到达状态c，最后经等压变化过程ca回到状态a。下列说法正确的是( )A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程bc中气体从外界吸收热量D．在过程ca中气体从外界吸收热量
4．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想将海水放出的热量完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是( )A．内能不能转化成机械能B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律C．只从单一热库吸收热量并完全转化成机械能而不产生其他影响的机器不满足热力学第二定律D．上述三种原因都不正确
解析 内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确，D错误。
考点细研 悟法培优
考点 1 热力学第一定律改变内能的两种方式的比较
例1 (2020·山西省长治市3月线上测试改编)(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C →D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是( )
A．A→B过程中，气体对外界做功B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．C→D过程中，气体放热
(1)B→C为绝热过程，体积变大，对外做功，则温度如何变化？提示：内能减少温度降低。(2)C →D为等温过程，体积减小，压强如何变化？提示：增大。尝试解答 选ACD。A→B过程中，温度不变，体积增大，气体对外界做功，故A正确；B →C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，压强增大，分子平均速率不变，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；C→D过程中，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放热，故D正确。
应用热力学第一定律的三点注意(1)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积减小，外界对气体做功，W为正。(2)与外界绝热，则不与外界发生热传递，此时Q＝0。(3)如果研究对象是理想气体，由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，体现为分子平均动能的变化，从宏观上看就是温度发生了变化。
[变式1－1] (2020·山东省泰安三模)如图所示，开口竖直向上的薄壁绝热汽缸内壁光滑，缸内下部装有电热丝，一定质量的理想气体被一绝热活塞封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁紧密接触。现通过电热丝对缸内气体缓慢加热，则该过程中( )A．气体的压强增大B．气体的内能增大C．气体分子热运动的平均动能可能减小D．气体对外界做的功等于气体吸收的热量
解析 电热丝对缸内气体缓慢加热过程中，因外界的大气压没变，汽缸内气体压强不变，气体的温度升高，内能增大，A错误，B正确；汽缸内气体温度升高，分子热运动的平均动能增大，C错误；在缸内封闭的是一定质量的理想气体，温度升高，内能增加，即ΔU>0，体积增大，对外做功，即W<0，吸收热量，即Q>0，根据ΔU＝W＋Q，可知气体对外界做的功小于气体吸收的热量，D错误。
[变式1－2] (多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是( )A．气体自发扩散前后内能减少B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界没做功D．气体在被压缩过程中，气体分子的平均动能变大
解析 气体向真空自发扩散过程，对外界不做功，且没有传热，气体的内能不变，则C正确，A错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做正功，因汽缸绝热，故气体内能增大，故B正确；气体在被压缩的过程中内能增加，而理想气体无分子势能，故气体分子的平均动能增大，D正确。
考点 2 热力学第二定律1. 热力学第一、第二定律的比较
例2 (2020·天津部分区高三第一学期期中)下列说法正确的是( )A．热量不可能从低温物体传到高温物体B．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体C．自然界中的一切宏观过程都是具有可逆性的D．第二类永动机不违背能量守恒定律，可以制成 (1)热量可以自发地从低温物体传向高温物体吗？提示：不可以。(2)第二类永动机不可能制成是违背了能量守恒定律还是热力学第二定律？提示：热力学第二定律。
尝试解答 选B。根据热力学第二定律可知，不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，即热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A错误，B正确；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故C错误；第二类永动机没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，不可能制成，故D错误。
对热力学第二定律的理解(1)在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义：①“自发地”指不需要借助外界提供能量的帮助，指明了传热等热力学宏观现象的方向性；②“不产生其他影响”的涵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。
[变式2－1] (2020·辽宁省锦州市一模改编)(多选)对于热力学定律，下列说法正确的是( )A．第一类永动机不可能实现，因为违背了能量守恒定律B．热力学第一定律指出，不可能达到绝对零度C．热力学第一定律指出，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和D．热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其他影响
解析 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，故A正确；热力学第一定律没有指出是否能达到绝对零度，故B错误；据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，故C正确；热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其他影响，故D正确。
[变式2－2] (多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( )A．科技的进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机B．物体对外做功，其内能一定减少C．气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的D．制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，没有违反热力学第二定律
解析 根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故A错误；根据热力学第一定律，物体对外做功，若同时物体吸热，则其内能不一定减少，故B错误；熵是物体内分子运动无序程度的量度，气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的，故C正确；制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，同时引起其他变化，例如消耗一定的电能，因此没有违反热力学第二定律，故D正确。
考点 3 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用解答此类问题的基本流程
(1)状态c的温度Tc为多少？(2)若由状态b到状态c气体吸收的热量为Q＝100 J，则由状态c到状态a气体放出的热量Q′为多少？
例3 (2020·江西省上饶市三模)一定质量的理想气体，由状态a经状态b、状态c又回到状态a，其体积V随温度T的变化图像如图所示。已知该气体在状态a时温度为T0、压强为p0、体积为V0，在状态b时温度为T0、体积为2V0，在状态c时体积为2V0，(其中T0＝300 K、压强p0＝1.0×105 Pa、体积V0＝1.0 L)求：
(1)状态c的压强能确定吗？提示：能，pc＝pa＝p0。(2)气体由状态a经状态b、状态c又回到状态a，整个过程内能不变，由a到b内能也不变，那么由b到c和由c到a的内能改变有什么关系？提示：ΔUbc＝－ΔUca。
(2)气体由状态b到状态c为等容变化，吸收的热量等于增加的内能，即ΔUbc＝Q气体由状态c到a，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，则气体对外放出热量Q′，根据热力学第一定律有ΔUca＝p0(Vc－V0)－Q′气体在状态b与状态a的温度相等，内能相同，有ΔUbc＝－ΔUca，即Q′＝Q＋p0V0代入数据解得Q′＝200 J。
气体实验定律与热力学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，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。
[变式3－1] 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态C时的温度为300 K。则：(1)该气体在状态A、B时的温度分别为多少？(2)该气体从状态A到状态B是吸热还是放热？请说明理由。答案 (1)TA＝450 K(或tA＝177 ℃) TB＝300 K(或tB＝27 ℃) (2)放热，理由见解析
[变式3－2] (2021·四川省达州市高三上第一次诊断性测试)如图所示，长为40 cm、内壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为100 cm2的活塞封闭有压强为1.0×105 Pa、温度为27 ℃的理想气体，开始时活塞位于距汽缸底30 cm处，现对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢向右移动，已知大气压强为1.0×105 Pa。(1)试计算当温度升高到327 ℃时，缸内封闭气体的压强p；(2)若在此过程中封闭气体共吸收了800 J的热量，试计算气体增加的内能ΔU。答案 (1)1.5×105 Pa (2)700 J
高考模拟 随堂集训
1．(2020·全国卷Ⅲ)(多选) 如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中( )A．气体体积逐渐减小，内能增加B．气体压强逐渐增大，内能不变C．气体压强逐渐增大，放出热量D．外界对气体做功，气体内能不变E．外界对气体做功，气体吸收热量
2．(2020·天津高考) 水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )A．压强变大 B．对外界做功C．对外界放热 D．分子平均动能变大
解析 在水不断喷出的过程中，气体的体积变大，由于气体温度不变，则有pV＝恒量，可知气体压强变小，A错误；由于气体体积变大，故气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，气体温度不变，内能不变，则气体从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于气体温度不变，则气体分子平均动能不变，D错误。
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
3. (2020·山东高考)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其pV图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)。以下判断正确的是( )
Qca<0，向外界放出热量，且|Wca|<|Qca|，即外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，C正确；理想气体的内能只与温度有关，根据Ta＝Tb可知|ΔUca|＝|ΔUbc|，即气体在c→a过程中内能的减少量等于b→c过程中内能的增加量，D错误。
4. (2018·全国卷Ⅰ)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是( )A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小
5．(2018·全国卷Ⅲ)(多选) 如图，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如pV图中从a到b的直线所示。在此过程中( )A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
6．(2020·全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。(填正确答案标号)A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
解析 汽车燃烧汽油产生的内能一部分通过做功转化为机械能，使汽车获得动力，另一部分通过热传递向空气转移，选项A既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，杯和水组成的系统没有对外做功，也没有向外传递热量，内能不可能减少，即冷水和杯子的温度不可能都变得更低，选项B违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响，选项C不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时也产生了其他影响(消耗电能)，选项D既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
解析 活塞光滑，容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。
7．(2019·全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。
9．(2018·全国卷Ⅱ) 如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。
10．(2021·八省联考辽宁卷)某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内外气体压强之比为4∶1。机舱内有一导热汽缸，活塞质量m＝2 kg、横截面积S＝10 cm2，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面静止时，汽缸如图a所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l1＝8 cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图b所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l2＝10 cm。汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变。已知大气压强随高度的变化规律如图c所示，地面大气压强p0＝1.0×105 Pa，地面重力加速度g＝10 m/s2。
(1)判断汽缸内气体由图a状态到图b状态的过程是吸热还是放热，并说明原因；(2)求高度h处的大气压强，并根据图c估测出此时客机的飞行高度。答案 (1)吸热，原因见解析(2)0.24×105 Pa 10000 m
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。其中1～4题为单选，5～8题为多选)1. (2020·山东省德州市一模)如图所示，内壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2000 J，则封闭气体的内能变化量为( )
A．400 J B．1200 J C．2000 J D．2800 J
解析 由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功大小为W＝p0Sx＝1×105×0.04×0.2 J＝800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝－W＋Q＝－800 J＋2000 J＝1200 J，故A、C、D错误，B正确。
2. (2020·山东省潍坊高密市模拟)如图，在研究功与内能改变的关系时，将一小块易燃物放在厚玻璃筒底部，用力向下压活塞，可以将易燃物点燃。关于该实验，下列说法正确的是( )A．筒内气体在被压缩的同时从外界迅速吸收热量，导致气体温度升高B．只要最终筒内气体压强足够大，筒内易燃物就会被点燃C．若实验中易燃物被点燃，则是活塞与筒壁间摩擦生热导致的D．该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快
解析 筒内气体在被压缩时外界对气体做功，由于是被迅速压缩，该过程可看作是绝热过程，则气体内能增大，温度升高，A错误；易燃物能否被点燃与筒内气体的压强大小无关，B错误；压缩气体时，活塞与筒壁间摩擦生热很少，不足以把易燃物点燃，C错误；该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快，即使气体快速被压缩，与外界绝热，才能使气体内能迅速增大，温度升高，D正确。
3. (2020·山东省威海市一模)如图所示，a、b、c为一定质量的理想气体变化过程中的三个不同状态，下列说法正确的是( )A．a、b、c三个状态的压强相等B．从a到c气体的内能减小C．从a到b气体吸收热量D．从a到b与从b到c气体对外界做功的数值相等
A．在状态a和c时的内能可能相等B．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
4. (2021·八省联考江苏卷)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( )
解析 根据题意，结合题图可知，气体从c到d为绝热膨胀，则Qcd＝0，Wcd<0，根据ΔU＝W＋Q，ΔUcd<0，则温度降低；气体从d到a，体积不变，压强减小，则温度降低，则该气体在状态c的温度高于在状态a时的温度，故在状态c时的内能大于在状态a时的内能，A错误；a→b过程为绝热压缩，外界对气体做功，Wab>0，Qab＝0，则ΔUab＝Wab，即外界对其做的功全部用于增加内能，B正确；根据pV图像与V轴围成的面积表示气体做功的大小，可知一次循环过程中外界对气体做的功W＝Wcd＋Wab＜0，而整个过程气体内能变化为零，则整个过程Q＞0，即在一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量，D错误；根据D项分析可知，Qbc＞－Qda，而ΔUbc＝Qbc，ΔUda＝Qda，则ΔUbc＞－ΔUda，即b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能，故C错误。
5．(2020·河北省张家口市一模改编)下列说法正确的是( )A．若两个系统同时与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统必定达到热平衡B．一个孤立系统如果过程不可逆，则熵是增加的C．露珠成球状说明液体表面分子间呈现斥力D．一定质量的理想气体等容升温，一定吸收热量
解析 根据热平衡定律可知，若两个系统同时与状态确定的第三个系统达到热平衡，则这两个系统也达到热平衡，故A正确；一个孤立系统若过程不可逆，则熵是增加的，故B正确；液体表面张力使液体具有收缩的趋势，露珠成球形是由于液体表面张力的作用，故C错误；一定质量的理想气体等容升温，内能增加，而体积不变，气体对外做功为零，根据热力学第一定律可知，一定吸收热量，故D正确。
6．下列说法正确的是( )A．能量耗散说明能量在不断减少B．热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的C．自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的D．绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中，气体分子运动剧烈程度增大
解析 能量耗散是指能量的可利用率越来越低，但仍然遵守能量守恒定律，故A错误；热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确；根据热力学第二定律，自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故C正确；绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中，内能增大，温度升高，气体分子运动剧烈程度增大，故D正确。
7．(2021·八省联考湖南卷) 一定质量的理想气体由状态a等压膨胀到状态b，再等容增压到状态c，然后等温膨胀到状态d，最后经过一个复杂的过程回到状态a，其压强p与体积V的关系如图所示。下列说法正确的是( )A．从a到b，每个气体分子的动能都增大B．从b到c，气体温度升高C．从c到d，气体内能不变D．从d到a，气体对外界做正功E．从a经过b、c、d，再回到a的过程，外界向气体传递的热量与气体对外界所做的功相等
8. (2020·安徽省蚌埠市第四次质检改编)一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c变化到状态d，其pT图像如图所示。下列说法正确的是( )A．a→b的过程中，气体对外界做功B．c→d的过程中，外界对气体做功C．a→b→c的过程中，气体先吸热后放热D．b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小
二、非选择题(本题共5小题，共52分) 9．(2021·八省联考福建卷)(6分)一圆筒形汽缸竖直放置在水平地面上。一质量为m、横截面积为S的活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，活塞可沿汽缸内壁无摩擦滑动。当活塞静止时，活塞与汽缸底部的距离为h，如图a所示。已知大气压强为p0，重力加速度为g。现把汽缸从图a状态缓慢转到图b状态，在此过程中气体温度不变，则图b状态下气体体积为____________。从图b状态开始给汽缸加热，使活塞缓慢向外移动距离l，如图c所示。若此过程中气体内能增量为ΔU，则气体吸收的热量应为____________。
10. (2020·广西柳州4月线上测试)(10分)如图，容积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度。已知：气体内能U与温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求：(1)汽缸内气体与大气达到热平衡时的体积V1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q。
11．(2021·八省联考重庆卷) (12分)如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。(1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；(2)若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。
12. (2020·江苏省南通市二模)(12分)如图所示，一定质量的理想气体从状态A到状态B，再从状态B到状态C，最后从状态C回到状态A。已知气体在状态A的体积VA＝3.0×10－3 m3，从B到C过程中气体对外做功1000 J。求：(1)气体在状态C时的体积；(2)气体在A→B→C→A的整个过程中吸收的热量。答案 (1)9.0×10－3 m3 (2)400 J
13. (2020·陕西省咸阳市二模)(12分)绝热汽缸倒扣在水平地面上(汽缸顶部侧壁有一小口)，缸内装有一电热丝，缸内有一光滑的绝热活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞下吊着一重为G的重物，活塞重为G0，活塞的截面积为S，开始时封闭气柱的高为h，气体的温度为T1，大气压强为p0。现给电热丝缓慢加热，若气体吸收热量Q时，活塞下降了h，求：(1)气体的温度升高多少？(2)气体的内能增加多少？答案 (1)T1 (2)Q＋(G＋G0)h－p0Sh
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