高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)逐個(gè)突破專題90熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用(原卷版+解析)

專題90熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律（1-7T）考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律（8-11T）考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用（12-26T）考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式：做功與熱傳遞．兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價(jià)的．2．熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和．3．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：ΔU＝Q＋W.1)對(duì)公式ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋體積減小，外界對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)做功熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量內(nèi)能增加－體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對(duì)外界做功熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量內(nèi)能減少2)判斷是否做功的方法：一般情況下看物體的體積是否變化．①若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W<0.②若物體體積減小，表明外界對(duì)物體做功，W>0.3)三種特殊情況①絕熱過程：Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功．②等容過程：W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．③等溫過程：過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功)．4.如果研究對(duì)象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，體現(xiàn)為分子平均動(dòng)能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。1．（2023·全國·高三專題練習(xí)）一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做了8×104JA．W=8×10B．W=8×C．W=?8×D．W=?8×2．(多選)氣閘艙是載人航天器中可供航天員由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空。打開閥門K，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡。假設(shè)此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是________。A．氣體擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體等溫膨脹，壓強(qiáng)減小C．氣體絕熱過程，對(duì)外做功，內(nèi)能減小D．氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與A艙壁單位面積上的碰撞次數(shù)將減少3．（2023·浙江杭州·一模）夏天，從湖底形成的一個(gè)氣泡，在緩慢上升到湖面的過程中沒有破裂。若越接近水面，湖水的溫度越高，大氣壓強(qiáng)沒有變化，將氣泡內(nèi)的氣體看做理想氣體。則上升過程中，以下說法正確的是（）A．氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能可能不變B．氣泡上升過程中可能會(huì)放熱C．氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大D．氣泡內(nèi)分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊力變小4．（2022·山西大同·高三階段練習(xí)）如圖甲所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將汽缸倒立掛起，穩(wěn)定后如圖乙所示，該過程中缸內(nèi)氣體（）A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加5．（2022·河北·高三期中）如圖所示，“凸”形絕熱汽缸被a、b兩輕質(zhì)絕熱活塞分成A、B、C三部分，a、b兩活塞用輕桿連接，活塞穩(wěn)定時(shí)A、B、C三個(gè)部分內(nèi)的氣體溫度均相同。現(xiàn)設(shè)法使C中的氣體溫度緩慢升高，則在兩活塞緩慢下降的過程中，下列說法正確的是（

）A．A中氣體溫度升高 B．A中氣體壓強(qiáng)增大C．B中氣體壓強(qiáng)增大 D．C中氣體所有分子的動(dòng)能均增大6．（2022·上海市青浦高級(jí)中學(xué)高三期中）如圖所示，A、B兩裝置均由一端封閉、一端開口且?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，開口向下豎直插入水銀槽中，插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi)，且插入水銀槽的深度相同。經(jīng)過一段較長時(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，故無法比較7．（2022·浙江溫州·一模）如圖甲所示，在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用橫截面積S=100cm2的質(zhì)量不計(jì)且光滑的活塞密封一定質(zhì)量的氣體，活塞上靜止一質(zhì)量為m的重物。圖乙是密閉氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V?T圖像，密閉氣體在A點(diǎn)的壓強(qiáng)pA=1.03×105Pa，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)BA．重物質(zhì)量m=1B．氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積為8.0×C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體對(duì)外界做功202D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體的內(nèi)能增加294考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)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．(“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)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．或表述為“第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”．(“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(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．在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序度增大的方向進(jìn)行．3.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。4．兩類永動(dòng)機(jī)1)第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量，卻源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。違背能量守恒定律，因此不可能實(shí)現(xiàn)。2)第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對(duì)外做功，而不引起其他變化的機(jī)器。違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)。8．（2022·重慶市育才中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是（）A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第一定律B．能量耗散過程中能量不守恒C．夏天打開電冰箱的門，可以起到室內(nèi)降溫作用D．一切自發(fā)過程總是沿著分子無序性增大的方向進(jìn)行9．（2022·上?！つM預(yù)測(cè)）關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化，下列說法中正確的是（）A．摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的B．空調(diào)既能制熱又能制冷說明熱傳遞不存在方向性C．永動(dòng)機(jī)不存在的原因是能量在某些特殊情況下是不守恒的D．由于能量的轉(zhuǎn)化過程符合守恒定律，所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)10．(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（）A．氣體向真空的自由膨脹是不可逆的B．理想氣體在等溫膨脹過程中從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功C．空調(diào)機(jī)既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性D．只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能E．一定質(zhì)量100℃的水變成100℃的水蒸氣，分子平均動(dòng)能不變，其分子之間的勢(shì)能增加11．（2022·全國·模擬預(yù)測(cè)）(多選)如圖所示，有一絕熱容器，右半邊貯有理想氣體，左半邊是真空，中間用一擋板隔住。若把擋板抽開，右邊氣體將向左邊膨脹，最后氣體將均勻分布在整個(gè)容器中，下列說法正確的是（）A．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小B．氣體溫度不變，壓強(qiáng)減小C．氣體分子單位時(shí)間對(duì)器壁的碰撞次數(shù)減少D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，插上擋板，擋板左側(cè)不能形成真空E．抽去擋板后，氣體分子的無序程度減小考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用求解熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的一般思路12．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）(多選)如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞（截面積分別為S1和S2）封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙，活塞從A下降?高度到B位置時(shí)，活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個(gè)過程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0A．整個(gè)過程，外力F做功大于0，小于mg?B．整個(gè)過程，理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變C．整個(gè)過程，理想氣體的內(nèi)能增大D．整個(gè)過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于p13．（2023·浙江紹興·一模）某同學(xué)將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在導(dǎo)熱性能良好的注射器內(nèi)，并將注射器置于恒溫水池中，注射器通過非常細(xì)的導(dǎo)氣管與壓強(qiáng)傳感器相連。開始時(shí)，活塞位置對(duì)應(yīng)的刻度數(shù)為“8”，測(cè)得壓強(qiáng)為p0，活塞緩慢壓縮氣體的過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管連接處有氣泡產(chǎn)生時(shí)，立即進(jìn)行氣密性加固；繼續(xù)緩慢壓縮氣體，當(dāng)活塞位置對(duì)應(yīng)刻度數(shù)為“4”時(shí)停止壓縮，此時(shí)壓強(qiáng)為43A．氣泡在上升過程中要吸收熱量B．在壓縮過程中，氣體分子的平均動(dòng)能變大C．泄漏氣體的質(zhì)量為最初氣體質(zhì)量的一半D．泄漏氣體的內(nèi)能與注射器內(nèi)存留氣體的內(nèi)能相等14．（2022·福建省福州第一中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）某充氣式座椅簡(jiǎn)化模型如圖所示，導(dǎo)熱良好的兩個(gè)汽缸C、D通過活塞分別封閉質(zhì)量相等的兩部分同種理想氣體A、B，活塞通過輕彈簧相連，靜置在水平面上。已知兩個(gè)汽缸C、D的質(zhì)量均為M（汽缸壁的厚度不計(jì)），大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g，初始時(shí)環(huán)境溫度為T0，被封閉氣體高度均為L，活塞的橫截面積為S、質(zhì)量和厚度不計(jì)，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，活塞始終未脫離汽缸，不計(jì)活塞與氣缸之間的摩擦。則初始時(shí)B氣體的壓強(qiáng)PB=___________；若環(huán)境溫度緩慢升至1.2T0，A、B氣體總內(nèi)能增加ΔU，則A氣體從外界吸收的熱量Q=___________。15．（2022·廣東·高三階段練習(xí)）圖為某工廠實(shí)驗(yàn)器使用的圓柱形導(dǎo)熱良好的氣缸靜止在水平地面上，下圖為其簡(jiǎn)化剖面圖，內(nèi)有一質(zhì)量m=10kg，截面積S=0.01m2、厚度不計(jì)的活塞，封閉有高度為h1=30cm、溫度為t=27℃的理想氣體，已知?dú)飧踪|(zhì)量為M=20kg，其深度足夠，活塞不漏氣且與缸壁無摩擦，外界大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2（1）求開始時(shí)氣缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p1（2）保持溫度不變，用豎直向上的拉力緩慢提拉活塞，當(dāng)氣缸恰好離開地面時(shí)，求缸內(nèi)氣體的高度h2：（3）在（2）的過程中，氣缸內(nèi)封閉氣體與外界發(fā)生熱交換為100J，請(qǐng)判斷氣體是吸熱還是放熱？氣體對(duì)外做功為多少？16．（2022·江西·贛州市第四中學(xué)高三期中）如圖所示，一絕熱汽缸豎直放置，汽缸內(nèi)橫截面積S=100cm2的光滑絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，在活塞上面放置一個(gè)物體，活塞和物體的總質(zhì)量m=20kg，在汽缸內(nèi)部有一個(gè)阻值R=4Ω的電阻絲，電阻絲兩端的電壓U=10V，接通電源對(duì)缸內(nèi)氣體加熱，經(jīng)時(shí)間t=10s將電源斷開，接通電源的過程中活塞緩慢上升的高度?=15cm。已知接通電源前缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度T（?。┘訜岷箅娫磾嚅_時(shí)缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度T；（ⅱ）接通電源的過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能ΔE17．（2022·江蘇省昆山中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，P、Q是兩個(gè)質(zhì)量和厚度均不計(jì)的活塞，可在豎直固定的兩端開口的汽缸內(nèi)無摩擦地滑動(dòng)，其面積分別為S1=30cm2、S2=10cm2，它們之間用一根長為43d的輕質(zhì)細(xì)桿連接，靜止時(shí)汽缸中氣體的溫度T1=600K，活塞P下方氣柱（較粗的一段氣柱）長為d=12cm，己知大氣壓強(qiáng)p0=1×105Pa，g=10m/s（1）求活塞靜止時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；（2）若缸內(nèi)氣體的溫度逐漸降為T2=300K，已知該過程中缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小100J，求活塞下移的距離h和氣體放出的熱量Q。18．（2022·湖南·永州市第一中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）一個(gè)底面積為S的光滑導(dǎo)熱氣缸距離底部為l0和2l0的位置有兩個(gè)卡槽，卡槽中央有不計(jì)質(zhì)量和厚度的密閉活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，大氣壓強(qiáng)為p0，此時(shí)環(huán)境溫度為T0，理想氣體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系為U=KT，重力加速度為g。（1）在活塞上方加入一個(gè)砝碼，能使活塞恰好到達(dá)下方卡槽，求所加砝碼質(zhì)量m；（2）在（1）問的基礎(chǔ)上在加上相同的砝碼，且將氣缸放在溫度緩慢升高的環(huán)境中，求活塞從開始運(yùn)動(dòng)到環(huán)境溫度達(dá)到3T0時(shí)，封閉氣體吸收的熱量Q。19．（2022·山東淄博·高二期末）氣壓式升降椅通過氣缸上下運(yùn)動(dòng)來支配椅子升降，其簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖乙所示，圓柱形氣缸與椅面固定連接，氣缸與椅面的總質(zhì)量為m=12kg。橫截面積為S=30cm2的柱狀氣缸桿與底座固定連接。可自由移動(dòng)的氣缸與氣缸桿之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，穩(wěn)定后測(cè)得封閉氣體柱長度為L=20cm，設(shè)氣缸氣密性、導(dǎo)熱性能良好，忽略摩擦力。已知大氣壓強(qiáng)為p0（1）若質(zhì)量M=78kg（2）人盤坐在椅面上穩(wěn)定后再打開空調(diào)，室內(nèi)氣溫緩慢降至T220．（2021·重慶·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，密閉導(dǎo)熱容器A、B的體積均為V0，A、B浸在盛水容器中，達(dá)到熱平衡后，A中氣體壓強(qiáng)為p0，溫度為T0，B內(nèi)部為真空，將A中的氣體視為理想氣體。打開活栓C，A中部分氣體進(jìn)入B。（1）若再次達(dá)到平衡時(shí)，水溫未發(fā)生變化，求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)；（2）若密閉氣體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系為ΔU=k(T2?T1)（k為大于0的已知常量，T121．（2022·江蘇泰州·高二期末）如圖所示，在一橫截面積為S的豎直玻璃管內(nèi)封閉著A、B兩部分理想氣體，中間用水銀柱隔開。玻璃管靜止時(shí)，A部分氣柱長度為2.4L，壓強(qiáng)為p0；B部分氣柱長度為2L，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為0.2p0。已知大氣壓強(qiáng)為p0，環(huán)境溫度保持不變。（1）若將玻璃管沿豎直平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過90°，待穩(wěn)定后求氣柱A的長度；（2）若在玻璃管裝有氣體A的頂端開一小孔，現(xiàn)緩慢加熱氣體B，當(dāng)氣體B從外界吸收的熱量為Q時(shí)，水銀剛好到達(dá)小孔處，求該過程氣體B內(nèi)能的增量ΔU22．（2022·江蘇·南京師大附中模擬預(yù)測(cè)）某課外興趣小組用試管制作溫度計(jì)，把上端A封閉，下端B開口的玻璃管插入水中，放掉適當(dāng)?shù)目諝夂蠓攀?，讓玻璃管豎直地浮在水中，A端露出水面，如圖所示，室溫為T0時(shí)，水面上方的空氣柱長度為x0，水面下方空氣柱長度為h，室溫升高至Tx時(shí)，水面以上空氣柱長度變?yōu)閤。已知空氣柱橫截面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0，水的密度為ρ，重力加速度加速度為g，試管足夠長且保持豎直。（1）求Tx；（2）已知升溫過程中氣體內(nèi)能增加了ΔU，求氣體吸收的熱量Q。23．（2022·廣西欽州·高二期末）如圖所示一U形玻璃管豎直放置，右端開口，左管用光滑活塞和水銀封閉一段空氣柱。外界大氣壓為p0=1.0×105Pa，封閉氣體的溫度t0=27℃，玻璃管的橫截面積為S=5.0cm2，管內(nèi)水銀柱及空氣柱長度如圖所示。已知水銀的密度為ρ=13.6×（1）溫度t1=?3℃時(shí)空氣柱的長度（2）已知該過程中氣體向外界放出5.0J的熱量，氣體內(nèi)能的增量。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）24．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示裝置中兩玻璃泡的容積均為V0=0.5L，玻璃管的容積忽略不計(jì)，開始時(shí)閥門K關(guān)閉，將上面玻璃泡抽成真空，下面玻璃泡中有一定質(zhì)量的理想氣體，外界大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa，溫度為（1）如果外界大氣壓強(qiáng)保持不變，玻璃管中水銀面上升2cm，則環(huán)境溫度改變了多少攝氏度；（2）如果在環(huán)境溫度急劇升高到t=40°C的過程中，打開閥門，改變外界大氣壓使玻璃管中的水銀面高度幾乎不發(fā)生變化，則玻璃泡中氣體的壓強(qiáng)變?yōu)槎嗌伲浚?）在（2）過程中吸收了200J熱量，則氣體的內(nèi)能增加了多少？25.已知一籃球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p0，溫度為T0，體積為V0。用打氣筒對(duì)籃球充入壓強(qiáng)為p0，溫度為T0的氣體，已知打氣筒每次壓縮氣體的體積為eq\f(1,15)V0，一共打氣20次，假設(shè)籃球體積不變，最終使籃球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為4p0。充氣過程中氣體向外放出的熱量為Q，已知?dú)怏w的內(nèi)能與溫度的關(guān)系為U＝kT(k為常數(shù))。則：(1)第一次打入氣體后，籃球的壓強(qiáng)變?yōu)槎嗌伲?可認(rèn)為籃球內(nèi)氣體溫度不變)(2)打氣筒在籃球充氣過程中對(duì)氣體做的功是多少？26．（2019·全國·高三專題練習(xí)）如圖所示，一水平導(dǎo)熱玻璃管A端封閉、B端開口，橫截面積為S。靜止時(shí)管內(nèi)用活塞封閉了長為l1的空氣柱，活塞質(zhì)量為m、厚度可忽略，可沿玻璃管無摩擦滑動(dòng)且不漏氣。現(xiàn)使玻璃管繞過A端的豎直軸在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穩(wěn)定后空氣柱的長度變?yōu)閘2。已知大氣壓強(qiáng)為p0，環(huán)境溫度恒定。求：（1）玻璃管轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω；（2）若整個(gè)過程中氣體從外界吸收的熱量為Q，求玻璃管對(duì)活塞做的功。專題90熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律（1-7T）考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律（8-11T）考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用（12-26T）考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式：做功與熱傳遞．兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價(jià)的．2．熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和．3．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：ΔU＝Q＋W.1)對(duì)公式ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋體積減小，外界對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)做功熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量內(nèi)能增加－體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對(duì)外界做功熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量內(nèi)能減少2)判斷是否做功的方法：一般情況下看物體的體積是否變化．①若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W<0.②若物體體積減小，表明外界對(duì)物體做功，W>0.3)三種特殊情況①絕熱過程：Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功．②等容過程：W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．③等溫過程：過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對(duì)外界做的功)．4.如果研究對(duì)象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，體現(xiàn)為分子平均動(dòng)能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。1．（2023·全國·高三專題練習(xí)）一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對(duì)氣體做了8×104JA．W=8×10B．W=8×C．W=?8×D．W=?8×【答案】B【解析】由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知，外界對(duì)氣體做功則W為正值，氣體內(nèi)能減少則ΔU為負(fù)值，代入熱力學(xué)第一定律表達(dá)式得故選B。2．(多選)氣閘艙是載人航天器中可供航天員由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空。打開閥門K，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡。假設(shè)此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是________。A．氣體擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體等溫膨脹，壓強(qiáng)減小C．氣體絕熱過程，對(duì)外做功，內(nèi)能減小D．氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與A艙壁單位面積上的碰撞次數(shù)將減少【答案】ABD【解析】AC．由于氣閘艙B內(nèi)為真空，可知?dú)怏w進(jìn)入B中的過程中不對(duì)外做功；又因?yàn)榇诉^程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w的內(nèi)能不變，故A正確C錯(cuò)誤；BD．因?yàn)閮?nèi)能不變，故溫度不變，平均動(dòng)能不變，因?yàn)闅忾l艙B內(nèi)為真空，對(duì)于座艙A中充滿的空氣，根據(jù)玻意耳定律pV=C可知擴(kuò)散后壓強(qiáng)p減小，體積V增大，所以氣體的密集程度減小，根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀意義可知?dú)怏w分子單位時(shí)間對(duì)氣缸壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少，故BD正確。故選ABD。3．（2023·浙江杭州·一模）夏天，從湖底形成的一個(gè)氣泡，在緩慢上升到湖面的過程中沒有破裂。若越接近水面，湖水的溫度越高，大氣壓強(qiáng)沒有變化，將氣泡內(nèi)的氣體看做理想氣體。則上升過程中，以下說法正確的是（）A．氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能可能不變B．氣泡上升過程中可能會(huì)放熱C．氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大D．氣泡內(nèi)分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊力變小【答案】D【解析】A．根據(jù)題意可知，越往上溫度越高，故氣泡溫度升高，內(nèi)能變大，故A錯(cuò)誤。B．氣泡體積變大，外界對(duì)氣體做負(fù)功，根據(jù)△U=W+Q可知Q>0氣泡內(nèi)能增大，故氣泡吸熱，故B錯(cuò)誤；C．氣泡上升P=P0+ρgh深度h減小，汽包內(nèi)其他壓強(qiáng)減小，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)氣體壓強(qiáng)定義及其微觀意義，氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，氣泡內(nèi)分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊力減小，故D正確。故選D?！军c(diǎn)睛】分析的過程注意溫度、體積的變化情況，再結(jié)合熱力學(xué)定律等進(jìn)行解答。4．（2022·山西大同·高三階段練習(xí)）如圖甲所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將汽缸倒立掛起，穩(wěn)定后如圖乙所示，該過程中缸內(nèi)氣體（）A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加【答案】C【解析】A．初始時(shí)氣缸開口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，氣缸內(nèi)外氣體對(duì)活塞的壓力差與活塞的重力平衡，設(shè)初始時(shí)氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)為p1，活塞的面積為S，則有p1S=p0S+mg將汽缸倒立掛起，氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)為p2，活塞的面積為S，則有p2S=p0S-mg由此可知?dú)怏w的壓強(qiáng)減小，氣體膨脹，氣體對(duì)外做功W<0汽缸、活塞都是絕熱的，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+ΔBCD．由上分析可知，氣體內(nèi)能減小，缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小，并不是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的速率都減小，溫度降低速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，故BD錯(cuò)誤，C正確。故選C。5．（2022·河北·高三期中）如圖所示，“凸”形絕熱汽缸被a、b兩輕質(zhì)絕熱活塞分成A、B、C三部分，a、b兩活塞用輕桿連接，活塞穩(wěn)定時(shí)A、B、C三個(gè)部分內(nèi)的氣體溫度均相同。現(xiàn)設(shè)法使C中的氣體溫度緩慢升高，則在兩活塞緩慢下降的過程中，下列說法正確的是（

）A．A中氣體溫度升高 B．A中氣體壓強(qiáng)增大C．B中氣體壓強(qiáng)增大 D．C中氣體所有分子的動(dòng)能均增大【答案】C【解析】ABC．以C中氣體為研究對(duì)象，體積不變根據(jù)p可知C中氣體溫度升高，壓強(qiáng)增大；以活塞和連桿整體為研究對(duì)象，受到向上和向下氣體的壓力p2SA和p2SB，因?yàn)镾A<SB，則有p2SA<p2SB可知活塞和連桿合力向下，豎直向下運(yùn)動(dòng)，A中氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，對(duì)外做功，根據(jù)U=W＋Q氣缸絕熱Q=0，內(nèi)能減小，溫度降低；B中氣體體積變小，壓強(qiáng)增大，C正確，AB錯(cuò)誤；D．C中氣體溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，D錯(cuò)誤。故選C。6．（2022·上海市青浦高級(jí)中學(xué)高三期中）如圖所示，A、B兩裝置均由一端封閉、一端開口且?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，開口向下豎直插入水銀槽中，插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi)，且插入水銀槽的深度相同。經(jīng)過一段較長時(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，故無法比較【答案】B【解析】在水銀進(jìn)入管狀容器的過程中，大氣壓力對(duì)水銀做功，把大氣的能量轉(zhuǎn)化為水銀的內(nèi)能和重力勢(shì)能，在一定的大氣壓下，A、B中的水銀柱在穩(wěn)定后高度是相同的，且進(jìn)入管中的水銀體積相同，所以大氣壓力做功相同。但兩裝置中水銀重力勢(shì)能的增量不同，所以兩者內(nèi)能的改變也不同，由題圖可知B裝置中水銀的重力勢(shì)能較小，所以B裝置中水銀的內(nèi)能增量較大。故選B。7．（2022·浙江溫州·一模）如圖甲所示，在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用橫截面積S=100cm2的質(zhì)量不計(jì)且光滑的活塞密封一定質(zhì)量的氣體，活塞上靜止一質(zhì)量為m的重物。圖乙是密閉氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V?T圖像，密閉氣體在A點(diǎn)的壓強(qiáng)pA=1.03×105Pa，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)BA．重物質(zhì)量m=1B．氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積為8.0×C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體對(duì)外界做功202D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體的內(nèi)能增加294【答案】D【解析】A．在A狀態(tài)，根據(jù)題意mg+解得m=2kgB．根據(jù)圖像可知V所以氣體做等壓變化V解得VB=8.0×C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體對(duì)外界做功W=pAD．根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q?W=故選D。考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)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．(“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)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．或表述為“第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”．(“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(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．在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序度增大的方向進(jìn)行．3.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。4．兩類永動(dòng)機(jī)1)第一類永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量，卻源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。違背能量守恒定律，因此不可能實(shí)現(xiàn)。2)第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對(duì)外做功，而不引起其他變化的機(jī)器。違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)。8．（2022·重慶市育才中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是（）A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第一定律B．能量耗散過程中能量不守恒C．夏天打開電冰箱的門，可以起到室內(nèi)降溫作用D．一切自發(fā)過程總是沿著分子無序性增大的方向進(jìn)行【答案】D【解析】A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．能量耗散過程中能量也是守恒的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．電冰箱制冷機(jī)工作后，冰箱冷凍室內(nèi)的蒸發(fā)器溫度降低，吸收空氣中的熱量，而與此同時(shí)，冰箱外部的冷凝器溫度升高，將熱量傳給空氣，室內(nèi)空氣的熱量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室溫不會(huì)下降，不可以起到室內(nèi)降溫作用，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．一切自發(fā)過程總是沿著分子無序性增大的方向進(jìn)行，選項(xiàng)D正確。故選D。9．（2022·上海·模擬預(yù)測(cè)）關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化，下列說法中正確的是（）A．摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的B．空調(diào)既能制熱又能制冷說明熱傳遞不存在方向性C．永動(dòng)機(jī)不存在的原因是能量在某些特殊情況下是不守恒的D．由于能量的轉(zhuǎn)化過程符合守恒定律，所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)【答案】A【解析】A．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的，A正確；B．空調(diào)既能制熱又能制冷，但是消耗電能，說明在不自發(fā)地條件下熱傳遞方向可以逆向，不違背熱力學(xué)第二定律，B錯(cuò)誤；C．永動(dòng)機(jī)不存在的原因是違背了能量守恒定律，C錯(cuò)誤；D．由于能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化是有方向性的，雖然能量守恒，但是還會(huì)產(chǎn)生能源危機(jī)，D錯(cuò)誤。故選A。10．(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（）A．氣體向真空的自由膨脹是不可逆的B．理想氣體在等溫膨脹過程中從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功C．空調(diào)機(jī)既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性D．只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能E．一定質(zhì)量100℃的水變成100℃的水蒸氣，分子平均動(dòng)能不變，其分子之間的勢(shì)能增加【答案】ABE【解析】根據(jù)熱力學(xué)第二定律知?dú)怏w向真空的自由膨脹是不可逆的．故A正確．理想氣體在等溫膨脹過程中氣體的內(nèi)能沒有變，所以把吸收的熱量全部對(duì)外做功．故B正確．空調(diào)機(jī)既能致熱又能制冷，但是要耗電，即熱傳遞有方向性，熱量只能自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體．故C錯(cuò)誤．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，即使對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，也不可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．故D錯(cuò)誤．溫度是分子的平均動(dòng)能的標(biāo)志，一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，吸收熱量，溫度不變，其分子的平均動(dòng)能不變，吸收的熱量增加了分子之間的勢(shì)能．故E正確．11．（2022·全國·模擬預(yù)測(cè)）(多選)如圖所示，有一絕熱容器，右半邊貯有理想氣體，左半邊是真空，中間用一擋板隔住。若把擋板抽開，右邊氣體將向左邊膨脹，最后氣體將均勻分布在整個(gè)容器中，下列說法正確的是（）A．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小B．氣體溫度不變，壓強(qiáng)減小C．氣體分子單位時(shí)間對(duì)器壁的碰撞次數(shù)減少D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，插上擋板，擋板左側(cè)不能形成真空E．抽去擋板后，氣體分子的無序程度減小【答案】BCD【解析】A．抽去擋板后，由于左側(cè)為真空，因此氣體不對(duì)外做功，容器絕熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體內(nèi)能不變，故A錯(cuò)誤；B．氣體內(nèi)能不變，氣體溫度不變，體積增大，根據(jù)玻意耳定律，氣體壓強(qiáng)減小，故B正確；C．分子平均動(dòng)能不變，壓強(qiáng)減小，氣體分子單位時(shí)間對(duì)器壁的碰撞次數(shù)減少，故C正確；D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，一個(gè)熱力學(xué)過程是有方向的，故D正確；E．抽去擋板后，氣體分子的無序程度增大，故E錯(cuò)誤。故選BCD?？键c(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用求解熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的一般思路12．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）(多選)如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞（截面積分別為S1和S2）封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙，活塞從A下降?高度到B位置時(shí)，活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個(gè)過程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0A．整個(gè)過程，外力F做功大于0，小于mg?B．整個(gè)過程，理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變C．整個(gè)過程，理想氣體的內(nèi)能增大D．整個(gè)過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于p【答案】BD【解析】A．外力F作用在右端活塞上，活塞位置不變，可知在F作用下沒有位移，可知外力F做功為零，故A錯(cuò)誤；BC．氣缸為導(dǎo)熱汽缸，環(huán)境溫度不變，所以氣體狀態(tài)變化過程中溫度不變，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以分子平均動(dòng)能不變，對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能只與分子平均動(dòng)能有關(guān)，所以內(nèi)能也不變，故B正確，C錯(cuò)誤；D．此過程外界大氣通過活塞對(duì)封閉氣體做功為p0S1h，活塞下降過程，因緩慢加細(xì)沙，故細(xì)沙通過活塞對(duì)氣體做功小于mgh，所以外界對(duì)氣體做功W<根據(jù)ΔU=Q+W，因ΔU=0，所以即氣體向外界釋放的熱量小于p0故選BD。13．（2023·浙江紹興·一模）某同學(xué)將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在導(dǎo)熱性能良好的注射器內(nèi)，并將注射器置于恒溫水池中，注射器通過非常細(xì)的導(dǎo)氣管與壓強(qiáng)傳感器相連。開始時(shí)，活塞位置對(duì)應(yīng)的刻度數(shù)為“8”，測(cè)得壓強(qiáng)為p0，活塞緩慢壓縮氣體的過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管連接處有氣泡產(chǎn)生時(shí)，立即進(jìn)行氣密性加固；繼續(xù)緩慢壓縮氣體，當(dāng)活塞位置對(duì)應(yīng)刻度數(shù)為“4”時(shí)停止壓縮，此時(shí)壓強(qiáng)為43A．氣泡在上升過程中要吸收熱量B．在壓縮過程中，氣體分子的平均動(dòng)能變大C．泄漏氣體的質(zhì)量為最初氣體質(zhì)量的一半D．泄漏氣體的內(nèi)能與注射器內(nèi)存留氣體的內(nèi)能相等【答案】A【解析】A．氣泡在上升過程中溫度不變，由等溫變化pV=C可知，氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小時(shí)，體積增大，氣體對(duì)外做功，即W＜0；理想氣體的內(nèi)能只跟溫度有關(guān)，所以氣泡在上升過程中內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知，Q>0，所以氣泡在上升過程中要吸收熱量，故A正確；B．由于注射器導(dǎo)熱性能良好，所以注射器內(nèi)的氣體溫度不變，據(jù)溫度是氣體分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，所以在壓縮過程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變，故B錯(cuò)誤；C．設(shè)單位刻度的氣體體積為V0，由p解得V則泄漏氣體的質(zhì)量為Δ故C錯(cuò)誤；D．溫度相同時(shí)，理想氣體的內(nèi)能與分子數(shù)有關(guān)，可知泄漏氣體的內(nèi)能是注射器內(nèi)存留氣體的內(nèi)能的一半，故D錯(cuò)誤。故選A。14．（2022·福建省福州第一中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）某充氣式座椅簡(jiǎn)化模型如圖所示，導(dǎo)熱良好的兩個(gè)汽缸C、D通過活塞分別封閉質(zhì)量相等的兩部分同種理想氣體A、B，活塞通過輕彈簧相連，靜置在水平面上。已知兩個(gè)汽缸C、D的質(zhì)量均為M（汽缸壁的厚度不計(jì)），大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g，初始時(shí)環(huán)境溫度為T0，被封閉氣體高度均為L，活塞的橫截面積為S、質(zhì)量和厚度不計(jì)，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，活塞始終未脫離汽缸，不計(jì)活塞與氣缸之間的摩擦。則初始時(shí)B氣體的壓強(qiáng)PB=___________；若環(huán)境溫度緩慢升至1.2T0，A、B氣體總內(nèi)能增加ΔU，則A氣體從外界吸收的熱量Q=___________?！敬鸢浮?/p>

p0+【解析】[1]初始時(shí)A、B氣體壓強(qiáng)相等，對(duì)氣缸C進(jìn)行受力分析可得p得到p[2]環(huán)境溫度升高，A、B氣體壓強(qiáng)均不變，氣體發(fā)生等壓變化LST0則外界對(duì)A、B做功為W由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q總則A氣體從外界吸收的熱量為Q15．（2022·廣東·高三階段練習(xí)）圖為某工廠實(shí)驗(yàn)器使用的圓柱形導(dǎo)熱良好的氣缸靜止在水平地面上，下圖為其簡(jiǎn)化剖面圖，內(nèi)有一質(zhì)量m=10kg，截面積S=0.01m2、厚度不計(jì)的活塞，封閉有高度為h1=30cm、溫度為t=27℃的理想氣體，已知?dú)飧踪|(zhì)量為M=20kg，其深度足夠，活塞不漏氣且與缸壁無摩擦，外界大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2（1）求開始時(shí)氣缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p1（2）保持溫度不變，用豎直向上的拉力緩慢提拉活塞，當(dāng)氣缸恰好離開地面時(shí)，求缸內(nèi)氣體的高度h2：（3）在（2）的過程中，氣缸內(nèi)封閉氣體與外界發(fā)生熱交換為100J，請(qǐng)判斷氣體是吸熱還是放熱？氣體對(duì)外做功為多少？【答案】（1）1.1×105Pa【解析】（1）對(duì)活塞受力分析，可得p解得p（2）依題意，該過程溫度保持不變，根據(jù)玻意耳定律，有p對(duì)氣缸受力分析，可得p聯(lián)立，解得?（3）依題意，該過程溫度不變，封閉氣體內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得?U=Q+W由?可知封閉氣體體積變大，對(duì)外做功，所以氣體是吸熱的，有W=即氣體對(duì)外做功為100J16．（2022·江西·贛州市第四中學(xué)高三期中）如圖所示，一絕熱汽缸豎直放置，汽缸內(nèi)橫截面積S=100cm2的光滑絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，在活塞上面放置一個(gè)物體，活塞和物體的總質(zhì)量m=20kg，在汽缸內(nèi)部有一個(gè)阻值R=4Ω的電阻絲，電阻絲兩端的電壓U=10V，接通電源對(duì)缸內(nèi)氣體加熱，經(jīng)時(shí)間t=10s將電源斷開，接通電源的過程中活塞緩慢上升的高度?=15cm。已知接通電源前缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度T（ⅰ）加熱后電源斷開時(shí)缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度T；（ⅱ）接通電源的過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能ΔE【答案】（ⅰ）T=450K；（ⅱ）【解析】（?。┗钊仙^程中缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變，根據(jù)蓋一呂薩克定律有V解得T=450（ⅱ）設(shè)活塞上升過程中缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p，對(duì)活塞，根據(jù)物體的平衡條件有p解得p=1.2×在活塞上升的過程中缸內(nèi)氣體對(duì)外界做的功W=pS?該過程中電阻絲產(chǎn)生的熱量Q=根據(jù)熱力學(xué)第一定律有Δ解得Δ17．（2022·江蘇省昆山中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，P、Q是兩個(gè)質(zhì)量和厚度均不計(jì)的活塞，可在豎直固定的兩端開口的汽缸內(nèi)無摩擦地滑動(dòng)，其面積分別為S1=30cm2、S2=10cm2，它們之間用一根長為43d的輕質(zhì)細(xì)桿連接，靜止時(shí)汽缸中氣體的溫度T1=600K，活塞P下方氣柱（較粗的一段氣柱）長為d=12cm，己知大氣壓強(qiáng)p0=1×105Pa，g=10m/s（1）求活塞靜止時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；（2）若缸內(nèi)氣體的溫度逐漸降為T2=300K，已知該過程中缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小100J，求活塞下移的距離h和氣體放出的熱量Q。【答案】（1）1×105Pa；（2）10cm，120J【解析】（1）對(duì)兩個(gè)活塞的整體受力分析可得(M解得p=1×105Pa（2）由以上分析可知逐漸降溫的過程中活塞始終受力平衡，內(nèi)部氣體為等壓變化，則V其中V1=解得?=10活塞下降的過程對(duì)內(nèi)部氣體用熱力學(xué)第一定律得Δ其中W=p(解得Q=-120J即放出熱量為120J。18．（2022·湖南·永州市第一中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）一個(gè)底面積為S的光滑導(dǎo)熱氣缸距離底部為l0和2l0的位置有兩個(gè)卡槽，卡槽中央有不計(jì)質(zhì)量和厚度的密閉活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，大氣壓強(qiáng)為p0，此時(shí)環(huán)境溫度為T0，理想氣體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系為U=KT，重力加速度為g。（1）在活塞上方加入一個(gè)砝碼，能使活塞恰好到達(dá)下方卡槽，求所加砝碼質(zhì)量m；（2）在（1）問的基礎(chǔ)上在加上相同的砝碼，且將氣缸放在溫度緩慢升高的環(huán)境中，求活塞從開始運(yùn)動(dòng)到環(huán)境溫度達(dá)到3T0時(shí)，封閉氣體吸收的熱量Q。【答案】（1）m=p0S2g；（2）Q=53【解析】（1）以封閉氣體為研究對(duì)象，初態(tài)p1=p0V1=1.5l0S到達(dá)下方卡槽時(shí)p2=p0+mgS由等溫變化可知p1V1=p2V2解得m=（2）當(dāng)活塞剛要離開下方卡槽時(shí)，有p3=p0+2mgS由等容變化可知p可知T設(shè)活塞能夠到達(dá)上方卡槽，活塞離開下方卡槽達(dá)到上方卡槽的過程為等壓變化，有V4=2l0S由V解得T故能夠到達(dá)上方卡槽。在活塞上升過程中，外界對(duì)氣體做功為W=-2mgl0=-p0l0S氣體內(nèi)能變化Δ由ΔU=W+Q可知Q=53KT0+19．（2022·山東淄博·高二期末）氣壓式升降椅通過氣缸上下運(yùn)動(dòng)來支配椅子升降，其簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖乙所示，圓柱形氣缸與椅面固定連接，氣缸與椅面的總質(zhì)量為m=12kg。橫截面積為S=30cm2的柱狀氣缸桿與底座固定連接?？勺杂梢苿?dòng)的氣缸與氣缸桿之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，穩(wěn)定后測(cè)得封閉氣體柱長度為L=20cm，設(shè)氣缸氣密性、導(dǎo)熱性能良好，忽略摩擦力。已知大氣壓強(qiáng)為p0（1）若質(zhì)量M=78kg（2）人盤坐在椅面上穩(wěn)定后再打開空調(diào)，室內(nèi)氣溫緩慢降至T2【答案】（1）13cm；（2）3.36J【解析】（1）人盤坐在椅面上之前p1S=設(shè)椅面下降了ΔL，則p2由玻意耳定律有p解得Δ（2）人盤坐在椅面上穩(wěn)定后再打開空調(diào)，壓強(qiáng)p2一定，由蓋—呂薩克定律有V外界對(duì)缸內(nèi)氣體所做的功W=解得W=3.36J20．（2021·重慶·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，密閉導(dǎo)熱容器A、B的體積均為V0，A、B浸在盛水容器中，達(dá)到熱平衡后，A中氣體壓強(qiáng)為p0，溫度為T0，B內(nèi)部為真空，將A中的氣體視為理想氣體。打開活栓C，A中部分氣體進(jìn)入B。（1）若再次達(dá)到平衡時(shí)，水溫未發(fā)生變化，求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)；（2）若密閉氣體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系為ΔU=k(T2?T1)（k為大于0的已知常量，T1【答案】（1）12p0；（2）【解析】（1）容器內(nèi)的理想氣體從打開C到再次平衡時(shí)，發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意爾耳定律得p解得此時(shí)氣體壓強(qiáng)p=（2）升高溫度，理想氣體發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律得p解得壓強(qiáng)為p′=1.2p=0.6溫度改變，理想氣體的體積不變，則外界即不對(duì)理想氣體做功，理想氣體也不對(duì)外界做功，所以W=0；升高溫度，內(nèi)能增量為Δ根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知?dú)怏w吸收的熱量為21．（2022·江蘇泰州·高二期末）如圖所示，在一橫截面積為S的豎直玻璃管內(nèi)封閉著A、B兩部分理想氣體，中間用水銀柱隔開。玻璃管靜止時(shí)，A部分氣柱長度為2.4L，壓強(qiáng)為p0；B部分氣柱長度為2L，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為0.2p0。已知大氣壓強(qiáng)為p0，環(huán)境溫度保持不變。（1）若將玻璃管沿豎直平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過90°，待穩(wěn)定后求氣柱A的長度；（2）若在玻璃管裝有氣體A的頂端開一小孔，現(xiàn)緩慢加熱氣體B，當(dāng)氣體B從外界吸收的熱量為Q時(shí)，水銀剛好到達(dá)小孔處，求該過程氣體B內(nèi)能的增量ΔU【答案】（1）l=2.2L；（2）Δ【解析】（1）轉(zhuǎn)動(dòng)前B部分氣體壓強(qiáng)為p設(shè)轉(zhuǎn)過90°后B部分氣體長度為LB，則A部分氣體的長度為l設(shè)B部分氣體壓強(qiáng)為pB2，則A部分氣體壓強(qiáng)為pA2由玻意耳定律可得，對(duì)A部分氣體有p對(duì)B部分氣體有1.2聯(lián)立解得l=2.2L（2）由題意知，在玻璃管裝有氣體A的頂端開一小孔，現(xiàn)緩慢加熱氣體B，水銀上升，這一過程中B部分氣體發(fā)生等壓變化，壓強(qiáng)恒為p氣體對(duì)外界做的功為W=1.2根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得該過程氣體B內(nèi)能的增量為Δ22．（2022·江蘇·南京師大附中模擬預(yù)測(cè)）某課外興趣小組用試管制作溫度計(jì)，把上端A封閉，下端B開口的玻璃管插入水中，放掉適當(dāng)?shù)目諝夂蠓攀?，讓玻璃管豎直地浮在水中，A端露出水面，如圖所示，室溫為T0時(shí)，水面上方的空氣柱長度為x0，水面下方空氣柱長度為h，室溫升高至Tx時(shí)，水面以上空氣柱長度變?yōu)閤。已知空氣柱橫截面積為S，