第50讲 热力学定律与能量守恒定律（专项训练）（福建专用）（教师版）

第50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 1题型01热力学第一定律的理解及应用 1题型02热力学第二定律 4题型03热力学第一定律与气体p-T图像的综合 5题型04热力学第一定律与气体V-T图像的综合 5题型05热力学第一定律与气体P-V图像的综合 6题型06与气体实验定律的综合问题 602核心突破练 903真题溯源练 13

01热力学第一定律的理解及应用1．（2025·福建宁德·三模）如图是一种儿童玩具“橡皮枪”，主体由枪筒，活塞和橡皮筋组成。在枪筒的前端扣紧“帽子”，枪筒里面的空气被活塞和“帽子”密封。扣动扳机，橡皮筋迅速拉动活塞压缩空气，“帽子”还未掀开的过程中，枪筒中的气体压强（选填“增大”“不变”或“减小”）；气体的内能（选填“增大”“不变”或“减小”）。【答案】增大增大【详解】[1]“帽子”还未掀开的过程中，枪筒中的气体体积减小，则压强增大；[2]外界对气体做功，气体来不及和外界有热交换，根据热力学第一定律可知，气体的内能增大。2．（2025·福建福州·三模）我国古代发明的点火器原理如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃。在此压缩过程中，外界对套筒内封闭的气体做（选填“正功”、“负功”），气体压强（选填“增大”、“减小”或“不变”），内能（选填“增大”、“减小”或“不变”）。【答案】正功增大增大【详解】[1]在此压缩过程中，外界对套筒内封闭的气体做正功（W>0）。[2]猛推推杆，可知该过程气体温度不变、体积减小，故压强增大。[3]猛推推杆，可知Q=0根据热力学第一定律有可知，故气体内能增大。02热力学第二定律3.根据热力学定律，下列说法正确的是（）A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机【答案】A【详解】A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其它变化，故A正确；B．根据热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，故B错误；C．根据热力学第二定律，从单一热源吸收热量，全部用来对外做功而不引起其他变化是不可能的，故C错误；D．自然界的能量不会减少，形成“能源危机”的原因是能源的品质下降，可利用的能源不断减少，故D错误；故选A。03热力学第一定律与气体p-T图像的综合4．（2025·福建·模拟预测）一定质量的理想气体经历四段状态变化过程，其图像如图所示。其中da延长线与横轴的交点为0K，bc和cd分别平行于横轴和纵轴，、、三个状态的体积关系为，下列说法不正确的是（）A．从到，单位时间碰撞单位面积器壁的分子数减少B．、两状态的体积之比为C．从到的过程气体从外界吸收的热量小于从到的过程气体从外界吸收的热量D．从到，气体的体积不变【答案】CD【详解】A．从b到c，压强不变，温度升高，则体积变大，单位体积内分子数减少，则单位时间碰撞单位面积器壁的分子数减少，故A正确；B．d到a等容过程有c到d等温过程有又联立解得，故B正确；C．由，联立解得bcd过程的图如下由图可知，b到c和c到d的体积差相等。由于图线与横坐标围成的面积表示气体对外界做的功，显然b到c，气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律得c到d，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律得联立可得，故C错误；D．根据得可知图像的斜率与气体体积有关，从a到b，图线的斜率增大，则气体的体积减小，故D错误。选不正确的，故选CD。04热力学第一定律与气体V-T图像的综合5．（2025·福建龙岩·二模）如图甲所示，内壁光滑的柱形汽缸内被活塞封闭了一定质量的理想气体，当封闭气体的温度时，封闭气体的体积。现对汽缸内的气体缓慢加热，当封闭气体的温度上升至时，活塞恰好到达汽缸口，图线如图乙，该过程中缸内气体吸收的热量。已知活塞的质量，横截面积，外界大气压，取。求：(1)缸内气体的压强p；(2)活塞到达汽缸口时封闭气体的体积；(3)该过程中封闭气体内能的增量。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）选活塞为研究对象，有解得缸内气体的压强为（2）对汽缸内的气体缓慢加热，封闭气体等压膨胀，由盖—吕萨克定律可得解得（3）活塞上升的距离外界对气体做功对封闭气体由热力学第一定律可得该过程中封闭气体内能的增量05热力学第一定律与气体p-V图像的综合6．（2024·福建漳州·一模）喷壶示意图如图甲所示，在某次喷液过程中，储气室内气体可视为一定质量的理想气体且温度保持不变，气体压强随体积变化的图像如图乙所示，则储气室内气体从状态A到状态B过程中内能（填“变大”、“变小”或“不变”），气体（填“吸热”、“放热”或“既不吸热也不放热”）。【答案】不变吸热【详解】[1][2]由题意可知，储气室内气体从状态A到状态B过程中，温度保持不变，则气体内能不变；由于气体体积变大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知气体吸热。7.（2025·福建莆田·三模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态和。已知状态A的温度为，则气体从状态A到状态B要（填“放热”或“吸热”），气体从状态B到状态C对外做的功为，气体在状态C的温度为。【答案】放热400【详解】[1]气体从状态A到状态B的过程是等容降压变化，温度降低，内能减少，外界对气体不做功，根据热力学第一定律可知气体从状态A到状态B要放热；[2]气体从状态到状态对外做的功为[3]气体从状态到状态，根据气体的状态方程有代入数据解得06与气体实验定律的综合问题8．（2024·福建泉州·一模）二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前正在研究二氧化碳的深海填埋处理技术。某次试验，将一定质量的二氧化碳气体封闭在可以自由压缩的导热容器中，从海面缓慢移到深海中心处后会自主下沉，从而实现深海填埋处理。已知初始时容器内的气体压强为、热力学温度为，A处热力学温度为，气体体积减小为初始时的一半，该过程容器内气体可视为理想气体，则此过程中容器的气体的内能（选填“增加”“减小”或“不变”），气体（选填“吸收”或“放出”）热量，容器位于A处时内部气体压强为。【答案】减小放出【详解】[1]由题可知气体温度降低，则内能减小；[2]气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，则气体放出热量；[3]根据理想气体状态方程有解得9．（2024·福建厦门·模拟预测）如图甲为一只气垫运动鞋，鞋底塑料气垫空间内充满气体（可视为理想气体），可以通过压缩气体产生缓冲效果。已知气垫内气体体积为V0，压强为p0，不考虑气垫漏气。若运动员穿上鞋子，气垫内气体体积被缓慢压缩到（不计温度变化）时，气垫内气体的压强变为；若气垫内气体温度缓缓上升（忽略体积变化），此过程中气垫内的气体（选填“吸热”、“放热”或“不吸热也不放热”）。【答案】吸热【详解】[1]由玻意耳定律有解得[2]气体的温度上升，内能增加，则忽略体积变化，气体对外做功为由热力学第一定律可知气体吸热。10．（2024·福建厦门·二模）如图所示，一定质量的理想气体封闭在导热性能良好的汽缸中。在某次深潜实验中，探测到汽缸所在处的海水温度为280K，压强为100atm，汽缸内气体体积为。已知海平面的温度为300K，大气压强为1atm，不计活塞质量和一切摩擦。当该汽缸缓慢上升至海平面时，气体体积为m3，则在此过程中气体（选填“吸热”或“放热”）。【答案】3吸热【详解】[1]由理想气体状态方程其中，，，，解得[2]汽缸缓慢上升的过程中，温度升高，则气体体积增大，则根据热力学第一定律可得即在此过程中气体吸热。1．（2024·福建·模拟预测）常见的气压式水枪玩具内部原理如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水立即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内温度始终保持不变，则罐内气体内能（选填“变大”、“不变”或“变小”），气体（选填“吸热”或“放热”）。【答案】不变吸热【详解】[1]气体温度不变，则气体的内能不变；[2]气体体积增大，则气体对外做功由热力学第一定律可知气体从外界吸热。2．（2024·福建泉州·二模）德化白瓷享誉世界。如图，向陶瓷茶杯倒入一定量的热水，迅速盖上杯盖后，发现杯盖被顶起又落下发出“哐哐”的声响。下列说法正确的是（）A．杯盖被顶起是杯内气体分子间斥力作用的结果B．杯盖被顶起说明杯内每个气体分子动能都增大C．杯盖不再被顶起后，封闭在杯子内气体的内能一定保持不变D．杯盖不再被顶起后，杯内气体的压强有可能大于杯外大气压强【答案】D【详解】AB．杯盖被顶起是杯内气体温度升高，压强增大的结果；气体温度升高，说明气体分子平均动能增大，但不是每个气体分子动能都增大，故AB错误；C．杯盖不再被顶起后，封闭在杯子内气体的温度可能继续升高，杯子内气体的内能可能增大，故C错误；D．杯盖不再被顶起后，设杯盖的质量为，根据受力分析可知则杯内气体的压强有可能大于杯外大气压强，故D正确。故选D。3．（2024·福建·三模）“回热式热机”的热循环过程可等效为一定质量的理想气体经a→b→c→d→a的过程，其p-V图像如图所示，其中a→b、c→d为等温过程，b→c，d→a为等容过程，可知a状态气体内能比c状态（填“大”或“小”）；a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态（填“多”或“少”）；整个循环过程，气体对外界（填“吸收”或“放出”）热量。【答案】大多吸收【详解】[1]由于，而从b到c的过程中，发生等容变化，因此可得因此a状态气休温度比c状态高，a状态气体内能比c状态大；[2]由图可知，而，气体分子平均速率相等，气体分子对器壁的平均碰撞力相等，a态气体体积较小，气体数密度较大，根据压强的微观解释，可知a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态多；[3]在p-V图像中，图像与横轴围成的面积等于气体做的功，可知整个循环过程，气体对外做功，而内能不变，因此吸收热量。4．（2025·福建·二模）一个用钉销锁定的导热活塞将绝热汽缸分成体积相等的左右两室，两室装入不同质量的氮气，左室压强大于右室压强。拔出钉销后活塞移动至稳定状态，已知氮气可视为理想气体，不计一切摩擦，则整个过程中左室氮气（选填“吸热”或“放热”），左室氮气的内能（选填“增大”“减小”或“不变”）。【答案】吸热不变【详解】[1][2]设活塞也绝热，即Q=0，则在拔出钉销后活塞移动的过程中，左侧气体对活塞做功，即W左＜0，活塞对右侧气体做功，即W右＞0，由热力学第一定律知，左＜0，右＞0，则左侧气体温度T左降低，右侧气体温度T右升高，即T左＜T右，但是，由于活塞是导热的，所以整个过程中左侧气体从右侧气体吸热，由于汽缸是绝热的，对于整体分析知，气体不会与外界有热交换，即Q=0，总体积没变，所以与外界无做功，即W=0，故整体稳定时内能不变，则稳定后的温度与拔出钉销前的温度相等，故左室氮气的内能不变。5．（2024·福建福州·二模）在汽缸中，用活塞封闭一定质量的理想气体，经历a→b→c→d的一系列变化，p-V图像如图所示，其中bc的反向延长线过原点O，曲线cd是双曲线的一部分，a、b、d在一条平行于横轴的直线上，则（选填“a→b”“b→c”或“c→d”）过程中气体的温度不变；a→b过程中气体（选填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”）；d状态下单位时间与单位面积活塞碰撞的分子数与a状态相比（选填“更多”“更少”或“一样多”）。【答案】c→d吸热更少【详解】[1]根据理想气体状态方程可得可知若气体的温度不变，则气体压强与气体体积的乘积不变，曲线cd是双曲线的一部分，故c→d过程中气体的温度不变。[2]a→b过程中气体压强不变，根据盖吕萨克定律，气体体积增大，气体温度升高，气体内能增大，由于气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律，a→b过程中气体吸热。[3]d状态与a状态相比压强相等、体积大，根据盖吕萨克定律，可知d状态温度较高，气体分子的平均速率大，根据压强微观意义可知，d状态下单位时间与单位面积活塞碰撞的分子数与a状态相比更少。1．（2025·甘肃·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随