高考物理經(jīng)典習題解析第14章熱學第3講熱力學定律與能量守恒定律

高考物理經(jīng)典習題解析第3講熱力學定律與能量守恒定律一、熱力學第一定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功。(2)傳熱。2.熱力學第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(2)表達式：ΔU＝Q＋W。(3)ΔU＝Q＋W中正、負號法則：物理量意義符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少【自測1】一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內(nèi)能減少1.3×105J，則此過程()A.氣體從外界吸收熱量2.0×105JB.氣體向外界放出熱量2.0×105JC.氣體從外界吸收熱量6.0×104JD.氣體向外界放出熱量6.0×104J答案B二、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者是從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。2.條件性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。3.第一類永動機是不可能制成的，它違背了能量守恒定律?！咀詼y2】木箱靜止于水平地面上，現(xiàn)在用一個80N的水平推力推動木箱前進10m，木箱受到地面的摩擦力為60N，則轉化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉化為木箱的動能Ek分別是(空氣阻力不計)()A.U＝200J，Ek＝600J B.U＝600J，Ek＝200JC.U＝600J，Ek＝800J D.U＝800J，Ek＝200J答案B解析U＝Ffx＝60×10J＝600JEk＝Fx－U＝80×10J－600J＝200J。三、熱力學第二定律1.熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。2.能量耗散：分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它只不過能使地球大氣稍稍變暖一點，卻再也不能自動聚集起來驅動機器做功了?！咀詼y3】(多選)下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是()A.一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱B.蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能全部轉化成機械能C.桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離D.電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體答案CD命題點一熱力學第一定律的理解和應用1.熱力學第一定律的理解(1)內(nèi)能的變化都要用熱力學第一定律進行綜合分析。(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正。(3)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0。(4)如果研究對象是理想氣體，因理想氣體忽略分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。2.三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。【例1】(多選)[2020·全國卷Ⅲ，33(1)]如圖1，一開口向上的導熱汽缸內(nèi)，用活塞封閉了一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦?，F(xiàn)用外力作用在活塞上，使其緩慢下降。環(huán)境溫度保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞下降過程中()圖1A.氣體體積逐漸減小，內(nèi)能增加B.氣體壓強逐漸增大，內(nèi)能不變C.氣體壓強逐漸增大，放出熱量D.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變E.外界對氣體做功，氣體吸收熱量答案BCD解析外力使活塞緩慢下降的過程中，由于溫度保持不變，則氣體的內(nèi)能保持不變，氣體的體積逐漸減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律W＋Q＝ΔU可知，氣體向外界放出熱量，又由玻意耳定律可知，氣體體積減小，氣體的壓強增大，由以上分析可知B、C、D正確，A、E錯誤?！咀兪?】(2019·全國卷Ⅰ，33)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界。現(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時，容器中空氣的溫度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。答案低于大于解析活塞光滑、容器絕熱，容器內(nèi)空氣體積增大，對外做功，由ΔU＝W＋Q知，氣體內(nèi)能減少，溫度降低。氣體的壓強與氣體溫度和單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關，由于容器內(nèi)空氣的溫度低于外界溫度，但壓強相同，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度?！纠?】(多選)[2017·全國卷Ⅱ，33(1)]如圖2，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開，氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸。待氣體達到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是()圖2A.氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)擴散過程中，氣體對外界做功D.氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功E.氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變答案ABD解析因為汽缸、活塞都是絕熱的，隔板右側是真空，所以理想氣體在自發(fā)擴散的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對外界做功。根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體自發(fā)擴散前后，內(nèi)能不變，選項A正確，C錯誤；氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大，又因為一定質量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關，所以氣體溫度升高，分子平均動能增大，選項B、D正確，E錯誤?！咀兪?】(2020·天津卷，5)水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖3。從儲水罐充氣口充入氣體，達到一定壓強后，關閉充氣口?？蹌影鈾C將閥門M打開，水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體()圖3A.壓強變大 B.對外界做功C.對外界放熱 D.分子平均動能變大答案B解析在水向外不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體體積增大，根據(jù)玻意耳定律可知，罐內(nèi)氣體的壓強減小，選項A錯誤；由于罐內(nèi)氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對外做功，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體吸熱，選項B正確，C錯誤；根據(jù)溫度是分子平均動能的標志可知，溫度不變，分子平均動能不變，選項D錯誤。命題點二熱力學第一定律與圖像的綜合應用【例3】(2020·山東卷，6)一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態(tài)a，其p－V圖像如圖4所示。已知三個狀態(tài)的坐標分別為a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)。以下判斷正確的是()圖4A.氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功B.氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量C.在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D.氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量答案C解析氣體在a→b過程中體積增大，氣體對外做功，在b→c過程中體積增大，氣體對外做功，根據(jù)p－V圖像與橫軸所圍的面積表示做的功可知，在這兩個過程中氣體對外做的功相等，選項A錯誤；氣體在a→b過程中體積增大，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程可知，a、b兩個狀態(tài)溫度相等，內(nèi)能不變，由熱力學第一定律可知吸收的熱量等于氣體對外做的功；氣體在b→c過程中體積增大，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程可知，c狀態(tài)的溫度高于b狀態(tài)的溫度，內(nèi)能增加，由熱力學第一定律可知吸收的熱量等于氣體對外做的功與內(nèi)能增加量之和，即氣體在a→b過程中吸收的熱量小于氣體在b→c過程中吸收的熱量，選項B錯誤；氣體在c→a的過程中，體積減小，溫度降低，外界對氣體做功，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學第一定律，外界對氣體做的功小于氣體放出的熱量，選項C正確；由理想氣體狀態(tài)方程可知，a、b兩個狀態(tài)溫度相等，內(nèi)能相等，所以氣體在c→a的過程中內(nèi)能的減少量等于氣體在b→c過程中內(nèi)能的增加量，選項D錯誤。【變式3】(多選)[2018·全國卷Ⅰ，33(1)]如圖5所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程①、②、③、④到達狀態(tài)e。對此氣體，下列說法正確的是()圖5A.過程①中氣體的壓強逐漸減小B.過程②中氣體對外界做正功C.過程④中氣體從外界吸收了熱量D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等E.狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小答案BDE解析由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，pb＞pa，即過程①中氣體的壓強逐漸增大，選項A錯誤；由于過程②中氣體體積增大，所以過程②中氣體對外做正功，選項B正確；過程④中氣體體積不變，氣體對外做功為零，溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學第一定律，過程④中氣體放出熱量，選項C錯誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關，可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等，選項D正確；連接題圖Ob、Od，為兩條等壓線，根據(jù)pV＝CT，可得T＝eq\f(p,C)V，由斜率可判斷出狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小，選項E正確。命題點三熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用解題步驟【例4】(2020·山東省等級考試模擬卷)如圖6所示，水平放置的封閉絕熱汽缸，被一鎖定的絕熱活塞分為體積相等的a、b兩部分。已知a部分氣體為1mol氧氣，b部分氣體為2mol氧氣，兩部分氣體溫度相等，均可視為理想氣體。解除鎖定，活塞滑動一段距離后，兩部分氣體各自再次達到平衡態(tài)時，它們的體積分別為Va、Vb，溫度分別為Ta、Tb。下列說法正確的是()圖6A.Va＞Vb，Ta＞Tb B.Va＞Vb，Ta＜TbC.Va＜Vb，Ta＜Tb D.Va＜Vb，Ta＞Tb答案D解析解除鎖定前，兩部分氣體溫度相同，體積相同，物質的量大的部分分子密度大，氣體壓強大，即b部分壓強大，故解除鎖定后活塞左移，平衡時Va＜Vb，pa＝pb，故A、B錯誤；活塞左移過程中，a氣體被壓縮內(nèi)能增大，溫度升高，b氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，平衡時Ta＞Tb，故C錯誤，D正確?！咀兪?】(2020·海南省新高考一模)一定質量的理想氣體，從狀態(tài)M開始，經(jīng)狀態(tài)N、Q回到原狀態(tài)M，其p－V圖像如圖7所示，其中QM平行于橫軸，NQ平行于縱軸。則()圖7A.M→N過程氣體溫度不變B.N→Q過程氣體對外做功C.N→Q過程氣體內(nèi)能減小D.Q→M過程氣體放出熱量答案D解析M→N過程氣體的pV乘積先增加后減小，可知溫度先升高后降低，選項A錯誤；N→Q過程氣體的體積不變，對外不做功，選項B錯誤；N→Q過程氣體壓強增大，體積不變，由eq\f(pV,T)＝C可知，溫度升高，則內(nèi)能增加，選項C錯誤；Q→M過程氣體壓強不變，體積減小，外界對氣體做功，即W＞0；由eq\f(pV,T)＝C可知，溫度降低，內(nèi)能減小，即ΔU＜0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知Q＜0，氣體放出熱量，選項D正確?！咀兪?】[2021·1月重慶市學業(yè)水平選擇性考試適應性測試，15(2)]如圖8所示，密閉導熱容器A、B的體積均為V0，A、B浸在盛水容器中，達到熱平衡后，A中壓強為p0，溫度為T0，B內(nèi)為真空，將A中的氣體視為理想氣體。打開活栓C，A中部分氣體進入B。圖8①若再次達到平衡時，水溫未發(fā)生變化，求此時氣體的壓強；②若密閉氣體的內(nèi)能與溫度的關系為ΔU＝k(T2－T1)(k為大于0的已知常量，T1、T2分別為氣體始末狀態(tài)的溫度)，在①所述狀態(tài)的基礎上，將水溫升至1.2T0，重新達到平衡時，求氣體的壓強及所吸收的熱量。答案①eq\f(1,2)p0②0.6p00.2kT0解析①容器內(nèi)的理想氣體從打開C到再次平衡時，發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意爾耳定律得p0V0＝p·2V0解得此時氣體壓強p＝eq\f(1,2)p0。②升高溫度，理想氣體發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律得eq\f(p,T0)＝eq\f(p′,1.2T0)解得壓強為p′＝1.2p＝0.6p0溫度改變，理想氣體的體積不變，則外界既不對理想氣體做功，理想氣體也不對外界做功，所以W＝0；升高溫度，內(nèi)能增量為ΔU＝k(1.2T0－T0)＝0.2kT0根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知氣體吸收的熱量為Q＝ΔU＝0.2kT0。命題點四熱力學第二定律1.熱力學第二定律的含義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程。2.熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。3.熱力學過程的方向性實例(1)高溫物體eq\o(,\s\up7(熱量Q能自發(fā)傳給),\s\do5(熱量Q不能自發(fā)傳給))低溫物體。(2)功eq\o(,\s\up7(能自發(fā)地完全轉化為),\s\do5(不能自發(fā)地轉化為))熱。(3)氣體體積V1eq\o(,\s\up7(能自發(fā)膨脹到),\s\do5(不能自發(fā)收縮到))氣體體積V2(較大)。(4)不同氣體A和Beq\o(,\s\up7(能自發(fā)混合成),\s\do5(不能自發(fā)分離成))混合氣體AB。4.兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律【例5】[2020·全國卷Ⅱ，33(1)]下列關于能量轉換過程的敘述，違背熱力學第一定律的有________，不違背熱力學第一定律、但違背熱力學第二定律的有________。A.汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B.冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C.某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，而不產(chǎn)生其他影響D.冰箱的制冷機工作時從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)答案BC解析汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱既不違背熱力學第一定律也不違背熱力學第二定律；冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低，違背了熱力學第一定律；熱機工作時吸收的熱量不可能全部用來對外做功，而不產(chǎn)生其他影響，顯然C選項遵循熱力學第一定律，但違背了熱力學第二定律；冰箱的制冷機工作時，從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)，既不違背熱力學第一定律也不違背熱力學第二定律，綜上所述，第一個空選B，第二個空選C。【變式6】(多選)[2016·全國卷Ⅰ，33(1)]關于熱力學定律，下列說法正確的是()A.氣體吸熱后溫度一定升高B.對氣體做功可以改變其內(nèi)能C.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體D.如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡答案BCD解析氣體內(nèi)能的改變ΔU＝Q＋W，故對氣體做功可改變氣體內(nèi)能，選項B正確；氣體吸熱為Q，但不確定外界做功W的情況，故不能確定氣體溫度的變化，選項A錯誤；由熱力學第二定律，選項C正確；根據(jù)熱平衡原理，選項D正確。課時限時練(限時：40分鐘)對點練1熱力學第一定律的理解和應用1.(2020·北京市豐臺區(qū)二模)關于物體內(nèi)能的變化，以下說法正確的是()A.物體放出熱量，內(nèi)能一定減少B.物體對外做功，內(nèi)能一定減少C.物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變D.物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變答案D解析根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，物體內(nèi)能的變化與外界對物體做功(或物體對外界做功)、物體從外界吸熱(或向外界放熱)兩種因素有關。物體放出熱量，但有可能同時外界對物體做功，故內(nèi)能有可能不變甚至增加，選項A錯誤；物體對外做功的同時有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減少，選項B錯誤；若物體放熱同時對外做功，物體內(nèi)能一定減少，選項C錯誤；若物體吸收的熱量與對外做的功相等，則內(nèi)能可能不變，選項D正確。2.(2020·山東濰坊市第二次高考模擬)蛟龍?zhí)柹顫撈髟趫?zhí)行某次實驗任務時，外部攜帶一裝有氧氣的汽缸，汽缸導熱良好，活塞與缸壁間無摩擦且與海水相通。已知海水溫度隨深度增加而降低，則深潛器下潛過程中，下列說法正確的是()A.每個氧氣分子的動能均減小B.氧氣放出的熱量等于其內(nèi)能的減少量C.氧氣分子單位時間撞擊缸壁單位面積的次數(shù)增加D.氧氣分子每次對缸壁的平均撞擊力增大答案C解析海水溫度隨深度增加而降低，汽缸導熱良好，氧氣分子平均動能降低，但不是每個氧氣分子的動能均減小，故A錯誤；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，內(nèi)能的減少量等于氧氣放出的熱量和外界對氧氣做功之和，故B錯誤；根據(jù)液體壓強公式p＝ρgh，可知隨下潛深度增加，海水壓強增大，由于活塞與缸壁間無摩擦且與海水相通，氧氣壓強增加，即氧氣分子單位時間撞擊缸壁單位面積的次數(shù)增加，故C正確；溫度降低，氧氣分子平均動能降低，氧氣分子每次對缸壁的平均撞擊力減小，故D錯誤。3.(2020·山東德州市第一次模擬)如圖1所示，內(nèi)壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有擋板，厚度不計的活塞不能離開汽缸，汽缸內(nèi)封閉著一定質量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2m?，F(xiàn)對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動，一段時間后停止加熱，此時封閉氣體的壓強變?yōu)?×105Pa。已知活塞的橫截面積為0.04m2，外部大氣壓強為1×105Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2000J，則封閉氣體的內(nèi)能變化量為()圖1A.400J B.1200JC.2000J D.2800J答案B解析由題意可知，氣體先等壓變化，到活塞運動到擋板處再發(fā)生等容變化，等壓變化過程氣體對外做功，做功為W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2J＝－800J，由熱力學第一定律可知，封閉氣體的內(nèi)能變化量為ΔU＝W＋Q＝(－800＋2000)J＝1200J，故A、C、D錯誤，B正確。對點練2熱力學第一定律和圖像的結合4.(多選)如圖2所示描述了一定質量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ab的延長線過原點，則下列說法正確的是()圖2A.氣體從狀態(tài)a到b的過程，氣體體積不變B.氣體從狀態(tài)b到c的過程，一定從外界吸收熱量C.氣體從狀態(tài)c到d的過程，外界對氣體做功D.氣體從狀態(tài)d到a的過程，氣體的內(nèi)能減小答案ABD解析從狀態(tài)a到b，氣體發(fā)生的是等容變化，氣體的體積不變，故A正確；從狀態(tài)b到c，溫度升高，壓強不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，體積增加，氣體對外做功，溫度升高說明內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學第一定律公式ΔU＝W＋Q，氣體吸收熱量，故B正確；從狀態(tài)c到d，溫度不變，壓強減少，則體積增大，氣體對外做功，故C錯誤；從狀態(tài)d到a，溫度降低，內(nèi)能減小，故D正確。5.(多選)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B和C又回到狀態(tài)A。其壓強p隨體積V變化的圖線如圖3所示，其中A到B為絕熱過程，C到A為等溫過程。則下列說法正確的是()圖3A.A狀態(tài)速率大的分子比例較B狀態(tài)的多B.A→B過程，氣體分子平均動能增大C.B→C過程，氣體對外做功D.B→C過程，氣體放熱答案AC解析由圖可知A→B過程中，絕熱膨脹，氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動能減小，則A狀態(tài)速率大的分子比例較B狀態(tài)的多，故A正確，B錯誤；B→C過程中是等壓變化，體積增大，則氣體對外做功，故C正確；B→C過程中是等壓變化，體積增大，W<0，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，ΔU>0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，則Q＞0，即氣體吸熱，故D錯誤。6.(多選)(2020·四川成都市第二次診斷)如圖4所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程①、②、③到達狀態(tài)d。對此氣體，下列說法正確的是()圖4A.過程①中，氣體體積不斷增大B.過程②中，氣體從外界吸收熱量C.過程②為絕熱過程D.狀態(tài)a的體積大于狀態(tài)d的體積答案AD解析過程①中，氣體溫度不變，壓強減小，則氣體體積不斷增大，選項A正確；過程②中，氣體體積不變，溫度降低，內(nèi)能減小，則氣體向外界放出熱量，此過程不是絕熱過程，選項B、C錯誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知在a、d兩個狀態(tài)eq\f(6Va,4)＝eq\f(2Vd,1)，Va＝eq\f(4,3)Vd，狀態(tài)a的體積大于狀態(tài)d的體積，選項D正確。7.一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V－t圖像如圖5所示，下列說法正確的有()圖5A.A→B的過程中，氣體對外做功B.A→B的過程中，氣體放出熱量C.B→C的過程中，氣體壓強變大D.B→C的過程中，氣體內(nèi)能變大答案AC解析如圖所示，A→B的過程中，氣體體積變大，則氣體對外做功，溫度不變，內(nèi)能不變，則氣體吸收熱量，選項A正確，B錯誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C則V＝eq\f(C,p)T，在B→C的過程中，圖線上的點與橫軸上－273℃點連線的斜率減小，則氣體壓強變大；氣體的溫度降低，內(nèi)能減小，選項C正確，D錯誤。8.(2020·山東省等級考試第二次模擬卷)一定質量的理想氣體，在溫度T1和T2下的壓強p與體積V的關系曲線如圖6所示。氣體由狀態(tài)A等容變化到狀態(tài)B的過程中，下列說法正確的是()圖6A.溫度降低，吸收熱量 B.溫度降低，放出熱量C.溫度升高，吸收熱量 D.溫度升高，放出熱量答案C解析氣體由狀態(tài)A等容變化到狀態(tài)B的過程中，壓強增大，由等容變化規(guī)律eq\f(p,T)＝C可知，溫度升高，理想氣體內(nèi)能增大，再根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，由于氣體發(fā)生等容變化，則氣體不對外做功，外界也不對氣體做功，所以氣體吸收熱量，故C正確，A、B、D錯誤。對點練3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用9.(2020·西北狼聯(lián)盟一診聯(lián)考)在圖7甲所示的密閉汽缸內(nèi)裝有一定質量的理想氣體，圖乙是它從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V－T圖像。已知AB的反向延長線通過坐標原點，氣體在狀態(tài)A的壓強為p＝1.0×105Pa，在從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體吸收的熱量為Q＝600J。求：圖7(1)氣體在狀態(tài)B的體積VB;(2)此過程中氣體內(nèi)能的增量ΔU。答案(1)8.0×10－3m3(2)400J解析(1)由題知V－T圖像通過坐標原點，則知從A到B理想氣體發(fā)生等壓變化，由蓋－呂薩克定律得eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)解得VB＝8×10－3m3。(2)外界對氣體做的功W＝－peq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(VB－VA))＝－200J根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W解得ΔU＝400J。10.(多選)如圖8所示，一定量的理想氣體經(jīng)歷了A→B→C→D→A的循環(huán)，ABCD位于矩形的四個頂點上。下列說法正確的是()圖8A.狀態(tài)C的溫度為eq\f(3,2)T0B.從A→B，分子的平均動能減少C.從C→D，氣體密度增大D.從D→A，氣體壓強增大、內(nèi)能減小答案AC解析A→B過程為等壓過程，有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，即eq\f(V1,2T0)＝eq\f(V2,3T0)，解得eq\f(V1,V2)＝eq\f(2,3)，C→D過程也為等壓過程，有eq\f(VC,TC)＝eq\f(VD,TD)，即eq\f(V1,T0)＝eq\f(V2,TC)，解得TC＝eq\f(V2,V1)T0＝eq\f(3,2)T0，故A正確；從A→B，溫度升高，分子平均動能增大，故B錯誤；C→D過程為等壓變化過程，氣體體積減小，氣體質量不變，則氣體密度增大，故C正確；從D→A，氣體的體積不變，氣體壓強增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，故D錯誤。11.(2020·山東濟南市5月高考模擬)一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－V圖像如圖9所示。已知氣體在狀態(tài)a的壓強為p0、體積為V0、溫度為T0，氣體在狀態(tài)b的溫度Tb＝1.5T0，氣體在狀態(tài)c的溫度Tc＝T0，求圖9(1)氣體在狀態(tài)b時的體積；(2)分析說明氣體由狀態(tài)c到狀態(tài)a是吸熱還是放熱，并求出吸收或放出的熱量。答案(1)1.5V0(2)放熱eq\f(5,12)p0V0解析(1)a到b是等壓變化，有eq\f(Va,Ta)＝eq\f(Vb,Tb)解得Vb＝1.5V0。(2)由于Ta＝Tc，c到a過程，ΔU＝0，氣體體積減小，外界對氣體做功即W＞0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，需要放熱，從b到c，Vc＝Vb，eq\f(pb,Tb)＝eq\f(pc,Tc)得pc＝eq\f(2,3)p0從c到a過程外界對氣體做功Wca＝eq\f(1,2)(pa＋pc)(Vc－Va)＝eq\f(5,12)p0V0則放出熱量Q＝Wca＝eq\f(5,12)p0V0。12.(2020·江蘇南通市5月第二次模擬)如圖10所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，再從狀態(tài)B到狀態(tài)C，最后從狀態(tài)C回到狀態(tài)A。已知氣體在狀態(tài)A的體積VA＝3.0×10－3m3，從B到C過程中氣體對外做功1000J。求：圖10(1)氣體在狀態(tài)C時的體積；(2)氣體在A→B→C→A的整個過程中氣體吸收的熱量。答案(1)9.0×10－3m3(2)400J解析(1)氣體從C→A，發(fā)生等壓變化，有eq\f(VC,TC)＝eq\f(VA,TA)解得VC＝9.0×10－3m3。(2)氣體從A→B，氣體發(fā)生等容變化，則WAB＝0氣體從B→C，氣體等溫膨脹對外做功，則WBC＝－1000J氣體從C→A，氣體體積減小，外界對氣體做功，則WCA＝pC(VC－VA)＝600J全過程中W＝WAB＋WBC＋WCA＝－400J全過程ΔU＝0根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得吸收熱量Q＝－W＝400J。13.(2020·江蘇泰州市5月第二次模擬)一定質量的理想氣體，其內(nèi)能跟熱力學溫度成正比。在初始狀態(tài)A時，體積為V0，壓強為p0，溫度為T0，此時其內(nèi)能為U0。該理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)由一系列變化，最終返回到原來狀態(tài)A，其變化過程的V－T圖線如圖11所示，其中CA延長線過坐標原點，B、A點在同一豎直線上。求：圖11(1)該理想氣體在狀態(tài)B時的壓強；(2)該理想氣體從狀態(tài)B經(jīng)由狀態(tài)C回到狀態(tài)A的過程中，氣體向外界放出的熱量。答案(1)eq\f(p0,3)(2)2p0V0解析(1)由圖可知，從狀態(tài)A到狀態(tài)B為等溫變化過程，狀態(tài)B時氣體體積為V1＝3V0，狀態(tài)A時氣體體積為V0，壓強為p0，由玻意耳定律p0V0＝pBVB，得pB＝eq\f(p0,3)。(2)由圖線知從狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容過程，外界對氣體不做功，WBC＝0，從狀態(tài)C到狀態(tài)A，為等壓變化過程，外界對氣體做功，WCA＝p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3V0－V0))＝2p0V0，對狀態(tài)B經(jīng)狀態(tài)C回到狀態(tài)A，溫度不變，則內(nèi)能增加量為ΔU＝0，氣體對外界放出的熱量為Q，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得，Q＝－W＝－2p0V0，即氣體向外