2023高三物理模擬考題型總結(jié)及分析-熱力學(xué)定律與能量守恒

物理物理第33講熱力學(xué)定律與能量守恒目錄考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用 1考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律的理解 3考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題 6練出高分 8考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用1．熱力學(xué)第一定律的理解不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．2．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少3.幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量．(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量．(3)若過(guò)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(duì)物體做的功等于物體放出的熱量．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷a→b、b→c、c→d三個(gè)變化過(guò)程，其體積V隨熱力學(xué)溫度T變化的關(guān)系圖像如圖所示，圖中從a到b過(guò)程的圖像反向延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，從b到c過(guò)程圖線與縱軸平行，a、c、d在與橫軸平行的直線上，則下列說(shuō)法中正確的是（）A．從a→b過(guò)程，氣體內(nèi)能的增量小于氣體放出熱量 B．從a→b過(guò)程，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率增大 C．從b→c過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)容器壁單位面積上受到分子的平均作用力減小 D．從a→d過(guò)程，氣體對(duì)外做功為零（2023?石家莊一模）如圖甲所示，飲水桶上裝有壓水器，可簡(jiǎn)化為圖乙所示的模型。擠壓氣囊時(shí)，可把氣囊中的氣體全部擠入下方的水桶中，下方氣體壓強(qiáng)增大，桶中的水會(huì)從細(xì)管中流出。某次取水前，桶內(nèi)液面距細(xì)管口高度差為h，細(xì)管內(nèi)外液面相平，壓水3次恰好有水從細(xì)管中溢出。已知在擠壓氣囊過(guò)程中，氣體的溫度始終不變，略去細(xì)管的體積，外部大氣壓強(qiáng)保持不變，水的密度為ρ，重力加速度為g，關(guān)于此次取水過(guò)程下列說(shuō)法正確的是（）A．桶內(nèi)氣體的內(nèi)能不變 B．桶內(nèi)氣體需從外界吸熱 C．壓水3次后桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為ρgh D．每次擠壓氣囊，桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)的增量相同（多選）（2023?福建模擬）中國(guó)制造的列車空氣彈簧實(shí)現(xiàn)了歐洲高端鐵路市場(chǎng)全覆蓋，空氣彈簧安裝在列車車廂底部，可以起到有效減震、提升列車運(yùn)行平穩(wěn)性的作用。空氣彈簧主要由活塞、氣缸及密封在氣缸內(nèi)的一定質(zhì)量氣體構(gòu)成。列車上下乘客及劇烈顛簸均會(huì)引起車廂振動(dòng)。上下乘客時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換。若外界溫度恒定，氣缸內(nèi)氣體視為理想氣體，則（）A．乘客上車造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體對(duì)外界放熱 B．乘客上車造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體對(duì)外界做正功 C．劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體的內(nèi)能增加 D．劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小一個(gè)密閉容器內(nèi)封閉有m＝20g可視為理想氣體的氧氣，氧氣從狀態(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圖像如圖中帶箭頭的實(shí)線所示，已知氧氣的摩爾質(zhì)量為M＝32g/mol，阿伏加德羅常數(shù)為????=6.02×1023???????1，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.0×105Pa。求：（1）密閉容器中所封閉氧氣分子的個(gè)數(shù)n及每個(gè)氧氣分子的質(zhì)量m′（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）；（2）由狀態(tài)A到C的整個(gè)過(guò)程中，被封閉氧氣與外界間傳遞的熱量Q。（2023?寧波一模）如圖所示，向一個(gè)空的鋁制飲料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內(nèi)引入一小段油柱（長(zhǎng)度可以忽略）。如果不計(jì)大氣壓的變化，這就是一個(gè)簡(jiǎn)易的氣溫計(jì)。已知鋁罐的容積是358cm3，吸管內(nèi)部粗細(xì)均勻，橫截面積為0.2cm2，吸管的有效長(zhǎng)度為20cm，當(dāng)溫度為300K時(shí)，油柱離管口10cm。已知大氣壓強(qiáng)為105Pa。（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后一位）（1）這個(gè)氣溫計(jì)的刻度是否均勻；（2）這個(gè)氣溫計(jì)的最大測(cè)量值是多少；（3）已知?dú)鉁赜?jì)的溫度從300K緩慢上升到最大值的過(guò)程中，氣體從外界吸收了0.7J的熱量，則此過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了多少？考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律的理解1．熱力學(xué)第二定律的理解(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．特別提醒熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程．3．熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)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(zhuǎn)化為),\s\do5(不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)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AB4．兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)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(jī)器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成（2023?天津模擬）如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大 C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功（2022?遼寧模擬）下列說(shuō)法正確的是（）A．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的 B．一種物質(zhì)密度為ρ，每個(gè)分子的體積為V0，則單位質(zhì)量的這種物質(zhì)具有的分子數(shù)為1????0 C．一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)分子與容器內(nèi)壁的碰撞次數(shù)隨溫度降低而減少D．相互接觸的兩個(gè)物體發(fā)生熱傳遞．達(dá)到熱平衡時(shí)兩物體的內(nèi)能一定相同（多選）真空保溫杯是由不銹鋼加上真空層做成的盛水的容器，頂部有蓋，密封嚴(yán)實(shí)，真空絕熱層能使裝在內(nèi)部的水等液體延緩散熱，以達(dá)到保溫的目的，保溫杯的真空度（真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度）決定了保溫杯的保溫效果，保溫杯外殼一旦出現(xiàn)裂縫，保溫層的氣體增多，其保溫效果會(huì)受到很大的影響。已知杯中氣體可視為理想氣體，環(huán)境溫度為27℃，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa。關(guān)于保溫杯，下列說(shuō)法正確的是（）A．一個(gè)保溫杯盛有大半杯100℃的水，第二天杯蓋很難打開(kāi)，是因?yàn)楸瓋?nèi)氣壓降低，低于大氣壓 B．保溫杯可以延緩散熱，但杯中水的溫度仍然會(huì)變化，說(shuō)明自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，朝著熵減小的方向發(fā)展 C．某保溫杯保溫層夾有少量氣體，溫度為27℃時(shí)壓強(qiáng)為1.0×103Pa，保溫杯外層出現(xiàn)裂縫，靜止足夠長(zhǎng)時(shí)間，夾層中增加空氣質(zhì)量與原有空氣質(zhì)量的比值為991 D．一個(gè)保溫杯盛有半杯100℃的水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，杯內(nèi)氣體分子對(duì)杯壁單位面積的撞擊次數(shù)將減少 E．一保溫杯中盛有半瓶常溫下的水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到了飽和氣壓，則瓶?jī)?nèi)的水將停止蒸發(fā)（多選）（2022?張家口三模）如圖所示，電冰箱由壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器四個(gè)部分組成一個(gè)密閉的連通系統(tǒng)，制冷劑在連通系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流經(jīng)這四個(gè)部分。各部分的溫度和壓強(qiáng)如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是（）A．冷凝器向環(huán)境散失的熱量一定大于蒸發(fā)器從冰箱內(nèi)吸收的熱量 B．該過(guò)程實(shí)現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞 C．制冷劑在蒸發(fā)器中的狀態(tài)可以看成理想氣體 D．制冷劑在通過(guò)冷凝器的過(guò)程中分子勢(shì)能和分子動(dòng)能都降低（多選）下列說(shuō)法正確的是（）A．溫度高的物體內(nèi)能不一定大 B．液體的飽和汽壓不僅與液體的溫度有關(guān)，還與液體的體積有關(guān) C．阿伏加德羅常數(shù)為NA，密度為ρ、體積為V、摩爾質(zhì)量為M的鐵所含鐵原子數(shù)為?????????? D．第二類永動(dòng)機(jī)不能制成，是因?yàn)樗`反了能量守恒定律 E．若一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)不變，體積減小，則它一定向外放出熱量考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題如圖，一個(gè)質(zhì)量為m的T型活塞在氣缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體，活塞體積可忽略不計(jì)，距氣缸底部h0處連接一U形細(xì)管（管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)）。初始時(shí)，封閉氣體溫度為T(mén)0，活塞距離氣缸底部為1.5h0，兩邊水銀柱存在高度差。已知水銀密度為ρ，大氣壓強(qiáng)為p0，氣缸橫截面積為S，活塞豎直部分高為1.2h0，重力加速度為g，求：（i）通過(guò)制冷裝置緩慢降低氣體溫度，當(dāng)溫度為多少時(shí)兩邊水銀面恰好相平；（ii）從開(kāi)始至兩水銀面恰好相平的過(guò)程中，若氣體放出的熱量為Q，求氣體內(nèi)能的變化。如圖所示，絕熱氣缸倒扣放置，質(zhì)量為M的絕熱活塞在氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與氣缸間摩擦可忽略不計(jì)，活塞下部空間與外界連通，氣缸底部連接一U形細(xì)管（管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)）。初始時(shí)，封閉氣體溫度為T(mén)，活塞距離氣缸底部為h0．細(xì)管內(nèi)兩側(cè)水銀柱存在高度差。已知水銀密度為ρ，大氣壓強(qiáng)為p0，氣缸橫截面積為S，重力加速度為g。（i）求U形細(xì)管內(nèi)兩側(cè)水銀柱的高度差；（ii）通過(guò)加熱裝置緩慢提升氣體溫度使活塞下降△h0，求此時(shí)的溫度；此加熱過(guò)程中，若氣體吸收的熱量為Q，求氣體內(nèi)能的變化。如圖甲所示，一圓柱形導(dǎo)熱氣缸水平放置，通過(guò)絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)封閉氣體的絕對(duì)溫度為T(mén)．活塞與氣缸底部相距L；現(xiàn)將氣缸逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至氣缸處于豎直位置，如圖乙所示，此時(shí)活塞與氣缸底部相距34L；現(xiàn)給氣缸外部套上絕熱泡沫材料（未畫(huà)出）且通過(guò)電熱絲緩慢加熱封閉氣體，當(dāng)封閉氣體吸收熱量Q時(shí)，氣體的絕對(duì)溫度上升到1615T．已知活塞的橫截面積為S，外界環(huán)境溫度恒為T(mén)，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g，不計(jì)活塞與氣缸的摩擦。求：（i）活塞的質(zhì)量m（ii）加熱過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量。練出高分一．選擇題（共10小題）1．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是（）A．熱量不可以從低溫物體傳到高溫物體 B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高2．煤氣罐是部分家庭的必需品，安全使用煤氣罐是人們比較關(guān)注的話題.煤氣罐密封性良好，將一定量的天然氣封閉在罐中，假設(shè)罐內(nèi)的氣體為理想氣體，當(dāng)罐內(nèi)氣體溫度升高時(shí)（）A．罐內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小 B．罐內(nèi)氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加 C．罐內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，氣體的分子平均動(dòng)能增加 D．罐內(nèi)氣體對(duì)外界做功，氣體的分子平均動(dòng)能減小3．如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸豎直固定在水平面上，用質(zhì)量為m的絕熱活塞把缸內(nèi)空間分成兩部分。兩部分中封閉有相同質(zhì)量和溫度的同種理想氣體，活塞用銷釘K固定，已知P部分的氣體體積小于Q部分的氣體體積，活塞能上、下自由移動(dòng)?，F(xiàn)拔掉銷釘，活塞移動(dòng)一小段距離后再將其固定。下列說(shuō)法正確的是（）A．活塞上升 B．P部分氣體溫度不變 C．兩部分氣體內(nèi)能之和不變 D．兩部分氣體內(nèi)能之和增大4．列車運(yùn)行的平穩(wěn)性與車廂的振動(dòng)密切相關(guān)，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、氣缸及內(nèi)封的一定質(zhì)量的氣體構(gòu)成．上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動(dòng)，上下乘客時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換．若氣缸內(nèi)氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過(guò)程中（）A．上下乘客時(shí)，氣體的內(nèi)能變大 B．上下乘客時(shí)，氣體從外界吸熱 C．劇烈顛簸時(shí)，外界對(duì)氣體做功 D．劇烈顛簸時(shí)，氣體的溫度不變5．如圖是斯特林循環(huán)的V﹣t圖象。一定質(zhì)量的理想氣體按圖線從狀態(tài)a經(jīng)b、c和d后再回到a，圖中ab、cd和橫軸平行，bc和ad與縱軸平行。下列說(shuō)法不正確的是（）A．從a到b，氣體從外界吸收熱量 B．從b到c過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功，小于從d到a過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功 C．從c到d，氣體的壓強(qiáng)減小，向外放熱 D．從d到a，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)目增多6．如圖所示，A、B兩裝置均由一端封閉、一端開(kāi)口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開(kāi)口向下豎直插入水銀槽中，插入過(guò)程沒(méi)有空氣進(jìn)入管內(nèi)，且插入水銀槽的深度相同。經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間后，水銀柱均上升至玻璃泡上方位置后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，如圖所示，則關(guān)于兩管中水銀內(nèi)能的增量，下列說(shuō)法正確的是（）A．A中水銀的內(nèi)能增量大于B中水銀的內(nèi)能增量 B．B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量 C．A和B中水銀體積增量相同，故內(nèi)能增量相同 D．A和B中水銀上升高度不能確定，故無(wú)法比較7．一定質(zhì)量的理想氣體，從初狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D再回到狀態(tài)A，其體積V與溫度T的關(guān)系如圖所示。圖中TA、VA和TD為已知量，則下列說(shuō)法正確的是（）A．從A到B的過(guò)程中，氣體向外放熱 B．從B到C的過(guò)程中，氣體吸熱 C．從D到A的過(guò)程中，單位時(shí)間撞擊到單位面積器壁上的分子數(shù)增多 D．氣體在狀態(tài)D時(shí)的體積????=????????????8．如圖所示，容器A、B各有一個(gè)可以自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓強(qiáng)恒定。A、B的底部由帶有閥門(mén)K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱。起初，A中水面比B中的高，打開(kāi)閥門(mén)，使A中的水逐漸流向B中，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能減小 B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減小 C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加 D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變9．風(fēng)能是可再生資源中發(fā)展最快的清潔能源，我國(guó)目前正逐步采用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)替代定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，來(lái)提高風(fēng)力發(fā)電的效率。具體風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率如圖所示，設(shè)如圖中風(fēng)力發(fā)電機(jī)每片葉片長(zhǎng)度為30米，所處地域全天風(fēng)速均為7.5m/s，空氣的密度為1.29kg/m3，圓周率π取3.14，下列選項(xiàng)不正確的是（）A．變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的效率為52% B．用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)替換定槳距控制發(fā)電機(jī)后，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每天能多發(fā)電7200kW?h C．無(wú)論采用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)還是定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)化的空氣動(dòng)能均為7.69×105J D．若煤的熱值為3.2×107J/kg，那么一臺(tái)變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)每小時(shí)獲得的風(fēng)能與完全燃燒45千克煤所產(chǎn)生的內(nèi)能相當(dāng)10．關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說(shuō)法正確的是（）A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律 B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律 C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能 D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的二．計(jì)算題（共2小題）11．如圖所示為一電風(fēng)扇自動(dòng)控制裝置，用輕質(zhì)活塞和導(dǎo)熱性能良好的氣缸密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞的橫截面積S＝50cm2，上表面有一輕質(zhì)金屬觸片。當(dāng)環(huán)境溫度t1＝27℃時(shí)，活塞距氣缸底部h1＝30cm，當(dāng)環(huán)境溫度升高到t2＝32℃時(shí)，活塞上升到恰使金屬觸片與導(dǎo)線觸點(diǎn)接通的位置，電風(fēng)扇開(kāi)始工作。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，T＝（t+273）K，不計(jì)活塞與氣缸間的摩擦，在環(huán)境溫度由27℃升高到32℃的過(guò)程中，求：（1）活塞上升的高度；（2）氣體對(duì)外做的功；（3）若該過(guò)程中氣體從外界吸收的熱量為3.0J，求氣體內(nèi)能的增加量。12．（1）（多選）關(guān)于氣體的內(nèi)能和熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是ADE。A．對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能B．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同C．熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D．一定量的理想氣體在等溫膨脹過(guò)程中，一定吸收熱量E．一定量的理想氣體，溫度越高，氣體分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，氣體內(nèi)能越大（2）如圖所示，一個(gè)圓筒形導(dǎo)熱汽缸開(kāi)口向上豎直放置，內(nèi)有活塞，其橫截面積為S＝1×10﹣4m2，質(zhì)量為m＝1kg，活塞與汽缸之間無(wú)摩擦且不漏氣，其內(nèi)密封有一定質(zhì)量的理想氣體，氣柱高度h＝0.2m。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。①如果在活塞上緩慢堆放一定質(zhì)量的細(xì)砂，氣柱高度變?yōu)樵瓉?lái)的23，求砂子的質(zhì)量m砂；②如果在①基礎(chǔ)上給汽缸底緩慢加熱，使活塞恢復(fù)到原高度，此過(guò)程中氣體吸收熱量5J，求氣體內(nèi)能的增量ΔU。第33講熱力學(xué)定律與能量守恒目錄考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用 1考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律的理解 6考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題 10練出高分 13考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用1．熱力學(xué)第一定律的理解不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．2．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少3.幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量．(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量．(3)若過(guò)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(duì)物體做的功等于物體放出的熱量．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷a→b、b→c、c→d三個(gè)變化過(guò)程，其體積V隨熱力學(xué)溫度T變化的關(guān)系圖像如圖所示，圖中從a到b過(guò)程的圖像反向延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，從b到c過(guò)程圖線與縱軸平行，a、c、d在與橫軸平行的直線上，則下列說(shuō)法中正確的是（）A．從a→b過(guò)程，氣體內(nèi)能的增量小于氣體放出熱量 B．從a→b過(guò)程，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率增大 C．從b→c過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)容器壁單位面積上受到分子的平均作用力減小 D．從a→d過(guò)程，氣體對(duì)外做功為零【解答】解：根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程可得：??????=C，解得：V=???????，所以圖像上某一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線的斜率越大、壓強(qiáng)p越小。A、從a→b過(guò)程，氣體做等壓變化，體積增大、溫度升高、內(nèi)能增大，氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W+Q可知，氣體吸收熱量，且氣體內(nèi)能的增量小于氣體吸收的熱量，故A錯(cuò)誤；B、從a→b過(guò)程，氣體溫度升高、平均動(dòng)能增大、則氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率增大，故B正確；C、從b→c過(guò)程，氣體做等溫變化，體積減小、壓強(qiáng)增大，單位時(shí)間內(nèi)容器壁單位面積上受到分子的平均作用力增大，故C錯(cuò)誤；D、從a→b過(guò)程中的壓強(qiáng)小于b到c過(guò)程的平均壓強(qiáng)，則a到b過(guò)程中氣體對(duì)外做的功小于b到c過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功，c到d過(guò)程中氣體不做功，所以從a→d過(guò)程，外界對(duì)氣體做正功，故D錯(cuò)誤。故選：B。（2023?石家莊一模）如圖甲所示，飲水桶上裝有壓水器，可簡(jiǎn)化為圖乙所示的模型。擠壓氣囊時(shí)，可把氣囊中的氣體全部擠入下方的水桶中，下方氣體壓強(qiáng)增大，桶中的水會(huì)從細(xì)管中流出。某次取水前，桶內(nèi)液面距細(xì)管口高度差為h，細(xì)管內(nèi)外液面相平，壓水3次恰好有水從細(xì)管中溢出。已知在擠壓氣囊過(guò)程中，氣體的溫度始終不變，略去細(xì)管的體積，外部大氣壓強(qiáng)保持不變，水的密度為ρ，重力加速度為g，關(guān)于此次取水過(guò)程下列說(shuō)法正確的是（）A．桶內(nèi)氣體的內(nèi)能不變 B．桶內(nèi)氣體需從外界吸熱 C．壓水3次后桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為ρgh D．每次擠壓氣囊，桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)的增量相同【解答】解：A．在擠壓氣囊過(guò)程中，氣體的溫度始終不變，但桶內(nèi)氣體的質(zhì)量增加了，氣體的分子數(shù)增加了，因此在溫度不變的情況下，桶內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了，故A錯(cuò)誤；B．以氣囊內(nèi)待壓入氣體和桶內(nèi)原有氣體為整體作為研究對(duì)象，在擠壓氣囊過(guò)程中，氣囊內(nèi)的氣體進(jìn)入桶中，外界對(duì)氣囊內(nèi)氣體和桶內(nèi)原有氣體做功，被壓入的氣體和桶內(nèi)原有氣體都被壓縮，而氣體的溫度不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W+Q，則ΔU＝0，氣體的內(nèi)能不變，W＞0，則Q＜0，故氣體要向外放熱，故B錯(cuò)誤；C．壓水3次后桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)應(yīng)為大氣壓強(qiáng)與ρgh之和，故C錯(cuò)誤；D．由題意知，氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)p0，設(shè)每次待壓入桶內(nèi)的氣體體積為V0，出水前桶內(nèi)氣體體積為V1且不變，由題意知，取水前桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)p0，以每次氣囊內(nèi)待壓入氣體和桶內(nèi)氣體為整體作為研究對(duì)象，根據(jù)道爾頓分壓原理（或進(jìn)行等溫變換，但較麻煩）可知p0V0+p0V1＝p1V1，（p1為擠壓氣囊1次后，桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)）則Δp1＝p1﹣p0整理得Δp1=??0??0??1同理可得p0V0+p1V1＝p2V1，（p2為擠壓氣囊2次后，桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)）則Δp2＝p2﹣p1整理得Δp2=??0??0??1同理可得Δp3=??0??0??1即每次擠壓氣囊，桶內(nèi)氣體壓強(qiáng)的增量相同，故D正確。故選：D。（多選）（2023?福建模擬）中國(guó)制造的列車空氣彈簧實(shí)現(xiàn)了歐洲高端鐵路市場(chǎng)全覆蓋，空氣彈簧安裝在列車車廂底部，可以起到有效減震、提升列車運(yùn)行平穩(wěn)性的作用?？諝鈴椈芍饕苫钊飧准懊芊庠跉飧變?nèi)的一定質(zhì)量氣體構(gòu)成。列車上下乘客及劇烈顛簸均會(huì)引起車廂振動(dòng)。上下乘客時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換。若外界溫度恒定，氣缸內(nèi)氣體視為理想氣體，則（）A．乘客上車造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體對(duì)外界放熱 B．乘客上車造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體對(duì)外界做正功 C．劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體的內(nèi)能增加 D．劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小【解答】解：AB．乘客上車造成氣體壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能不變，則空氣彈簧內(nèi)氣體對(duì)外界放熱，故A正確，B錯(cuò)誤；CD．劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，因?yàn)闀r(shí)間很短，所以氣體與外界來(lái)不及熱交換，外界對(duì)氣體做功，則空氣彈簧內(nèi)氣體的內(nèi)能增加，氣體分子的平均動(dòng)能增大，故C正確，D錯(cuò)誤。故選：AC。一個(gè)密閉容器內(nèi)封閉有m＝20g可視為理想氣體的氧氣，氧氣從狀態(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圖像如圖中帶箭頭的實(shí)線所示，已知氧氣的摩爾質(zhì)量為M＝32g/mol，阿伏加德羅常數(shù)為????=6.02×1023???????1，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.0×105Pa。求：（1）密閉容器中所封閉氧氣分子的個(gè)數(shù)n及每個(gè)氧氣分子的質(zhì)量m′（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）；（2）由狀態(tài)A到C的整個(gè)過(guò)程中，被封閉氧氣與外界間傳遞的熱量Q?！窘獯稹拷猓海?）封閉氧氣分子的個(gè)數(shù)n=????NA=2032×6.02×1023（個(gè)）＝3.8×1023（個(gè)）每個(gè)氧氣分子的質(zhì)量為m′=??????=326.02×1023g＝5.3×10﹣26kg（2）設(shè)狀態(tài)A對(duì)應(yīng)氧氣的熱力學(xué)溫度為T(mén)A，壓強(qiáng)為pA＝1atm，體積為VA＝4L，狀態(tài)C對(duì)應(yīng)氧氣的熱力學(xué)溫度為T(mén)C，壓強(qiáng)為pC＝4atm，體積為VC＝1L，由理想氣體狀態(tài)方程得：????????????=????????????代入數(shù)據(jù)解得：TA＝TC即初末位置氧氣的溫度相同，則整個(gè)過(guò)程中被封氧氣的內(nèi)能變化量ΔU＝0由圖像得，整個(gè)過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W=(1+4)×1052×2×10﹣3J+4×105×1×10﹣3J＝900J由熱力學(xué)第一定律得：ΔU＝Q+W代入數(shù)據(jù)解得：Q＝﹣900J即被封閉氧氣將向外界釋放900J的熱量。答：（1）密閉容器中所封閉氧氣分子的個(gè)數(shù)n為3.8×1023（個(gè)），每個(gè)氧氣分子的質(zhì)量m′為5.3×10﹣26kg；（2）由狀態(tài)A到C的整個(gè)過(guò)程中，被封閉氧氣將向外界傳遞900J的熱量。（2023?寧波一模）如圖所示，向一個(gè)空的鋁制飲料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內(nèi)引入一小段油柱（長(zhǎng)度可以忽略）。如果不計(jì)大氣壓的變化，這就是一個(gè)簡(jiǎn)易的氣溫計(jì)。已知鋁罐的容積是358cm3，吸管內(nèi)部粗細(xì)均勻，橫截面積為0.2cm2，吸管的有效長(zhǎng)度為20cm，當(dāng)溫度為300K時(shí)，油柱離管口10cm。已知大氣壓強(qiáng)為105Pa。（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后一位）（1）這個(gè)氣溫計(jì)的刻度是否均勻；（2）這個(gè)氣溫計(jì)的最大測(cè)量值是多少；（3）已知?dú)鉁赜?jì)的溫度從300K緩慢上升到最大值的過(guò)程中，氣體從外界吸收了0.7J的熱量，則此過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了多少？【解答】解：（1）根據(jù)題意可知，封閉氣體做等壓變化，根據(jù)??0??0=????=??0+?????化簡(jiǎn)得：??=(??0+???)??0??0溫度與氣體在細(xì)管中的高度成線性關(guān)系，可知?dú)鉁赜?jì)的刻度是均勻的。（2）封閉氣體做等壓變化，當(dāng)液體到達(dá)飲料管的最上端時(shí)，氣體的溫度最高，由蓋—呂薩克定律知??1??1=??2??2可得??2=??2??1??1=358+0.2×20358+0.1×20×300??=301.7??（3）氣體對(duì)外做功W＝pΔV＝105×0.1×0.2×10﹣4J＝0.2J由熱力學(xué)第一定律知ΔU＝Q﹣W＝0.7J﹣0.2J＝0.5J答：（1）氣溫計(jì)的刻度是均勻的；（2）氣溫計(jì)的最大測(cè)量值是301.7K；（3）過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了0.5J?？键c(diǎn)二熱力學(xué)第二定律的理解1．熱力學(xué)第二定律的理解(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．特別提醒熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程．3．熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)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(zhuǎn)化為),\s\do5(不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)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AB4．兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)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(jī)器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成（2023?天津模擬）如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大 C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功【解答】解：AC、抽開(kāi)隔板時(shí)，由于右方是真空，氣體做自由擴(kuò)散，右方是真空，氣體沒(méi)有對(duì)外做功，又沒(méi)有熱傳遞，則根據(jù)ΔU＝Q+W可知，氣體的內(nèi)能不變，故A正確，C錯(cuò)誤；BD、氣體被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)ΔU＝Q+W可知，氣體內(nèi)能增大，故BD正確。本題選擇錯(cuò)誤的，故選：C。（2022?遼寧模擬）下列說(shuō)法正確的是（）A．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的 B．一種物質(zhì)密度為ρ，每個(gè)分子的體積為V0，則單位質(zhì)量的這種物質(zhì)具有的分子數(shù)為1????0 C．一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)分子與容器內(nèi)壁的碰撞次數(shù)隨溫度降低而減少D．相互接觸的兩個(gè)物體發(fā)生熱傳遞．達(dá)到熱平衡時(shí)兩物體的內(nèi)能一定相同【解答】解：A、根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可以使熱量從低溫物體傳向高溫物體，但必須引起其它的一些變化，故A正確；B、如果該物質(zhì)是氣體，因?yàn)榉肿又g有間隙，所以ρV0不是每個(gè)分子的質(zhì)量，即單位質(zhì)量的這種物質(zhì)具有的分子數(shù)不是1????0，故B錯(cuò)誤；C、由氣體壓強(qiáng)的微觀解釋，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，單個(gè)分子撞擊容器壁產(chǎn)生的撞擊力減小，要保證氣體壓強(qiáng)不變，分子單位時(shí)間對(duì)器壁單位面積平均碰撞次數(shù)必增加，故C錯(cuò)誤；D、物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度、體積、物態(tài)等有關(guān)，所以相互接觸的兩個(gè)物體發(fā)生熱傳遞，達(dá)到熱平衡時(shí)溫度一定相同，而內(nèi)能可能不同，故D錯(cuò)誤。故選：A。（多選）真空保溫杯是由不銹鋼加上真空層做成的盛水的容器，頂部有蓋，密封嚴(yán)實(shí)，真空絕熱層能使裝在內(nèi)部的水等液體延緩散熱，以達(dá)到保溫的目的，保溫杯的真空度（真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度）決定了保溫杯的保溫效果，保溫杯外殼一旦出現(xiàn)裂縫，保溫層的氣體增多，其保溫效果會(huì)受到很大的影響。已知杯中氣體可視為理想氣體，環(huán)境溫度為27℃，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa。關(guān)于保溫杯，下列說(shuō)法正確的是（）A．一個(gè)保溫杯盛有大半杯100℃的水，第二天杯蓋很難打開(kāi)，是因?yàn)楸瓋?nèi)氣壓降低，低于大氣壓 B．保溫杯可以延緩散熱，但杯中水的溫度仍然會(huì)變化，說(shuō)明自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，朝著熵減小的方向發(fā)展 C．某保溫杯保溫層夾有少量氣體，溫度為27℃時(shí)壓強(qiáng)為1.0×103Pa，保溫杯外層出現(xiàn)裂縫，靜止足夠長(zhǎng)時(shí)間，夾層中增加空氣質(zhì)量與原有空氣質(zhì)量的比值為991 D．一個(gè)保溫杯盛有半杯100℃的水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，杯內(nèi)氣體分子對(duì)杯壁單位面積的撞擊次數(shù)將減少 E．一保溫杯中盛有半瓶常溫下的水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到了飽和氣壓，則瓶?jī)?nèi)的水將停止蒸發(fā)【解答】解：A、杯中氣體體積不變，根據(jù)查理定律得：????=C，第二天溫度降低，則杯中氣體壓強(qiáng)降低，故A正確；B、根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，朝著熵增大的方向進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；C、設(shè)保溫杯夾層的體積為V0，保溫杯夾層中的原有氣體壓強(qiáng)變?yōu)榇髿鈮簳r(shí)，體積變?yōu)閂，由玻意耳定律得：pV0＝p0V，又因?yàn)???????0=??0?????，可得??????0=991，故C正確；D、杯中100℃的水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，氣體體積不變，根據(jù)查理定律得：????=C，溫度降低，壓強(qiáng)降低，則杯內(nèi)氣體分子對(duì)杯壁單位面積的撞擊次數(shù)將減少，故D正確；E、達(dá)到飽和氣壓后，水蒸發(fā)和液化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，蒸發(fā)的水分子數(shù)目等于液化回到液體中的水分子數(shù)目，并不是停止蒸發(fā)，故E錯(cuò)誤。故選：ACD。（多選）（2022?張家口三模）如圖所示，電冰箱由壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器四個(gè)部分組成一個(gè)密閉的連通系統(tǒng)，制冷劑在連通系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流經(jīng)這四個(gè)部分。各部分的溫度和壓強(qiáng)如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是（）A．冷凝器向環(huán)境散失的熱量一定大于蒸發(fā)器從冰箱內(nèi)吸收的熱量 B．該過(guò)程實(shí)現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞 C．制冷劑在蒸發(fā)器中的狀態(tài)可以看成理想氣體 D．制冷劑在通過(guò)冷凝器的過(guò)程中分子勢(shì)能和分子動(dòng)能都降低【解答】解：A.根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q1（從低溫物體吸收的熱量）+W（壓縮機(jī)對(duì)系統(tǒng)做功）＝Q2（向高溫物體釋放的熱量），故A正確；B.這一過(guò)程不是自發(fā)完成的，蒸發(fā)器和冷凝器兩處的熱交換方向都是從高溫物體向低溫物體，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，符合熱力學(xué)第二定律，故B正確；C.制冷劑在蒸發(fā)器中雖然是氣體狀態(tài)，但是不滿足遠(yuǎn)離液化的狀態(tài)，不能看成理想氣體，故C錯(cuò)誤；D.在冷凝器中制冷劑溫度降低，分子平均動(dòng)能降低，分子間距從氣體過(guò)渡到液體，分子勢(shì)能降低，故D正確。故選：ABD。（多選）下列說(shuō)法正確的是（）A．溫度高的物體內(nèi)能不一定大 B．液體的飽和汽壓不僅與液體的溫度有關(guān)，還與液體的體積有關(guān) C．阿伏加德羅常數(shù)為NA，密度為ρ、體積為V、摩爾質(zhì)量為M的鐵所含鐵原子數(shù)為?????????? D．第二類永動(dòng)機(jī)不能制成，是因?yàn)樗`反了能量守恒定律 E．若一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)不變，體積減小，則它一定向外放出熱量【解答】解：A、物體的內(nèi)能與物體物質(zhì)的量、溫度、體積、物態(tài)都有關(guān)，所以溫度高的物體內(nèi)能不一定大，故A正確；B、飽和汽壓是物質(zhì)的一個(gè)重要性質(zhì)，它的大小取決于物質(zhì)的本性和溫度，與液體的體積無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；C、阿伏加德羅常數(shù)為NA，密度為ρ、體積為V、摩爾質(zhì)量為M的鐵所含鐵原子數(shù)為n=????????=??????????，故C正確；D、第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，不違反能量守恒定律，故D錯(cuò)誤；E、若一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)不變，體積減小，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程：??????=??，可知?dú)怏w的溫度必定降低；一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅僅與溫度有關(guān)，氣體的溫度降低，則其內(nèi)能必定減??；一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)不變，體積減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知它一定向外放出熱量，故E正確。故選：ACE。考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題如圖，一個(gè)質(zhì)量為m的T型活塞在氣缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體，活塞體積可忽略不計(jì)，距氣缸底部h0處連接一U形細(xì)管（管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)）。初始時(shí)，封閉氣體溫度為T(mén)0，活塞距離氣缸底部為1.5h0，兩邊水銀柱存在高度差。已知水銀密度為ρ，大氣壓強(qiáng)為p0，氣缸橫截面積為S，活塞豎直部分高為1.2h0，重力加速度為g，求：（i）通過(guò)制冷裝置緩慢降低氣體溫度，當(dāng)溫度為多少時(shí)兩邊水銀面恰好相平；（ii）從開(kāi)始至兩水銀面恰好相平的過(guò)程中，若氣體放出的熱量為Q，求氣體內(nèi)能的變化?！窘獯稹拷猓海╥）初態(tài)時(shí)，對(duì)活塞受力分析，得氣體壓強(qiáng)為：??1=??0+???????①體積為：V1＝1.5h0S，溫度為：T1＝T0要使兩邊水銀面相平，氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為：P2＝P0，此時(shí)活塞下端一定與氣缸底接觸，體積為：V2＝1.2h0S設(shè)此時(shí)溫度為T(mén)2，由理想氣體狀態(tài)方程有：??1??1??1=??2??2??2?②得：??2=4??0??0??5??0??+5????（ii）從開(kāi)始至活塞豎直部分恰與氣缸底接觸，氣體壓強(qiáng)不變，外界對(duì)氣體做功W＝P1△V＝（??0+??????）×0.3h0S…③由熱力學(xué)第一定律得：△U＝0.3（??0+??????）h0S﹣Q答：（i）通過(guò)制冷裝置緩慢降低氣體溫度，當(dāng)溫度為4??0??0??5??0??+5????時(shí)兩邊水銀面恰好相平；（ii）從開(kāi)始至兩水銀面恰好相平的過(guò)程中，若氣體放出的熱量為Q，氣體內(nèi)能的變化為0.3（??0+??????）h0S﹣Q。如圖所示，絕熱氣缸倒扣放置，質(zhì)量為M的絕熱活塞在氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與氣缸間摩擦可忽略不計(jì)，活塞下部空間與外界連通，氣缸底部連接一U形細(xì)管（管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)）。初始時(shí)，封閉氣體溫度為T(mén)，活塞距離氣缸底部為h0．細(xì)管內(nèi)兩側(cè)水銀柱存在高度差。已知水銀密度為ρ，大氣壓強(qiáng)為p0，氣缸橫截面積為S，重力加速度為g。（i）求U形細(xì)管內(nèi)兩側(cè)水銀柱的高度差；（ii）通過(guò)加熱裝置緩慢提升氣體溫度使活塞下降△h0，求此時(shí)的溫度；此加熱過(guò)程中，若氣體吸收的熱量為Q，求氣體內(nèi)能的變化?！窘獯稹拷猓海╥）設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，對(duì)活塞分析：p0S＝pS+Mg用水銀柱表示氣體的壓強(qiáng)：p＝p0﹣ρgΔh解得：Δh=??????（ii）加熱過(guò)程中氣體發(fā)生等壓變化，有：?0????=(?0+???0)????'解得：T′=?0+???0?0??氣體對(duì)外做功為：W＝pSΔh0＝（p0S﹣Mg）Δh0根據(jù)熱力學(xué)第一定律，則氣體內(nèi)能的變化：ΔU＝Q﹣W所以：ΔU＝Q﹣（p0S﹣Mg）Δh0答：（i）U形細(xì)管內(nèi)兩側(cè)水銀柱的高度差Δh為??????；（ii）通過(guò)加熱裝置緩慢提升氣體溫度使活塞下降h，此時(shí)的溫度為?0+???0?0??，此加熱過(guò)程中，氣體內(nèi)能的變化為Q﹣（P0S﹣Mg）Δh0。如圖甲所示，一圓柱形導(dǎo)熱氣缸水平放置，通過(guò)絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)封閉氣體的絕對(duì)溫度為T(mén)．活塞與氣缸底部相距L；現(xiàn)將氣缸逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至氣缸處于豎直位置，如圖乙所示，此時(shí)活塞與氣缸底部相距34L；現(xiàn)給氣缸外部套上絕熱泡沫材料（未畫(huà)出）且通過(guò)電熱絲緩慢加熱封閉氣體，當(dāng)封閉氣體吸收熱量Q時(shí)，氣體的絕對(duì)溫度上升到1615T．已知活塞的橫截面積為S，外界環(huán)境溫度恒為T(mén)，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g，不計(jì)活塞與氣缸的摩擦。求：（i）活塞的質(zhì)量m（ii）加熱過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量?！窘獯稹拷猓海╥）氣缸水平放置時(shí)，封閉氣體的壓強(qiáng)等于大氣壓，即p1＝p0。氣缸處于豎直位置時(shí)，封閉氣體的壓強(qiáng)p2＝p0+??????根據(jù)玻意耳定律有p1LS＝p2?34LS聯(lián)立解得m=??0??3??（ii）設(shè)氣體的絕對(duì)溫度上升到1615T時(shí)活塞到氣缸底部的距離為L(zhǎng)′。對(duì)于加熱過(guò)程，由呂薩克定律得1615????=??'??34????解得L′=45L所以氣體對(duì)外做功為W＝p2?S（L′?34L）根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：△U＝Q﹣W由上有p2=43??0解得：△U＝Q?115??0????答：（i）活塞的質(zhì)量m是??0??3??。（ii）加熱過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量是Q?115??0????。練出高分一．選擇題（共10小題）1．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是（）A．熱量不可以從低溫物體傳到高溫物體 B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高【解答】解：A.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可以從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化，也就是說(shuō)在引起其它變化的情況下熱量是可以從低溫物體傳到高溫物體的，例如電冰箱，故A錯(cuò)誤；B.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，物體不可以從單一熱源吸收的熱量全部用于做功而不產(chǎn)生其他影響，也就是說(shuō)在引起其它變化的情況下，物體可以從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，故B正確；C.根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W+Q可知，吸收了熱量的物體，同時(shí)對(duì)外做功，物體的內(nèi)能不一定增加，故C錯(cuò)誤；D.若在壓縮氣體的同時(shí)氣體放出熱量，內(nèi)能變化情況不確定，溫度不一定升高，故D錯(cuò)誤。故選：B。2．煤氣罐是部分家庭的必需品，安全使用煤氣罐是人們比較關(guān)注的話題.煤氣罐密封性良好，將一定量的天然氣封閉在罐中，假設(shè)罐內(nèi)的氣體為理想氣體，當(dāng)罐內(nèi)氣體溫度升高時(shí)（）A．罐內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小 B．罐內(nèi)氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加 C．罐內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，氣體的分子平均動(dòng)能增加 D．罐內(nèi)氣體對(duì)外界做功，氣體的分子平均動(dòng)能減小【解答】解：煤氣罐中氣體體積不變，氣體不對(duì)外做功，當(dāng)溫度升高時(shí)，根據(jù)????=C可知罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，氣體內(nèi)能增大，氣體的分子平均動(dòng)能增大；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W+Q可知，氣體一定吸熱。故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選：B。3．如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸豎直固定在水平面上，用質(zhì)量為m的絕熱活塞把缸內(nèi)空間分成兩部分。兩部分中封閉有相同質(zhì)量和溫度的同種理想氣體，活塞用銷釘K固定，已知P部分的氣體體積小于Q部分的氣體體積，活塞能上、下自由移動(dòng)。現(xiàn)拔掉銷釘，活塞移動(dòng)一小段距離后再將其固定。下列說(shuō)法正確的是（）A．活塞上升 B．P部分氣體溫度不變 C．兩部分氣體內(nèi)能之和不變 D．兩部分氣體內(nèi)能之和增大【解答】解：A、活塞的質(zhì)量為m，初始兩部分中封閉有相同質(zhì)量和溫度的同種理想氣體，所以拔掉銷釘后活塞下移；故A錯(cuò)誤；BCD、根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q+W，已知兩部分氣體都是絕熱的，Q為零，既不吸熱也不放熱；P對(duì)Q做功，W＜0，因此P內(nèi)能減小，溫度降低；Q內(nèi)能增加，溫度升高，因?yàn)榛钊闹亓?shì)能減小，根據(jù)能量守恒定律可知，活塞重力勢(shì)能的減少量之和等于P、Q部分氣體內(nèi)能的增加量，兩部分氣體的內(nèi)能之和增大，故BC錯(cuò)誤，D正確；故選：D。4．列車運(yùn)行的平穩(wěn)性與車廂的振動(dòng)密切相關(guān)，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、氣缸及內(nèi)封的一定質(zhì)量的氣體構(gòu)成．上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動(dòng)，上下乘客時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換．若氣缸內(nèi)氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過(guò)程中（）A．上下乘客時(shí)，氣體的內(nèi)能變大 B．上下乘客時(shí)，氣體從外界吸熱 C．劇烈顛簸時(shí)，外界對(duì)氣體做功 D．劇烈顛簸時(shí)，氣體的溫度不變【解答】解：AB、上下乘客時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換，則氣體溫度不變、內(nèi)能不變，即ΔU＝0；在氣體壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功，即W＞0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q+W，可得Q＜0，所以氣體對(duì)外放出熱量，故AB錯(cuò)誤；CD、劇烈顛簸時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換，即Q＝0，在氣體壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功，即W＞0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q+W，可得ΔU＞0，即氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，故C正確，D錯(cuò)誤；故選：C。5．如圖是斯特林循環(huán)的V﹣t圖象。一定質(zhì)量的理想氣體按圖線從狀態(tài)a經(jīng)b、c和d后再回到a，圖中ab、cd和橫軸平行，bc和ad與縱軸平行。下列說(shuō)法不正確的是（）A．從a到b，氣體從外界吸收熱量 B．從b到c過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功，小于從d到a過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功 C．從c到d，氣體的壓強(qiáng)減小，向外放熱 D．從d到a，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)目增多【解答】解：A、由圖示圖象可知，從a到b過(guò)程氣體體積不變而溫度升高，氣體內(nèi)能增大，外界對(duì)氣體不做功，ΔU＞0，W＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W+Q可知：Q＝ΔU﹣W＝ΔU＞0，氣體從外界吸收熱量，故A正確；B、由圖示可知，從b到c與從d到a的過(guò)程，氣體的體積變化量相等，從b到c氣體壓強(qiáng)變化量大于從d到a過(guò)程氣體壓強(qiáng)變化量大，從b到c過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功大于從d到a過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功，故B錯(cuò)誤；C、由圖示圖象可知，從c到d過(guò)程氣體體積V不變而溫度T降低，外界對(duì)氣體不做功，氣體內(nèi)能減小，W＝0，ΔU＜0，由理想氣體狀態(tài)方程??????=C可知，氣體壓強(qiáng)p減小，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W+Q可知：Q＝ΔU﹣W＝ΔU＜0，氣體向外放出熱量，故C正確；D、從d到a過(guò)程氣體體積減小，氣體分子數(shù)不變而體積減小，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)目增多，故D正確；本題選不正確的，故選：B。6．如圖所示，A、B兩裝置均由一端封閉、一端開(kāi)口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開(kāi)口向下豎直插入水銀槽中，插入過(guò)程沒(méi)有空氣進(jìn)入管內(nèi)，且插入水銀槽的深度相同。經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間后，水銀柱均上升至玻璃泡上方位置后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，如圖所示，則關(guān)于兩管中水銀內(nèi)能的增量，下列說(shuō)法正確的是（）A．A中水銀的內(nèi)能增量大于B中水銀的內(nèi)能增量 B．B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量 C．A和B中水銀體積增量相同，故內(nèi)能增量相同 D．A和B中水銀上升高度不能確定，故無(wú)法比較【解答】解：兩種情況下大氣壓對(duì)水銀槽內(nèi)的水銀做相同的功，因?yàn)椴ＡЧ軆?nèi)吸進(jìn)的水銀一樣多，所以水銀槽內(nèi)的液面下降相同的高度，外界大氣壓力對(duì)水銀做功，使水銀進(jìn)入試管內(nèi)，大氣壓力對(duì)水銀做的功一部分增加了管內(nèi)水銀的重力勢(shì)能，另一部分增加了水銀的內(nèi)能；由于A管中的水銀重心高，故A管中水銀的重力勢(shì)能增量大，則A管中水銀內(nèi)能的增量小，即B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量，故B正確，ACD錯(cuò)誤；故選：B。7．一定質(zhì)量的理想氣體，從初狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D再回到狀態(tài)A，其體積V與溫度T的關(guān)系如圖所示。圖中TA、VA和TD為已知量，則下列說(shuō)法正確的是（）A．從A到B的過(guò)程中，氣體向外放熱 B．從B到C的過(guò)程中，氣體吸熱 C．從D到A的過(guò)程中，單位時(shí)間撞擊到單位面積器壁上的分子數(shù)增多 D．氣體在狀態(tài)D時(shí)的體積????=????????????【解答】解：A、從A到B的過(guò)程中，一定質(zhì)量的理想氣體體積不變，溫度升高，則氣體內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q+W可知，氣體從外界吸熱，故A錯(cuò)誤；B、從B到C的過(guò)程中，氣體的溫度不變，體積減小，外界對(duì)氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q+W可知，氣體向外放熱，故B錯(cuò)誤；C、從D到A的過(guò)程中，壓強(qiáng)不變，氣體溫度升高，體積增大，單位時(shí)間內(nèi)撞擊到單位面積器壁上的分子數(shù)減小，故C錯(cuò)誤；D、從D到A的過(guò)程中壓強(qiáng)不變，根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)方程可得：????????=????????解得：????=????????????，故D正確；故選：D。8．如圖所示，容器A、B各有一個(gè)可以自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓強(qiáng)恒定。A、B的底部由帶有閥門(mén)K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱。起初，A中水面比B中的高，打開(kāi)閥門(mén)，使A中的水逐漸流向B中，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能減小 B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減小 C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加 D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變【解答】解：打開(kāi)閥門(mén)K后，據(jù)連通器原理，最后A、B兩管中的水面將相平。設(shè)A管截面積為S1，水面下降距離為h1，B管截面積為S2，水面上升距離為h2，由于水的總體積保持不變，則有S1h1＝S2h2A管中大氣壓力對(duì)水做的功：W1＝p0S1h1B管中大氣壓力對(duì)水做的功：W2＝﹣p0S2h2大氣壓力對(duì)水做的總功：W＝W1+W1＝p0S1h1﹣p0S2h2＝0即大氣壓力對(duì)水不做功；打開(kāi)閥門(mén)K后，A中的水逐漸向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做負(fù)功，但從最后的效果看，是A管中高度為h1的水移至較低的B管中高度為h2的地方，水的重心下降，所以在這個(gè)過(guò)程中水的重力做正功；同時(shí)，整個(gè)裝置是絕熱的，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q+W，式中Q＝0，W為正值，所以ΔU為正值，即水的內(nèi)能增加；故C正確，A、B、D錯(cuò)誤；故選：C。9．風(fēng)能是可再生資源中發(fā)展最快的清潔能源，我國(guó)目前正逐步采用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)替代定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，來(lái)提高風(fēng)力發(fā)電的效率。具體風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率如圖所示，設(shè)如圖中風(fēng)力發(fā)電機(jī)每片葉片長(zhǎng)度為30米，所處地域全天風(fēng)速均為7.5m/s，空氣的密度為1.29kg/m3，圓周率π取3.14，下列選項(xiàng)不正確的是（）A．變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的效率為52% B．用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)替換定槳距控制發(fā)電機(jī)后，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每天能多發(fā)電7200kW?h C．無(wú)論采用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)還是定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)化的空氣動(dòng)能均為7.69×105J D．若煤的熱值為3.2×107J/kg，那么一臺(tái)變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)每小時(shí)獲得的風(fēng)能與完全燃燒45千克煤所產(chǎn)生的內(nèi)能相當(dāng)【解答】解：AC、在一秒鐘內(nèi)空氣所走的路程是：L＝7.5m；此時(shí)該部分空氣的體積為V＝SL＝πR2?L＝3.14×302×7.5m3＝21195m3，故此時(shí)吹過(guò)葉片的空氣的質(zhì)量是：m＝ρV＝1.29kg/m3×21195m3＝27342kg；每秒