第48讲 热力学定律与能量守恒定律（专项训练）（安徽专用）（教师版）

第48讲热力学定律与能量守恒定律目录01课标达标练TOC\o"1-2"\h\u 2题型01热力学第一定律的理解 2题型02热力学第二定律 3题型03热力学第一定律与气体p-T图像的综合 4题型04热力学第一定律与气体V-T图像的综合 6题型05热力学第一定律与气体P-V图像的综合 8题型06与气体实验定律的综合问题 1002核心突破练 1203真题溯源练 16

01热力学第一定律的理解1.（23-24高三下·安徽·模拟预测）下列说法正确的是（）A．标准状况下，摩尔体积等于气体分子体积乘以阿伏伽德罗常数B．气体吸收热量时，其分子的平均动能一定增大C．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）向外界释放热量，而外界对其做功D．理想气体的内能只与温度有关【答案】C【详解】A．标准状况下，气体分子自身体积相对气体体积可以忽略不计，因此摩尔体积不等于气体分子体积乘以阿伏伽德罗常数，故A错误；B．气体吸收热量时，若气体对外做功则气体内能可能减小，其分子的平均动能可能减少，故B错误；C．薄塑料瓶为导热容器，气体温度随外界降温内能减少，体积减少过程外界对气体做功，由可知，气体放热，故C正确；D．理想气体的内能与温度以及物资的量有关，故D错误；故选C。2.如图所示，在空的铝制饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，接口处用蜡密封，吸管中注入一段长度可忽略的油柱，在吸管上标上温度值，就制作成了一个简易气温计。若外界大气压不变，下列说法正确的是（）A．吸管上的温度刻度分布不均匀B．吸管上标的温度值由下往上减小C．温度升高时，罐内气体增加的内能大于吸收的热量D．温度升高时，饮料罐内壁单位面积、单位时间受到气体分子撞击次数减少【答案】D【详解】A．若油柱缓慢移动，则封闭的理想气体发生了等压变化，则所以由此可知，吸管上的温度刻度分布均匀，故A错误；B．若温度升高，气体体积变大，油柱向上移动，则吸管上的温度刻度值由下往上增大，故B错误；C．气温升高时，气体内能增加，气体体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于对外做的功，罐内气体增加的内能小于吸收的热量，故C错误；D．随温度升高，每个分子产生的平均撞击力变大，而气体发生等压变化，则单位时间内罐内壁单位面积上受到气体分子撞击的次数减小，故D正确。故选D。02热力学第二定律3．某个冬天的早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10℃水置于该房间内，则下列说法正确的是（

）A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动【答案】A【详解】A．制暖空调机工作时，因为电机工作电流做功，热量从低温物体传到高温物体，故A正确；B．制暖空调机开始工作后，房间内气体温度升高，内能增大，故B错误；C．待空调稳定后，房间内温度升高，装花粉的水温度升高，花粉做布朗运动激烈程度会增加，故C错误；D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，故D错误。故选A。4（多选）下列说法正确的是（

）A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强减小为零C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性【答案】AD【详解】A．空调制冷时，电能转化为热，向室外释放的热量等于从室内吸收的热量加上消耗的电能，因此向室外放出的热量更多，故A正确；B．气体压强由分子热运动产生，与重力无关，完全失重时压强仍存在，故B错误；C．恒星颜色与温度相关，红色恒星温度低于蓝色恒星（如红矮星温度约3000K，蓝巨星超30000K），故C错误；D．能量耗散表明能量转化具有方向性（如热力学第二定律的熵增原理），故D正确。故选AD。03热力学第一定律与气体p-T图像的综合5．（2025·安徽合肥八中·模拟预测）热力学循环过程是通过状态的周期性变化来实现能量的定向转换或调控，广泛应用于能源、制冷、动力工程等领域。如图所示是一定质量的理想气体经历某循环过程的图像，其中连接线、连接线的延长线均过坐标原点，、与横轴平行。关于该循环过程，下列说法中正确的是（）A．气体在状态和时体积相等B．气体在状态时体积最大C．过程中气体从外界吸热D．过程中气体对外界做功【答案】C【详解】AB．根据理想气体状态方程变形得可知斜率即状态b、c体积相等且最大，a、e状态体积相等且最小，故AB错误；C．a到b过程中，体积增大，气体对外做功，温度升高，气体内能增大，根据热力学第一定律，有可知气体从外界吸热，故C正确；D．过程中气体体积减小，外界对气体做功，故D错误。故选C。6.（2025·安徽A10联盟·高考卷二）如图所示，一定质量的理想气体经历两个不同的过程，分别用图像上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，和分别为两直线与纵轴交点的纵坐标。是两直线的延长线与横轴交点的横坐标，。、为直线Ⅰ上的两点，为直线Ⅱ上的一点。下列说法中正确的是（）A．理想气体在状态比在状态的体积小B．理想气体在状态和状态时，单位体积的分子数之比为C．理想气体沿直线Ⅰ从状态变化到状态过程中气体对外做正功D．理想气体在状态、、的内能大小关系为【答案】A【详解】A．状态和状态温度相等，但状态的压强比状态大，根据玻意耳定律可知，状态比在状态的体积小，故A正确；B．因总分子数一定，所以单位体积的分子数与体积成反比，而状态和状态温度相等，所以体积与压强成反比，所以单位体积的分子数之比等于，又由图可知，故B错误；C．对于一定质量的理想气体，在体积不变的条件下其压强与热力学温度成正比，即与成线性关系，所以两条图像都是在体积一定的条件下得到的图像，所以理想气体沿直线Ⅰ从状态变化到状态过程中体积不变，气体对外不做功，故C错误；D．理想气体的内能只与温度有关，所以故D错误。故选A。04热力学第一定律与气体V-T图像的综合7.（多选）一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d，其体积V与热力学温度T关系如图所示，o、a、d三点在同一直线上，和平行于横轴，平行于纵轴，则下列说法正确的是（）A．从状态a到状态b，气体吸收热量B．从状态a到状态b，每个气体分子的动能都增大C．从状态c到状态d，气体的密度不变D．从状态b到状态c，气体对外做功，内能减小【答案】AC【详解】A．从状态a到状态b，温度升高，内能变大，∆U>0，体积不变，则W=0，则Q>0，即气体吸收热量，选项A正确；B．从状态a到状态b，温度升高，气体分子平均动能变大，但非每个气体分子的动能都增大，选项B错误；C．从状态c到状态d，气体体积不变，则气体的密度不变，选项C正确；D．从状态b到状态c，体积变大，气体对外做功，温度不变，则内能不变，选项D错误。故选AC。8．气压式电脑升降桌通过汽缸上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图所示，圆柱形汽缸与桌面固定连接，柱状活塞与脚底座固定连接。可自由移动的汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体，汽缸导热性能良好，活塞可在汽缸内无摩擦活动。设气体的初始状态为A，用电脑时将电脑放上桌面保持不动，桌子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B，此过程温度不变。然后开空调，一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气体状态为C，不用电脑时将电脑拿离桌面，桌子重新达到新的稳定状态D。关于封闭气体从状态A→B→C→D过程中的图像可能正确的是（）A．B．C． D．【答案】D【详解】从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大，体积减小，从B到C的过程中，气体等压降温，温度降低，体积减小；从C到D的过程中，气体等温膨胀，压强减小，体积增大；而且此时D状态的压强又恢复到最初A状态的压强，其封闭气体V－T图像，故选D。05热力学第一定律与气体p-V图像的综合9．（24-25高三下·安徽淮北一中·模拟）一定质量的理想气体的状态变化过程已表示在如图所示的图上，气体先由a状态沿双曲线变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化至c状态，a、c两点位于平行于纵轴的直线上。以下说法中正确的是（）A．由a状态至b状态为温度升高B．由b状态至c状态放出热量C．由c状态至a状态气体对外界做功，同时吸收热量D．c状态下气体分子单位时间与器壁单位面积碰撞次数小于b状态【答案】B【详解】A．因为a→b变化图线为双曲线的一支，为等温线，所以是等温变化，故A错误；B．根据理想气体状态方程从b到c为等压变化，体积减小，所以温度降低，又因为外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，此过程放出热量，故B正确；C．c→a过程体积不变，没有做功，根据理想气体状态方程可知，压强增大温度升高，结合热力学第一定律可知，从外界吸收热量，故C错误；D．据气体压强的微观解释，气体压强由分子平均撞击力大小与单位时间内与器壁单位面积碰撞次数决定，c状态温度低于b状态，热运动减弱，分子平均撞击力减小，而压强又相同，所以c状态下气体分子单位时间与器壁单位面积碰撞次数大于b状态，故D错误。故选B。10.（2025·安徽安庆·二模）一定质量的理想气体历经如图所示的循环过程，过程是等温过程，过程是等容过程，过程是等压过程。下列说法正确的是（）A．过程中气体的内能增加B．过程中气体向外界放热C．过程中气体从外界吸收的热量全部用于对外做功D．过程中外界对气体做的功等于过程中气体对外界做的功【答案】C【详解】A．过程为等温变化，理想气体的内能不变，故A错误；C．该过程中气体体积增大，气体对外做功，即，温度不变，即，由热力学第一定律可得即气体吸收的热量全部用来了做功，故C正确；B．过程为等容变化，，由查理定律解得即气体内能增大，由热力学第一定律得即气体从外界吸热，故B错误；D．p-V图中，图线与横轴围成的面积在数值上等气体对外界或外界对气体所做的功，据此由图可知，过程中外界对气体做的功大于过程中气体对外界做的功，故D错误。故选C。06与气体实验定律的综合问题11卡诺循环（Carnotcycle）是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，简化如下：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再回到状态a，a→b是温度为的等温过程，c→d是温度为的等温过程，b→c和d→a为绝热过程（气体与外界无热量交换）。卡诺循环构建了从单一热源吸收热量用来做功的理想过程。下列说法正确的是（

）A．a→b过程气体对外界做功内能减小B．b→c过程气体对外界做的功大于气体内能的减少量C．c→d过程单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数不变D．一个循环气体对外界做功大小为abcda所围图形面积【答案】D【详解】A．过程为等温过程，温度不变，气体的内能不变，选项A错误；B．绝热膨胀过程，根据热力学第一定律可知过程气体对外做的功等于气体内能的减少量，选项B错误；C．为等温过程，压强变大，体积减小，分子数密度增加，因为温度不变，故气体分子的平均动能不变，压强变大说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C错误；D．图所围面积为气体与外界做功数值，体积变大，气体对外界做功，体积变小，外界对气体做功。所以一个循环气体对外界做功大小为所围图形面积，选项D正确。故选D。12.导热容器内用轻薄活塞封闭一定质量理想气体，关闭阀门并松开钉销，将容器沉入湖底时活塞到水面的距离，气体的体积，压强为，温度为。用钉销将活塞锁定后，将容器缓慢提出水面，当气体的温度与环境温度相同时其压强变为。已知水面上温度为，水的密度为，大气压强为，取。活塞与容器的摩擦力及活塞重力不计。(1)求压强和温度；(2)在水面上足够长时间后，撤去钉销（活塞未脱离容器），重新稳定后，气体对外界做功为，求从撤去钉销到重新稳定这一过程气体与外界传递的热量Q。【答案】(1)，270K(2)【详解】（1）根据题意，由压强关系有根据查理定律得（2）整个过程，气体温度不变，内能不变，即根据又得1.（23-24高三下·安徽六安中学·模拟）一定质量的理想气体，先经历等温压缩至一半体积，再经过绝热膨胀至原来的体积，则（

）A．气体的最终温度高于起始温度B．最终气体分子的密集程度小于初始气体分子的密集程度C．最终外界对气体做正功D．最终气体吸收外界热量【答案】C【详解】A．设气体初始体积为V，压强为p，温度为T，经过等温变化后，温度仍为T，体积变为，根据玻意耳定律可知，压强变为2p，气体温度不变，内能不变，由于气体体积变小，外界对气体做正功，由热力学第一定律可知，气体向外界放热，经过绝热膨胀后，气体体积变为V，气体与外界没有热交换，由于气体体积变大，可知外界对气体做负功，由热力学第一定律可知气体内能减小，温度降低，故A错误；B．气体最初的体积与最终的体积相等，故最终气体分子的密集程度等于初始气体分子的密集程度，故B错误；C．设气体最终压强为，根据查理定律可知，第二次变化与第一次变化相比，相同体积时第二次变化的气体压强小于第一次变化的气体压强，由可知，第二次变化中外界对气体做的负功小于第一次变化中外界对气体做的正功，因此全过程外界对气体做正功，故C正确；D．由上述分析可知，全过程气体放出热量，故D错误。故选C。2.（2025·安徽六安一中·模拟预测）如图所示，底面为圆形的塑料瓶内装有一定量的水和气体A，在瓶内放入开口向下的玻璃瓶，玻璃瓶内封闭有一定质量的气体B，拧紧瓶盖，用力F挤压塑料瓶，使玻璃瓶恰好悬浮在水中，假设环境温度不变，塑料瓶导热性能良好，气体A、B均视为理想气体，下列说法正确的是（）A．气体A与气体B的压强相同 B．增大挤压力F，玻璃瓶将下沉C．减小挤压力F，气体B的体积将减小 D．气体A的压强大于气体B的压强【答案】B【详解】AD．气体A和气体B的压强关系是，气体A的压强小于气体B的压强，A、D错误；B．增大挤压力F，气体A的体积减小，压强增大，气体B的压强增大，由玻意耳定律可知，气体B的体积减小，玻璃瓶受到的浮力减小，玻璃瓶将下沉，B正确；C．减小挤压力F，气体A的压强减小，气体B的压强减小，由玻意耳定律可知，气体B的体积将增大，C错误。故选B。3.（2025·安徽黄山·二模）如图为一定质量的理想气体在a→b→c→a循环过程中气体压强随体积变化关系图像。ab的延长线过坐标原点，bc平行于p轴，曲线ca是双曲线的一部分，下列说法正确的是（）A．在状态c→状态a的过程中，气体内能减小B．在状态a→状态b的过程中，气体分子热运动的平均动能不变C．在状态b→状态c的过程中，气体分子数密度变大D．在a→b→c→a的循环过程中，气体从外界吸收热量【答案】D【详解】A．曲线ca是双曲线的一部分，则气体温度不变，内能不变，故A错误；B．ab延长线过原点，在ab过程，气体压强与体积成正比，气体温度降低，内能减小，则气体分子热运动的平均动能减小，故B错误；C．bc过程气体体积不变，压强增大，则气体温度升高，但气体分子数密度不变，故C错误；D．在ab过程中气体温度降低，内能减小，压强减小，体积减小，所以外界对气体做功，气体放出热量，ca过程中内能不变，体积增大，气体对外做功，气体吸收热量，bc过程气体体积不变，压强增大，则气体温度升高，内能增大，气体吸收热量，根据热力学第一定律可得，整个过程中气体吸收热量大于放出热量，所以气体从外界吸收热量，故D正确。故选D。4.（23-24高三下·安徽安庆一中·三模）一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到状态a，其图像如图所示，其中bc与纵轴平行．已知a、c两状态下气体的温度相同，下列说法正确的是（

）A．c→a的过程中气体向外界放热B．b→c的过程中气体从外界吸收热量C．a→b→c→a的整个过程中气体对外界做功为零D．a→b的过程中气体内能变化量的绝对值大于放出热量的绝对值【答案】B【详解】A．因ac两态温度相同，内能相同，则c→a的过程中气体体积变大，对外做功，则气体从外界吸收热量，故A错误；B．b→c的过程中气体体积不变，则W=0，温度升高，内能变大，则气体从外界吸收热量，故B正确；C．a→b→c→a的整个过程中，图形与坐标轴围成的面积表示物体对外做功的大小，可知该整个过程中气体对外界做功不为零，故C错误；D．a→b的过程中气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，则气体放热，根据可知，内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值，故D错误。故选B。5.（22-23高二下·安徽池州一中·6月月考）如图是质量为m的理想气体由状态A经状态B、C、D再回到A的V-T图像，其中AB、CD的延长线过坐标原点，BC、DA与横轴平行。已知气体在状态A时压强为p0，气体的摩尔质量为M、阿伏加德罗常数为NA，该气体的内能U=kT，其中k、V0、T0为已知的定值，T是热力学温度。求：（1）状态A时相邻气体分子之间的平均距离d；（2）气体从状态C到状态D内能的减少量△U；（3）气体从状态A经过一次循环对外放出的热量。

【答案】（1）；（2）；（3）1.5p0V0【详解】（1）该理想气体的分子数气体分子占据的空间的体积相邻气体分子之间的平均距离解得（2）设D状态气体的热力学温度为TD，气体从状态C到状态D，发生等压变化，有气体在C状态的内能气体在状态D的内能气体从状态C到状态D内能的减少量解得（3）一个循环过程中气体的内能的变化量为0，设气体在状态D时的压强为，则由状态