2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第三章　熱力學(xué)定律章末核心素養(yǎng)提升含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第三章熱力學(xué)定律章末核心素養(yǎng)提升eq\a\vs4\al(熱,力,學(xué),定,律)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(功、熱和內(nèi)能的改變\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(功和內(nèi)能：在絕熱情況下，功是能量變化的量度,熱量和內(nèi)能：只發(fā)生傳熱時(shí)，熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,做功和傳熱在改變內(nèi)能上是等價(jià)的)),熱力學(xué)第一定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)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(duì)它所做的,功的和表達(dá)式：ΔU＝Q＋W,符號(hào)法則)),能量守恒定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變,永動(dòng)機(jī)是不可能制成的)),熱力學(xué)第二定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(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,開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響,微觀解釋?zhuān)阂磺凶园l(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行,熵增加原理：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值總是不會(huì)減小,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成的原因：違背了熱力學(xué)第二定律)),能量和能源\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性,能量耗散,能量守恒、能源有限))))章末自測(cè)卷(三)(時(shí)間：45分鐘滿(mǎn)分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(共9小題，每小題6分，共54分)1.下列說(shuō)法正確的是()A.隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大，物體分子動(dòng)能也增大B.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷等容放熱過(guò)程，氣體的內(nèi)能增大C.氣體分子單位時(shí)間內(nèi)碰撞器壁單位面積上的次數(shù)與單位體積內(nèi)分子數(shù)和溫度有關(guān)D.懸浮在液體中的微粒越大，某一瞬間跟它相撞的液體分子數(shù)越多，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯答案C解析溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能一定增大，與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的速度大小無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷等容放熱過(guò)程，則Q＜0，W＝0，根據(jù)ΔU＝Q＋W可知，氣體的內(nèi)能減小，故B錯(cuò)誤；氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)，與單位體積內(nèi)的分子數(shù)和溫度有關(guān)，故C正確；懸浮在液體中的微粒越大，某一瞬間跟它相撞的液體分子數(shù)越多，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越不明顯，故D錯(cuò)誤。2.關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同B.氣體溫度不變，整體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能越大C.氣體被壓縮時(shí)，內(nèi)能一定改變D.一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)答案D解析質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能不一定相同，還和氣體的種類(lèi)有關(guān)，故A錯(cuò)誤；物體的內(nèi)能與溫度、體積有關(guān)，與物體宏觀整體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能無(wú)關(guān)，所以整體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能不一定越大，故B錯(cuò)誤；氣體被壓縮時(shí)，外界對(duì)氣體做功W＞0，如果向外界放熱Q＜0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU＝Q＋W，可能ΔU＝0內(nèi)能不變，故C錯(cuò)誤；理想氣體分子間無(wú)分子勢(shì)能，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故D正確。3.在一個(gè)與外界沒(méi)有熱交換的房間里打開(kāi)冰箱門(mén)，冰箱正常工作，過(guò)一段時(shí)間房間內(nèi)的溫度將如何變化()A.降低 B.升高C.不變 D.無(wú)法確定答案B解析冰箱消耗電能使冰箱內(nèi)外發(fā)生熱交換而達(dá)到內(nèi)部制冷，把冰箱與房間看成一個(gè)系統(tǒng)，打開(kāi)冰箱門(mén)后，冰箱與房間內(nèi)的熱交換發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)法使系統(tǒng)總能量發(fā)生變化。但系統(tǒng)消耗電能增加了系統(tǒng)的總能量，根據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)增加的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使房間的溫度升高。故選項(xiàng)B正確。4.關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是()A.布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)B.用油膜法測(cè)分子直徑的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使用純油酸滴到水面上C.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律D.用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功3.0×105J，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加2.2×105J，則空氣從外界吸熱5.2×105J答案C解析布朗運(yùn)動(dòng)是小顆粒的運(yùn)動(dòng)，只是間接反映了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；用油膜法測(cè)分子直徑的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使用油酸溶液滴到水面上，便于稀釋后緊密排列在水面上，故B錯(cuò)誤；第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，故C正確；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，空氣向外界放出0.8×105J的熱量，故D錯(cuò)誤。5．一銅塊和一鐵塊，質(zhì)量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當(dāng)它們接觸在一起時(shí)，如果不和外界交換能量，則()A．達(dá)到熱平衡時(shí)，兩者內(nèi)能相等B．在兩者達(dá)到熱平衡以前的任意一段時(shí)間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量不等于鐵塊內(nèi)能的增加量C．在兩者達(dá)到熱平衡以前的任意一段時(shí)間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量都等于鐵塊內(nèi)能的增加量D．達(dá)到熱平衡時(shí)，銅塊的溫度比鐵塊的低答案C解析熱平衡條件是溫度相等，傳熱的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體，不和外界交換熱量，在傳熱過(guò)程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。6．(2021·江蘇平潮中學(xué)高二月考)一定質(zhì)量的理想氣體(分子力不計(jì))，體積由V膨脹到V′。如果通過(guò)壓強(qiáng)不變的過(guò)程實(shí)現(xiàn)，對(duì)外做功大小為W1，傳熱的值為Q1，內(nèi)能變化為ΔU1；如果通過(guò)溫度不變的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)外做功大小為W2，傳熱的值為Q2，內(nèi)能變化為ΔU2，則()A．W1＞W(wǎng)2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2B．W1＞W(wǎng)2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2C．W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2D．W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2答案B解析氣體體積由V膨脹到V′，由eq\f(pV,T)＝C，可判斷出，在等壓變化中，因?yàn)閴簭?qiáng)不變，則氣體對(duì)外界做功W1＝pSeq\f(V′－V,S)＝p(V′－V)，因?yàn)闅怏w膨脹，所以溫度升高，氣體的內(nèi)能增加，所以ΔU1＞0，氣體吸熱；在等溫變化中，氣體內(nèi)能不變，即ΔU2＝0，所以ΔU1＞ΔU2，因?yàn)闅怏w膨脹，對(duì)外界做功，所以吸收的熱量等于對(duì)外界做的功，W2＝Q2，且因?yàn)闅怏w膨脹，壓強(qiáng)減小，所以氣體對(duì)外界做功W2＝p1(V′－V)，則有W1＞W(wǎng)2，由ΔU＝Q－W可得Q1＞Q2，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。7．(2021·通化縣綜合高級(jí)中學(xué)高二期末)對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列過(guò)程不可能發(fā)生的是()A．氣體膨脹對(duì)外做功，溫度升高，內(nèi)能增加B．氣體吸熱，溫度降低，內(nèi)能不變C．氣體放熱，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增大D．氣體放熱，溫度不變，內(nèi)能不變答案B解析理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，氣體膨脹對(duì)外做功，若吸收熱量，其溫度可能升高，內(nèi)能增加，可能發(fā)生，故A正確；氣體吸熱，若同時(shí)氣體可以膨脹對(duì)外做功，溫度可以降低，但是內(nèi)能一定減小，不可能發(fā)生，故B錯(cuò)誤；氣體放熱，若同時(shí)外界可以對(duì)氣體做功，體積減小，其溫度可能升高，內(nèi)能增大，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，溫度升高，體積減小，則壓強(qiáng)增大，可能發(fā)生，故C正確；氣體放熱，若同時(shí)外界可以對(duì)氣體做功，溫度可能不變，則內(nèi)能也不變，可以發(fā)生，故D正確。8．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開(kāi)始，經(jīng)A→B、B→C兩個(gè)過(guò)程變化到狀態(tài)C，其p－V圖像如圖所示。已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)溫度為27℃，以下判斷正確的是()A．氣體在A→B過(guò)程中對(duì)外界做的功為2.0×104JB．氣體在B→C過(guò)程中可能吸熱C．氣體在狀態(tài)B時(shí)溫度為900℃D．氣體在A→C過(guò)程中吸收熱量答案D解析氣體在A→B過(guò)程中壓強(qiáng)不變體積增大，氣體對(duì)外界做功W＝pA(VB－VA)＝1.5×105×(0.3－0.1)J＝3.0×104J，A錯(cuò)誤；氣體在B→C過(guò)程中體積不變，壓強(qiáng)減小，溫度降低內(nèi)能減小，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w一定放熱，B錯(cuò)誤；氣體在A→B過(guò)程，由eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，可得氣體在狀態(tài)B時(shí)溫度為T(mén)B＝900K＝627℃，C錯(cuò)誤；氣體在A→C的過(guò)程，由理想氣體狀態(tài)方程可知eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)，解得TA＝TC，故A和C兩狀態(tài)溫度相等，氣體內(nèi)能相同，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可知?dú)怏w對(duì)外界做功并且吸收熱量，D正確。9．如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到狀態(tài)a。下列說(shuō)法正確的是()A．在a到b過(guò)程中外界對(duì)氣體做功B．在b到c過(guò)程中氣體溫度始終不變C．在c到a過(guò)程中氣體的溫度升高D．氣體在狀態(tài)b、c時(shí)內(nèi)能可能相等答案D解析在a到b過(guò)程中，氣體體積不變，外界不對(duì)氣體做功，氣體也不對(duì)外界做功，壓強(qiáng)增大，溫度升高，內(nèi)能增加，A錯(cuò)誤；b到c過(guò)程若發(fā)生的是等溫變化，則p－V圖線(xiàn)為雙曲線(xiàn)的一部分，而圖示為傾斜直線(xiàn)，因此b到c過(guò)程中溫度一定發(fā)生變化，B錯(cuò)誤；在c到a過(guò)程中，氣體體積縮小，外界對(duì)氣體做功，壓強(qiáng)不變，溫度降低，C錯(cuò)誤；狀態(tài)b、c可能是同一等溫曲線(xiàn)上的兩個(gè)狀態(tài)，所以D正確。二、計(jì)算題(共3小題，共46分)10．(15分)(2021·江蘇姜堰二中高二月考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D后又回到狀態(tài)A，其狀態(tài)變化過(guò)程中的p－V圖像如圖所示。已知圖線(xiàn)的AD段是雙曲線(xiàn)的一部分，且該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為270K。(1)求氣體在狀態(tài)C時(shí)的溫度TC和在循環(huán)過(guò)程中氣體的最高溫度Tm；(2)若由狀態(tài)C到狀態(tài)D過(guò)程中放出熱量75J，則求此過(guò)程中內(nèi)能的變化量。答案(1)337.5K675K(2)減少50J解析(1)圖線(xiàn)的AD段是雙曲線(xiàn)的一部分，即從D到A，理想氣體等溫變化，有TD＝TA＝270K由圖可知，從C到D，理想氣體等壓變化，有eq\f(VC,TC)＝eq\f(VD,TD)代入數(shù)據(jù)，有TC＝337.5K對(duì)于給定質(zhì)量的理想氣體，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程易知變化過(guò)程中橫縱坐標(biāo)乘積最大時(shí)，其溫度最高。由圖可知狀態(tài)B時(shí)溫度最高，理想氣體從A到B是等壓過(guò)程，有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)代入數(shù)據(jù)，可得TB＝675K。(2)由狀態(tài)C到狀態(tài)D過(guò)程是等壓變化，外界對(duì)氣體做功有W＝peq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(VC－VD))＝25J根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有ΔU＝Q＋W代入數(shù)據(jù)，得ΔU＝25J－75J＝－50J。11．(15分)如圖甲所示，一個(gè)厚度不計(jì)的圓筒形導(dǎo)熱汽缸開(kāi)口向上豎直放置，汽缸底面積S＝1×10－4m2，高度h＝0.2m，已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，室溫為7℃，取g＝10m/s2。缸內(nèi)氣體可視為理想氣體。(1)若室溫升到27℃，求此時(shí)汽缸內(nèi)空氣質(zhì)量與室溫為7℃時(shí)汽缸內(nèi)空氣質(zhì)量之比；(2)若室溫仍為7℃，如圖乙所示，在汽缸開(kāi)口處加質(zhì)量為m＝0.2kg的活塞，活塞與汽缸之間無(wú)摩擦且不漏氣，如果在活塞上緩慢放置一定質(zhì)量的細(xì)砂，氣柱高度變?yōu)槠赘叨鹊膃q\f(2,3)，求砂子的質(zhì)量并判斷此過(guò)程缸內(nèi)氣體吸熱還是放熱。答案(1)14∶15(2)0.3kg放熱解析(1)室溫為7℃時(shí)，汽缸內(nèi)空氣的體積為V1，溫度T1＝(7＋273)K＝280K室溫升到27℃時(shí)，此時(shí)包括逸出氣體在內(nèi)的氣體的總體積為V2，溫度為T(mén)2＝(27＋273)K＝300K，由蓋－呂薩克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)設(shè)室溫為27℃時(shí)汽缸內(nèi)空氣的密度為ρ，則27℃時(shí)汽缸內(nèi)空氣質(zhì)量為ρV1，7℃時(shí)汽缸內(nèi)空氣質(zhì)量為ρV2，則室溫為27℃時(shí)汽缸內(nèi)空氣質(zhì)量與室溫為7℃時(shí)汽缸內(nèi)空氣質(zhì)量之比為eq\f(m2,m1)＝eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)＝eq\f(280,300)＝eq\f(14,15)。(2)因?yàn)樯白邮蔷徛胖玫模云變?nèi)氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律有p1V1＝p3V3，其中p1＝p0，p3＝p0＋eq\f(mg＋m砂g,S)，V1＝hS，V3＝eq\f(2,3)hS代入數(shù)據(jù)解得m＋m砂＝0.5kgm砂＝0.3kg因?yàn)闅怏w體積減小，外界對(duì)氣體做功，此過(guò)程氣體溫度不變，氣體內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，此過(guò)程氣體向外放熱。12．(16分)(2021·南京市十三中高二期末)如圖所示，上端開(kāi)口的光滑圓柱形汽缸豎直放置，橫截面積為10cm2的活塞，將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)。在汽缸內(nèi)距缸底30cm處設(shè)有卡槽a、b兩限制裝置，使活塞只能向上滑動(dòng)。開(kāi)始時(shí)活塞擱在a、b上，活塞的質(zhì)量為5kg，氣體溫度為180K?，F(xiàn)緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體，當(dāng)溫度為300K，活塞恰好離開(kāi)卡槽a、b；若繼續(xù)給汽缸內(nèi)氣體緩慢加熱，活塞上升了10cm的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加了240J。(設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa，g取10m/s2)求：(1)開(kāi)始時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)活塞上升10cm時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度；(3)活塞離開(kāi)卡槽a、b之后上升10cm的過(guò)程中，氣體吸收的熱量。答案(1)0.9×105Pa(2)400K(3)255J解析(1)活塞剛好離開(kāi)卡槽時(shí)，有mg＋p0S＝p2S根據(jù)查理定律得eq\f(p2,T2)＝eq\f(p1,T1)解得p1＝eq\f(T1,T2)p2＝0.9×105Pa。(2)從活塞離開(kāi)卡槽時(shí)，氣體為等壓變化，根據(jù)蓋－呂薩克定律得eq\f(V2,T2)＝eq\f(V3,T3)解得T3＝eq\f(V3,V2)T2＝400K。(3)活塞離開(kāi)卡槽后，氣體對(duì)外做功為W＝－p2·SΔh＝－15J根據(jù)熱力學(xué)第一定律得Q＝ΔU－W＝255J。專(zhuān)題拓展課二熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)要求]1.會(huì)分析熱學(xué)圖像的物理意義，并結(jié)合熱力學(xué)第一定律分析有關(guān)能量問(wèn)題。2.會(huì)綜合分析熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律結(jié)合的有關(guān)問(wèn)題。拓展點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律和熱學(xué)圖像的結(jié)合1.應(yīng)用氣體狀態(tài)變化圖像時(shí)要注意以下兩點(diǎn)信息(1)點(diǎn)、線(xiàn)的物理意義：求解氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)明確圖像上的點(diǎn)表示一定質(zhì)量的理想氣體的一個(gè)平衡狀態(tài)，它對(duì)應(yīng)著三個(gè)狀態(tài)參量；圖像上的某一條直線(xiàn)段或曲線(xiàn)段表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的一個(gè)過(guò)程。(2)斜率的物理意義：在V－T圖像(或p－T圖像)中，比較兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)(或體積)大小，可以通過(guò)比較這兩個(gè)狀態(tài)到原點(diǎn)連線(xiàn)的斜率的大小，判斷兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)(或體積)的大小。2.判定物體內(nèi)能變化的方法(1)內(nèi)能的變化都要利用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析；(2)做功情況要看氣體體積的變化情況：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正；(3)與外界絕熱，則不發(fā)生傳熱，此時(shí)Q＝0；(4)如果研究對(duì)象是理想氣體，則由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能，所以氣體內(nèi)能的變化主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度的變化。【例1】(2021·江蘇蘇州市高二期中)如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體的p－V圖像，氣體狀態(tài)經(jīng)歷了由A經(jīng)B到C的變化過(guò)程，其中A到B過(guò)程中氣體吸收了120J熱量，對(duì)外做功180J；B到C過(guò)程中氣體吸收了240J熱量。則：(1)A到B過(guò)程中氣體內(nèi)能改變了多少？(2)B到C過(guò)程中，是外界對(duì)氣體做功還是氣體對(duì)外界做功？做了多少功？(3)整個(gè)過(guò)程中氣體內(nèi)能改變了多少？答案(1)內(nèi)能減小60J(2)氣體對(duì)外界做功，做功200J(3)減小20J解析(1)A到B過(guò)程中氣體吸收了120J熱量，對(duì)外做功180J。由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，代入數(shù)據(jù)得ΔU＝120J＋(－180)J＝－60J即內(nèi)能減小60J。(2)B到C過(guò)程中，體積變大，氣體對(duì)外界做功，做功W＝pΔV＝200J。(3)A到B過(guò)程中內(nèi)能減小60J；B到C過(guò)程中，氣體吸收了240J熱量，對(duì)外做功200J，故B到C過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加了40J，故整個(gè)過(guò)程中氣體內(nèi)能減小20J?！纠?】一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始經(jīng)過(guò)狀態(tài)b、c回到狀態(tài)a的V－T圖像如圖所示。已知?dú)怏w處于狀態(tài)a時(shí)的壓強(qiáng)為p0，則下列判斷正確的是()A.氣體處于狀態(tài)c時(shí)的壓強(qiáng)為3p0B.c→a過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功大于氣體向外界放出的熱量C.a→b過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功等于c→a過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功D.b→c過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量等于c→a過(guò)程中氣體內(nèi)能的減少量答案D解析由題圖可知c→a過(guò)程中氣體做等壓變化，壓強(qiáng)不變，故氣體處于狀態(tài)c時(shí)的壓強(qiáng)為p0，A錯(cuò)誤；在c→a過(guò)程中，氣體的體積減小，外界對(duì)氣體做功，W＞0，由于溫度降低，氣體的內(nèi)能減少，即ΔU＜0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＜0，即氣體向外界放出熱量，且外界對(duì)氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量，B錯(cuò)誤；a→b過(guò)程中，氣體的溫度不變，故內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外界做功；而c→a過(guò)程中外界對(duì)氣體做功，作出V－T圖像對(duì)應(yīng)的p－V圖像如圖所示，由圖像可知，圖線(xiàn)與橫軸所圍圖形的面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體做功的大小，故a→b過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功小于c→a過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功，C錯(cuò)誤；因?yàn)闋顟B(tài)a、狀態(tài)b氣體的溫度相同，所以狀態(tài)a、狀態(tài)b氣體的內(nèi)能相同，所以b→c過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量等于c→a過(guò)程中氣體內(nèi)能的減少量，D正確。【針對(duì)訓(xùn)練1】(2021·江蘇揚(yáng)州市開(kāi)學(xué)考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)M開(kāi)始，經(jīng)狀態(tài)N、P、Q回到狀態(tài)M，如p－T圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.N→P過(guò)程，氣體放熱B.M→N過(guò)程，氣體體積變大C.氣體在N時(shí)的體積比在Q時(shí)的體積小D.P→M過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積的分子數(shù)增加答案A解析由圖像可知，N→P過(guò)程氣體溫度T不變而壓強(qiáng)p增大，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，氣體體積V減小，外界對(duì)氣體做功，W＞0，氣體溫度不變，氣體內(nèi)能不變，ΔU＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＝ΔU－W＝－W＜0，氣體放出熱量，故A正確；由圖像可知，M→N過(guò)程氣體溫度T降低而壓強(qiáng)p不變，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，氣體體積V減小，故B錯(cuò)誤；由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知：p＝eq\f(C,V)T，p－T圖像的斜率k＝eq\f(C,V)，由圖像可知，N、Q的連線(xiàn)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，圖像的斜率不變，說(shuō)明氣體在狀態(tài)N和狀態(tài)Q時(shí)的體積相等，故C錯(cuò)誤；由圖像可知，P→M過(guò)程氣體溫度升高而壓強(qiáng)減小，氣體壓強(qiáng)減小，氣體分子對(duì)器壁單位面積的平均作用力減小，氣體溫度升高分子平均動(dòng)能增大，則單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積的分子數(shù)減少，故D錯(cuò)誤。拓展點(diǎn)2熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合1.利用體積的變化分析做功問(wèn)題，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功。2.利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增加，溫度降低，內(nèi)能減小。3.利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，若已知?dú)怏w的做功情況和內(nèi)能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化過(guò)程是吸熱過(guò)程還是放熱過(guò)程。4.解決熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問(wèn)題的思路【例3】(2021·陜西寶雞市高二期末)如圖所示，豎直放置的導(dǎo)熱圓柱形容器開(kāi)口向上，用質(zhì)量m＝10kg的活塞密封一部分理想氣體，活塞在容器內(nèi)能自由滑動(dòng)且保持水平，容器內(nèi)側(cè)的底面積S＝50cm2，開(kāi)始時(shí)氣體的溫度t＝27℃，活塞到容器底的距離L＝20cm。在氣體從外界吸收Q＝60J熱量的過(guò)程中，活塞緩慢上升的距離L′＝2cm。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。求：(1)活塞停止上升時(shí)容器內(nèi)氣體的溫度t2；(2)密閉氣體內(nèi)能的增加量ΔU。答案(1)57℃(2)48J解析(1)活塞緩慢上升過(guò)程發(fā)生等壓変化V1＝SLT1＝t1＋273KV2＝S(L＋L′)T2＝t2＋273K由蓋－呂薩克定律可得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)解得t2＝57℃。(2)設(shè)活塞封閉理想氣體的壓強(qiáng)為p，活塞緩慢上升過(guò)程中受力平衡，則有pS＝p0S＋mg氣體體積增大，外界對(duì)氣體做負(fù)功，由做功公式可得W＝－pSL′由熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝Q＋W解得ΔU＝48J?！踞槍?duì)訓(xùn)練2】如圖所示，豎直放置的汽缸，活塞橫截面積為S＝0.10m2，活塞的質(zhì)量忽略不計(jì)，汽缸側(cè)壁有一個(gè)小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通。開(kāi)始活塞被鎖定，汽缸內(nèi)封閉了一段高為80cm的氣柱(U形管內(nèi)的氣體體積不計(jì))，此時(shí)缸內(nèi)氣體溫度為27℃，U形管內(nèi)水銀面高度差h1＝15cm。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，水銀的密度ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2。(1)讓汽缸緩慢降溫，直至U形管內(nèi)兩邊水銀面相平，求這時(shí)封閉氣體的溫度；(2)接著解除對(duì)活塞的鎖定，活塞可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，同時(shí)對(duì)汽缸緩慢加熱，直至汽缸內(nèi)封閉的氣柱高度達(dá)到96cm，求整個(gè)過(guò)程中氣體與外界交換的熱量。答案(1)250K(2)1600J解析(1)由題意知，活塞位置不變，汽缸內(nèi)氣體做等容變化由查理定律可知，eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0＋ρgh1＝1.2×105Pa，p2＝p0＝1.0×105Pa，T1＝300K解得T2＝250K。(2)接著解除對(duì)活塞的鎖定，活塞可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，即整個(gè)過(guò)程中氣體做等壓變化，壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa由蓋－呂薩克定律知eq\f(V2,T2)＝eq\f(V3,T3)解得T3＝300K因?yàn)門(mén)3＝T1＝300K，所以初狀態(tài)與末狀態(tài)氣體內(nèi)能相等，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，Q＝－W，即Q＝p0ΔV＝1600J。1.(熱力學(xué)第一定律和熱學(xué)圖像的結(jié)合)(2021·江蘇南通市高二期末)一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)變化如圖所示，該氣體從狀態(tài)a沿圓形線(xiàn)變化到狀態(tài)b、c、d，最終回到狀態(tài)a，則()A.從狀態(tài)a到狀態(tài)b是等溫變化過(guò)程B.從狀態(tài)a到狀態(tài)c是等壓膨脹過(guò)程C.從狀態(tài)a到狀態(tài)c，氣體放出熱量、內(nèi)能增大D.從狀態(tài)a經(jīng)b、c、d回到狀態(tài)a，氣體放出熱量答案D解析等溫線(xiàn)的形狀不是圓弧，從狀態(tài)a到狀態(tài)b不是等溫變化過(guò)程，A錯(cuò)誤；從狀態(tài)a到狀態(tài)c，氣體的壓強(qiáng)先減小后增大，不是等壓膨脹過(guò)程，B錯(cuò)誤；從狀態(tài)a到狀態(tài)c，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C，初末狀態(tài)的壓強(qiáng)相等，體積增大，溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體吸收熱量，C錯(cuò)誤；從狀態(tài)a經(jīng)b、c、d回到狀態(tài)a，氣體的溫度不變，內(nèi)能不變；外界對(duì)氣體所做的功等于圓形面積，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體放出熱量，D正確。2.(熱力學(xué)第一定律和熱學(xué)圖像的結(jié)合)(2021·山東淄博四中期末)一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)M開(kāi)始，經(jīng)狀態(tài)N、Q回到原狀態(tài)M，其p－V圖像如圖所示，其中QM平行于橫軸，NQ平行于縱軸，M、N在同一等溫線(xiàn)上。下列說(shuō)法正確的是()A.氣體從狀態(tài)M到狀態(tài)N的過(guò)程中溫度先降低后升高B.氣體從狀態(tài)N到狀態(tài)Q的過(guò)程中溫度先升高后降低C.氣體從狀態(tài)N到狀態(tài)Q的過(guò)程中放出熱量D.氣體從狀態(tài)Q到狀態(tài)M的過(guò)程中外界對(duì)氣體所做的功大于氣體從狀態(tài)M到狀態(tài)N的過(guò)程中氣體對(duì)外界所做的功答案D解析根據(jù)p－V圖像的等溫線(xiàn)可知，氣體從狀態(tài)M到狀態(tài)N的過(guò)程中溫度先升高后降低，A錯(cuò)誤；氣體從狀態(tài)N到狀態(tài)Q的過(guò)程中，體積不變，壓強(qiáng)變大，故氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，結(jié)合熱力學(xué)第一定律可知，該過(guò)程氣體吸收熱量，B、C錯(cuò)誤；因p－V圖像中圖線(xiàn)與橫軸所圍圖形的面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體做功的大小，故氣體從狀態(tài)Q到狀態(tài)M的過(guò)程中外界對(duì)氣體所做的功大于氣體從狀態(tài)M到狀態(tài)N的過(guò)程中氣體對(duì)外界所做的功，D正確。3.(熱力學(xué)第一律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合)(2021·江蘇無(wú)錫市高二期末)如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過(guò)程中的p－V圖線(xiàn)，已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的溫度TA＝300K。(1)求氣體在狀態(tài)C時(shí)的溫度TC；(2)若氣體在A→B過(guò)程中吸熱1000J，求在A→B過(guò)程中氣體內(nèi)能的變化量。答案(1)375K(2)增加了400J解析(1)A→B過(guò)程氣體等壓變化，由蓋－呂薩克定律得eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)解得TB＝750KB→C過(guò)程氣體等容變化，由查理定律得eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)解得TC＝375K。(2)A→B過(guò)程外界對(duì)氣體做功為W＝－pA(VB－VA)＝－600J由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q＋W解得ΔU＝1000J＋(－600J)＝400JA→B過(guò)程中氣體的內(nèi)能增加了400J。課時(shí)定時(shí)訓(xùn)練(限時(shí)40分鐘)1.(2021·江蘇鹽城市高二期末)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過(guò)程，B→C為等壓過(guò)程，D→A為等容過(guò)程。關(guān)于該循環(huán)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A.A→B過(guò)程中，氣體吸收熱量B.B→C過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能減小C.C→D過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少D.D→A過(guò)程中，氣體分子的速率分布曲線(xiàn)不發(fā)生變化答案C解析因?yàn)锳→B為等溫過(guò)程，壓強(qiáng)變大，體積變小，故外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，溫度不變，則內(nèi)能不變，故氣體一定放出熱量，故A錯(cuò)誤；因?yàn)锽→C為等壓過(guò)程，由于體積增大，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，故氣體分子的平均動(dòng)能增大，故B錯(cuò)誤；C→D為等溫過(guò)程，壓強(qiáng)變小，體積增大，因?yàn)闇囟炔蛔?，故氣體分子的平均動(dòng)能不變，壓強(qiáng)變小說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少，故C正確；D→A為等容過(guò)程，體積不變，壓強(qiáng)變小，由eq\f(pV,T)＝C，可知，溫度降低，氣體分子的平均動(dòng)能減小，故氣體分子的速率分布曲線(xiàn)會(huì)發(fā)生變化，故D錯(cuò)誤。2.(2021·江蘇蘇州市高二月考)一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度T1和T2下的壓強(qiáng)p與體積倒數(shù)eq\f(1,V)的關(guān)系圖像如圖所示，氣體由狀態(tài)A等壓變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A.溫度升高，吸收熱量 B.溫度升高，放出熱量C.溫度降低，吸收熱量 D.溫度降低，放出熱量答案A解析根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知p＝CT·eq\f(1,V)，則在p－eq\f(1,V)圖像中過(guò)原點(diǎn)的斜率越大，則溫度越高，因此氣體由狀態(tài)A等壓變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，體積變大，對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體吸收熱量。故選項(xiàng)A正確。3.(2021·湖南湘潭一中高二月考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過(guò)程1或者過(guò)程2到達(dá)狀態(tài)N，其p－V圖像如圖所示。在過(guò)程1中，氣體始終與外界無(wú)熱量交換；在過(guò)程2中，氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對(duì)于這兩個(gè)過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A.氣體經(jīng)歷過(guò)程1，其溫度升高B.氣體在過(guò)程2中一直對(duì)外放熱C.氣體在過(guò)程2中一直對(duì)外做功D.氣體經(jīng)歷過(guò)程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過(guò)程2的相同答案D解析氣體經(jīng)歷過(guò)程1，壓強(qiáng)減小，體積變大，氣體膨脹對(duì)外做功，又氣體與外界無(wú)熱量交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，其內(nèi)能減小，溫度降低，故A錯(cuò)誤；氣體在過(guò)程2中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，開(kāi)始時(shí)，體積不變，對(duì)外界不做功，壓強(qiáng)減小，溫度降低，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體對(duì)外放熱；然后壓強(qiáng)不變，體積變大，氣體膨脹對(duì)外界做功，溫度升高，內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體要吸收熱量，故B、C錯(cuò)誤；無(wú)論是氣體經(jīng)歷過(guò)程1還是過(guò)程2，初、末狀態(tài)相同，故內(nèi)能改變量相同，故D正確。4．一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷ab、bc、ca三個(gè)過(guò)程回到原狀態(tài)，其V－T圖像如圖所示，其中圖線(xiàn)ab的反向延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，圖線(xiàn)bc平行于T軸，圖線(xiàn)ca平行于V軸，則()A．a(chǎn)b過(guò)程中氣體壓強(qiáng)不變，氣體從外界吸熱B．bc過(guò)程中氣體體積不變，氣體不吸熱也不放熱C．ca過(guò)程中氣體溫度不變，氣體從外界吸熱D．整個(gè)變化過(guò)程中氣體的內(nèi)能先減小后增加答案A解析由題圖可知，圖線(xiàn)ab的反向延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，所以ab過(guò)程中氣體壓強(qiáng)不變，而體積變大，氣體對(duì)外做功，溫度升高，內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體從外界吸熱，故A正確；bc過(guò)程中氣體體積不變，氣體不對(duì)外界做功，外界也不對(duì)氣體做功，溫度降低內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放熱，故B錯(cuò)誤；ca過(guò)程中氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積變小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放熱，故C錯(cuò)誤；整個(gè)變化過(guò)程溫度先升高，后降低，最后不變，所以氣體的內(nèi)能先增加，后減小，最后不變，故D錯(cuò)誤。5.(2021·山東青島市高二期末)如圖描述了一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)p隨體積V變化的圖像，O、a、b在同一直線(xiàn)上，ac與橫軸平行，下列說(shuō)法正確的是()A.a到b過(guò)程，外界對(duì)氣體做功B.c到a過(guò)程，氣體向外界放出的熱量大于氣體內(nèi)能的減少量C.b到c過(guò)程，氣體釋放的熱量大于氣體內(nèi)能的減少量D.a點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能等于b點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能答案B解析a到b過(guò)程，氣體的體積增大，氣體對(duì)外界做功，A錯(cuò)誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，c到a過(guò)程，氣體的體積V減小，溫度T降低，氣體的內(nèi)能ΔU減小，又因?yàn)闅怏w的體積減小，外界對(duì)氣體做功W，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q＋W，所以Q＞ΔU，即氣體向外界放出的熱量大于氣體內(nèi)能的減少量，B正確；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，b到c過(guò)程，氣體的體積V不變，氣體的壓強(qiáng)p減小，氣體的溫度T降低，氣體的內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，減小的內(nèi)能等于放出的熱量，C錯(cuò)誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，a到b過(guò)程氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，所以a點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能小于b點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能，D錯(cuò)誤。6.如圖甲所示，一圓柱形絕熱汽缸開(kāi)口向上豎直放置，通過(guò)絕熱活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封在汽缸內(nèi)，活塞質(zhì)量m＝1kg、橫截面積S＝5×10－4m2，原來(lái)活塞處于A位置?，F(xiàn)通過(guò)電熱絲緩慢加熱氣體，直到活塞緩慢到達(dá)新的位置B，在此過(guò)程中，缸內(nèi)氣體的V－T圖像如圖乙所示，已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，忽略活塞與汽缸壁之間的摩擦，重力加速度g＝10m/s2。(1)求缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞到達(dá)位置B時(shí)缸內(nèi)氣體的體積；(2)若缸內(nèi)氣體原來(lái)的內(nèi)能U0＝72J，且氣體內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比，求缸內(nèi)氣體變化過(guò)程中從電熱絲吸收的總熱量。答案(1)1.2×105Pa6×10－4m3(2)60J解析(1)活塞從A位置緩慢運(yùn)動(dòng)到B位置，活塞受力平衡，氣體為等壓變化，以活塞為研究對(duì)象pS＝p0S＋mg解得氣體壓強(qiáng)p＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.2×105Pa由蓋－呂薩克定律有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，解得VB＝eq\f(VATB,TA)＝6×10－4m3。(2)由氣體的內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比得eq\f(UB,U0)＝eq\f(TB,TA)，解之得UB＝108J外界對(duì)氣體做功W＝－pSl＝－p(VB－VA)＝－24J由熱力學(xué)第一定律ΔU＝UB－U0＝Q＋W得氣體變化過(guò)程中從電熱絲吸收的總熱量為Q＝60J。7.(2021·江蘇省濱海中學(xué)一模)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過(guò)程的p－V圖像如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27℃，求：(1)該氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度；(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中與外界交換的熱量。答案(1)－173℃(2)從外界吸熱200J解析(1)對(duì)于理想氣體：從A→B發(fā)生等容變化，由查理定律得eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)可得TB＝eq\f(pB,pA)TA＝100K所以tB＝(100－273)℃＝－173℃。(2)從B→C過(guò)程，發(fā)生等壓変化，由