高二物理人教版选择性高分突破考点专题3233热力学第一定律能量守恒定律

3.23.3热力学第一定律、能量守恒定律

一：知识精讲归纳

考点一、热力学第一定律

1.改变内能的两种方式：做功与传热.两者对改变系统的内能是等价的.

2.热力学第•定律：-•个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的

和.

技巧归纳：

1.对公式AU=0+"符号的规定

符号WQ

体积减小，外界对热力学

+热力学系统吸收热量内能增加

系统做功

体积增大，热力学系统对

—热力学系统放出热量内能减少

外界做功

2.气体状态变化的几种特殊情况

（1）绝热过程：。=0,则系统内能的增力口（或减少）量等于外界对系统（或物体对外界）做的功.

（2）等容过程："=0,则AUn。，物体内能的增加量（或减少量）等于系统从外界吸收（或系统向外界放

出）的热量.

（3）等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变,即AU=O,则"=一。（或。=一%），外界对

系统做的功等于系统放出的热量（或系统吸收的热量等于系统对外界做的功）.

3.判断气体是否做功的方法

一般情况下看气体的体积是否变化.

①若气体体积增大，表明气体对外界做功，於＜0.

②若气体体积减小，表明外界对气体做功，心＞0.

4.应用热力学第一定律解题的一般步骤

（1）根据符号法则写出各已知量（力、。、AU）的正负;

（2）根据方程△。=匹+。求出未知量；

(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况.

考点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用

热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：

(1)利用体积的变化分析做功情况.气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做

功.

(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化.一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高,

内能增加；温度降低，内能减小.

(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热.

由热力学第一定律AU=/+。，贝IJ0=AU一%,若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断

气体状态变化是吸热过程还是放热过程

考点三：能・守恒定律

1.能量的存在形式及相互转化

(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、

核能等.

(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化.例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；

煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能.

2.能量守恒的两种表达

(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.

(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等.

3.第一类永动机不可能制成的原因分析

如果没有外界供给热量而对外做功，由△U=%+。知，系统内能将减小.若想源源不断地做力，在

无外界能量供给的情况下是不可能的.

二，考点题型归纳

题型一：理解热力学第一定律

1.(2022春,北京•高二期末)一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用吗

表示外界对气体做的功，吗表示气体对外界做的功，Q表示气体吸收的热量，©表示气体放出的热量，则在整个

过程中一定有()

A.Q「Q[=%-W1B.G=aC.%=%D.01>02

2.（2022春•山东临沂•高二校考期末）一定侦量的理想气体从状态a升始，经历afdfa一次循环回到

原状态，其体积随热力学温度变化的图像如图所示，其中曲、de均垂直于横轴，ad,儿的延长线均过原点0。下

列表述不正确的是（）

A.在过程d->a中气体从外界吸收热量

B.在过程dT。中在单位时间单位面积上碰摘容滞壁的气体分了•数减小

C.在过程8TC中外界对气体做的功小于在过程IT。中气体对外界做的功

D.经历a->〃Tefd•一次循环，勺:体放出热量

3.（2022春•黑龙江哈尔滨•高二黑龙江实验中学校考阶段练习）--定质量的理想气体从状态。开始，经a-Ab-c、

三个过程后回到初始状态小其pV图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为。（匕j,2po）>b（2Ko,po）、

c（34,2po）a以下判断正确的是（）

A.气体在a-b过程中对外界做的功小于在he过程中对外界做的功

B.气体在I）过程中从外界吸收的热量小于在b-c过程中从外界吸收的热量

C.在er。过程中，外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量

D.气体在《—a过程中内能的减少量大于b-c过程中内能的增加量

题型二：判断系统内能改变的问题

4.（2023春•重庆沙坪坝•高二重庆一中校考阶段练习）如图所示，一定质量的理想气体从。状态开始，经历6、c

状态再次回到〃状态。6到c过程气体放热3.9J,c到a过程气体吸热2.1J。则下列说法正确的是（）

A.ci”过程相同时间内撞到单位面积上的分子数减少

B.a-/）过程气体温度先减小后增大

C.。一〃过程气体吸热4.05J

D.经过一个循环，气体对外界做的总功为1.95J

5.（2023春・广东广州•高二广州大学附属中学校考阶段练习）如图所示为钎对新冠疫情设计的消杀喷药装置，内部

装有2L药液，上部密封压强为latm的空气0.5L,保持阀门关闭，再充入latm的空气0.1L。假设在所有过程中空气

可看作理想气体，且温度不变，外部大气压强为latm,下列说法正确的是（）

A.充气后，密封气体压强变为l.latm

B.充气后，密封气体的分子平均动能增加

C.打开阀门后，密封气体对外界做正功

D.打开阀门后，密封气体向外界放热

6.（2023秋•新疆哈密・高二校考期末）一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中p/=3p2，匕=4匕，状态1、2对

应的温度分别为。、小，由状态1变化到状态2（气体外界非真空）的过程中，下列说法正确的是（）

A.气体对外做功，温度降低

B.气体分子热运动的平均动能不变

C.气体内能增加，一定从外界吸收热量

D.在单位时间内，器壁单位面积上受分子撞击的次数增多

题型二：计算系统内能改变的物理量

7.（2021秋•高二课时练习）一定质量的理想气体被质量为机的绝热活塞封闭在竖直放置的绝热汽缸中，活塞的面

积为S,与汽缸底部相距2,温度为现接通电热丝给气体缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离人后停止加热，整

个过程中，气体吸收的热量为。，大气压强为外，重力加速度为g。则（）

A.初始时，气体压强Pi=Po

B.停止加热时，气体的温度r=24

C.该过程中，气体内能增加量AU=。一阳£

D.该过程中，气体内能增加量AU=。-p°S£

8.（2022春・山东临沂・高二统考期末）如图所示是一定质量的某种理想气体状态变化的pl，图像，气体由状态4变

化至状态??的过程中，该气体（

A.内能不变B.对外做功为3xl（）5j

C.吸收的热量小于3x10^D.当气体体枳为5m3时气体的内能最大

9.（2022春•广东潮州•高二统考期末）如图，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体。

气体从状态力（活塞在力处）变为状态8（活塞在8处）时，气体吸收热量280J,气体的内能增加160J,则下列说

法正确的是（）

A.外界对气体做功I20JB.气体对外界做功I20J

C.外界对气体做功440JD.气体对外界做功440J

题型四：能量守恒定律

10.（2022春•高二课时练习）下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（）

A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加

B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加

C.对物体做功，物体的内能可能减小

D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了

11.（2022春•高二课时练习）在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你

认为其中不巧碰的是（）

A.做功可以改变物体的内能

B.热传递改变物体内能是不同形式的能量的相互转化

C.在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化

D.能量在转移和转化的过程中总会行损耗，但能量的总量总保持不变

12.（2022春•高二课时练习）下列说法中错误的是（）

A.能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化

B.只要有能的转化和转移，就•定遵从能量守恒定律

C.能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器

D.任何•种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，

而能的总量保持不变

题型五：第一类永动机问题

13.（2021秋•高二课时练习）“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（）

A.它不符合机械能守恒定律B.它违背了能量守恒定律

C.没有合理的设计方案D.找不到合适的材料

14.（2022春•高二课时练习）17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰•维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，

在斜坡顶上放•块强有力的磁铁，斜坡上端有•个小孔，斜面下有一个连接小孔宜至底端的弯曲轨道，维尔金斯认

为：如果在斜坡底端放•个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向二运动，当小球运动到小孔。处时，它就

要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端。，由于有速度而可以对外做功，然后乂被磁铁吸引回到上端，到

小孔P处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（)

A.满足能量守恒定律，所以可能实现

B.如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现

C.如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现

D.违背能量转化和守恒定律，不可能实现

15.（2022春•高二课时练习）“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（）

A.它不符合机械能守恒定律

B.它违背r能的转化和守恒定律

C.它做功产生的热不符合热功当量

D.暂时找不到合理的设计方案和理想材料

题型六：理想气体方程和内能的综合问题

16.（2023秋•浙江衢州•高二校联考期末）如图所示，导热良好的气缸用质量不计，横截面积为S的光滑活塞封闭一

定质量的理想气体，活塞下表面与气缸底部之间的距离为人在活塞上放一重物，活塞平衡时下表面距离气缸底部

的高度为:心。已知大气压强为p。，环境温度为重力加速度为g。

（1）求重物的质量：

（2）若缓慢升高气体的温度，求当活塞回到原位置时，气体的温度r：

（3）在第（2）问中，已知气体吸收热量为0,求气体内能的增加量

17.（2022春•河南信阳•高二统考期末）质量为m的理想气体，从状态4开始，经历月8、BC、三个过程又回

到状态4气体的压强与密度的。的关系图像如图所示：48的反向延长线经过坐标原点O，BC、4c分别与纵

轴、横轴平行，已知气体在状态力的压强为外、温度为"，在状态/、。的密度分别为0八Pc，求：

（1）气外在状态8的温度:

(2)从状态。到状态/气体对外做的功。

18.(2022春•山东威海•高二统考期末)圆柱形导热缸用活塞封闭•定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，气缸

顶端有限位装置.<>活塞的横裁面积为S,重力为『，气缸的总长度为/。，大气压强为P”开始时缸内气体的温度

为",活塞静止于离气缸底的距离为g处。现使环境温度缓慢升高，当气体从外界吸收。=驾b的热量后，活塞

上升到离气缸底的距离为年处。活塞及气缸壁的厚度不计，气体的内能与热力学温度成正比，比例系数为〃(未

知)，求：

(I)该过程气体内能的变化量：

(2)k；

(3)当环境温度再次升高，气体继续吸收3。的热量，此时缸内气体的压强。

三：课堂过关精练

一、单选题

19.（2022春•高二课时练习）大约在167（）年，英国赛斯特城的主教约翰•维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图

所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔

金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔尸处时，

它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端0,由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，

到小孔尸处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1S78年,

即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（）

A.符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题

B.如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现

C.如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现

D.违背能量转化和守恒定律，不可能实现

20.（2022春•吉林白城・高二阶段练习）如图是斯特林循环的1〃图像。一定质量的理想气体按图线从状态。经6、c

和d后再回到小图中。氏cd和横轴平行，儿和ad与纵轴平行。下列说法不正确的是（)

Ot

A.从。到力，气体从外界吸收热量

B.从b到c过程中气体对外界做的功，小于从d到a过程中外界对气体做的功

C.从c到d,气体的压强减小，向外放热

D.从d到a，单位体积内的气体分子数目增多

21.（2022春•高二课时练习）“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（）

A.它不符合机械能守恒定律

B.它违背了能量守恒定律

C.它做功产生的热不符合热功当量

D.暂时找不到合理的设计方案和理想材料

22.（2023春•辽宇沈阳•高二校考阶段练习）如图所示为一导热气缸，内封有一定质量理想气体，活塞与气缸壁的接

触面光滑，活塞上方用弹簧悬挂。活塞质量/〃与气缸质量大气压P。，活塞横截面积S均为已知，则缸内压强

为多少：当周围环境温度不变，大气压缓慢增大后，下列说法正确的是（）

A.p「咚,弹簧长度变短

B./%+等，气体内能将增加

c.p°+等，气体向外放出热量

D.%-辔，单位时间碰撞气缸壁单位面积的分子数增加

3

23.（2023春・湖北黄冈•高二靳春县第一高级中学校考阶段练习）某同学将一定质量的理想气体封闭在导热性能良好

的注射器内，注射器通过非常细的导气管与压强传感器相连，将整套装置置于恒温水池中。开始时，活塞位置对应

刻度数为“8”，测得压强为P”活塞缓慢压缩气体的过程中，当发现导气管连接处有气泡产生时，立即进行气密性

4

加固。继续缓慢压缩气体，当活塞位置对应刻度数为“2”时停止压缩，此时压强为§4。则该过程中（）

A.泄漏气体的质量为最初气体质量的：

B.气泡在上升过程中内部气体压强变大

C.在压缩气体的过程中，气体分子的平均动能变大

D.注射器内存留气体的内能不变

24.（2023春•河南三门峡•高二灵宝市第一高级中学校考阶段练习）如图所示的pV图像中力表示一定质

量的理想气体的状态变化过程，latm=1.0：xl（）5pa,则以下说法正确的是（）

A.由状态B到状态C的过程中，外界对气体做了202J的功

B.由状态。到状态力的过程中，气体吸收的热量等于外界对气体做的功

C.气体在4、8两状态时的温度相等，由状态力到状态8的过程中，气体温度一直保持不变

D.由状态力到状态8的过程中，气体从外界吸收的热量大于气体对外界所做的功

25.（2023春•内蒙古赤峰•高二校考阶段练习）一定质量的理想气体，状态从力的变化过程可用如图

所示的夕一〃图线描述，其中0-/1为等温线，气体在状态力时温度为〃=320K,求：

（I）气外在状态C时温度几；

（2）若气体在4-4过程中吸热2000J,则在力一＞4过程中气体内能如何变化？变化了多少？

26.（2023春•江苏盐城•高二江苏省响水中学校考阶段练习）如图所示，一端带有卡口的导热气缸水平放置，一定质

量的理想气体被活塞A封闭在该气缸内，活塞A可沿气缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时活塞A与气缸底的距离

4=9cm,离气缸口的距离a=3cm°已知活塞A的质量〃=2（）kg,横截面积s=100cm?,外界气温为27℃,大气

压强为LOxIoSpa,重力加速度g=10m/s?,活塞厚度不计。现将气缸缓慢地转到开口竖直向上放置，待稳定后对

气缸内气体逐渐加热。

（I）使活塞A缓慢上升到上表面刚好与气缸口相平，求此时缸内气体的热力学温度；

（2）在对缸内气体加热过程中，活塞A缓慢上升到上表面刚好与气缸口相平，缸内气体净吸收。=370J的热量，

求气体增加了多少焦耳的内能；

（3）在（2）问基础上，继续加热，当缸内气体再净吸收&=474.1的热量时，求此时缸内气体的温度和压强。（己

知一定质量的理想气体内能与热力学温度成正比，即：U=kT）

四：高分突破精练

一、单选题

27.（2023秋•新疆哈密・高二校考期末）如图甲所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭了•定质量的理想气体,

初始时气缸开口向上放置.，活塞处于静止状态。现将气缸倒立挂起，稳定后如图乙所示，该过程中缸内气体（）

A.内能增加，外界对气体做正功

B.内能减小，所有分子热运动速率都减小

C.温度降低，速率大的分子数占总分了•数比例减少

D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加

28.（2022春・浙江杭州•高二浙江省杭州第二中学期中）如图所示为某理想气体的〃图，该气体从状态。开始,

经历如图所示的变化过程，先后到达状态力和c下列说法正确的是（）

OV

A.在a—Z）过程中气体对外界做功，吸收热量B.在a-〃过程中气体对外界做功，放出热量

C.在〃TC过程中外界对气体做功，放出热旱D.在人一c过程中外界对气体做功，吸收热量

29.（2022春•江苏苏州•高二统考期末）如图所示，一定质量的理想气体从状态力变化到状态8,该过程中气体内能

增加了I20J,已知状态力气体的温度为150。（3。下列说法正确的是（）

5

fp/10Pa

A.气体在状态8时的温度为30（rc

B.气体在此过程中吸收了200J的热量

C.状态8气体中每个分子动能与状态力相比较或多或少都有所增加

D.状态8时气体单位时间内对容器壁单位面积上碰撞的分子数为状态力时的一半

30.（2021春•湖北武汉•高一.湖北省武昌实验中学校考期中）研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56。（2时,

30分钟就可以灭活。如图所示，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热气缸下部〃内，气缸顶端有一绝热

阀门K,气缸底部接自电热丝E,气缸的总高度/?=90cm。。缸内被封闭气体初始温度。=279，活塞与底部的距

离％=60cm,活塞和气缸间的摩擦不计。若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离

h2=65.4cm,关于上述变化过程，下列说法正确的是（）

A.。气缸中气体对外做的功•定小于其增加的内能

B.稳定后，。气缸内气体温度为5CTC

C.〃气缸中逸出的气体占原方气缸中气体的看

D.稳定后，保持该温度不变再持续30分钟，。气缸内新冠病毒能够被灭活

31.（2022春・吉林•高二校联考期末）一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、be、cd、加四个过程又回到

状态。，其体积V与热力学温度7的关系图像如下图所示，cd的延长线经过坐标原点O,ah,儿分别与纵轴、横轴

垂直，e是Ob与da的交点、,下列说法正确的是（）

A.气体从状态c到状态4是等容变化

B.帅之间某个状态的压强小于状态e的玉强

C.气体从状态方到状态c是气体对外做功同时吸热

D.气体从状态〃到状态“是压强增大

32.（2022春•辽宁•高二校联考期末）有•种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙和图丙是其工作原理

示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上，（如图乙），挤出吸盘内部分空气，然后把锁扣扳下（如图西），使

外界空气不能进入吸盘。由于吸盘内外存在压强差，使吸盘被紧压在墙壁上，挂钩上即可悬挂适量物体。轻质吸盘

导热良好、有效面积为8cm2（不计吸盘和墙壁接触部分的面积），扳下锁扣前密封体积为1.0cm-,压强等于大气压

强为Ixlo'Pa，扳下锁扣后吸盘内体积变为2.0cm，已知吸盘挂钩能够承受竖直向下的最大拉力是其与墙壁间正压

力的2倍，下列说法正确的是（）

甲乙丙

A.扳下锁扣后吸盘内气体压强为Zxl^Pa

B.扳下锁扣后吸盘内气体密度会变大

C.该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过80N

D.此过程中吸盘内的气体要放热

二、多选题

33.（2023春・河北邯郸・高二校考阶段练习）•定量的理想气体从状态M可以经历过程I或者过程2到达状态N,

其/图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换：在过程2中，气体先经历等容变化再经,方等压

变化。而于这两个过程，下列说法正确的是（）

A.气体经历过程1,外界对气体做功

B.气体经历过程1，内能可能增大

气体经历过程2,先放热后吸热

D.气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的一定相同

34.（2022春•内蒙古通辽•高二校考期末）如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右

侧与绝热活塞之间是真空，现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸，待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气

体压回到原来的体枳，假设整个系统不漏气，下列说法正确的是（）

隔板

/活塞

理想

真空

气体

A.气体在被压缩的过程中内能增大

B.在自发扩散过程中，气体对外界做功

气体在被压缩的过程中,外界对气体做功

D.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

35.（2022春・河北沧州•高二任丘市第一中学校考期末）一定量的理想气体从状态。经状态b变化到状态c,其过程

如丁-/图上的两条线段所示，则气体在（）

b

OV

A.状态。处的压强大于状态c处的压强

B.由a变化到A的过程中，气体对外做功

C.由b变化到。的过程中，气体的压强不变

D.由a变化到力的过程中，气体从外界吸热

36.（2021春・广东深圳•高二深圳市宝安中学（集团）校考期中）如图所示，一定质量的理想气体从状态4依次经

过状态8、。和。后再回到状态力。其中，/1->4和。-。为等温过程，BfC和0-4为绝热过程（气体与外

界无热隹交换）。该循环过程中，下列说法正确的是（）

A.4f3过程中，气体的内能不变

B.BfC过程中，气体分子的平均动能增大

C.Cf。过程中，气体分子数密度增大.单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多

D.若气体在If4过程中吸收63kJ的热量，在Cf。过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功

为25kJ

37.（2021春•山东济南•高二山东省实验中学校考期中）一定质量的理想气体，从初始状态a经状态从c、d再回到

a，它的压强〃与热力学温度丁的变化关系如图所示，其中屈和词的延长线过坐标原点，状态a、d的温度相等.下

列判断正确的是（）

A.气体在状态。的体积小于在状态c的体积

B.从状态4到“，气体与外界无热交换

C.从状态8到c,气体吸收的热量大于它对外界做的功

D.从状态〃到从气体吸收的热量大于它增加的内能

38.（2022春•高二课时练习）带有活塞的气缸内封闭•定量的理想气体，其状态变化如图所示。气体开始处于状态

A,由过程力一>27到达状态从其内能减小了&后乂经过程8-C到达状态C。设气体在状态力时的压强、体积和

温度分别为"4、"和TA.在状态B时的体积为VB,状态C时的温度为TC。则下列说法正确的是（：

A.气体在状态8时的温度

B.气体在状态〃时的温度

C.力一＞8过程中，气体放出的热量。=0.式匕-腺）+七

D.过程中，气体放出的热量0=%（1。-匕）-£

三、解答题

39.（2023春•广东广州•高二广州市培正中学校考阶段练习）如图所示，一汽缸竖直放在水平地面上，缸体质量

M=10kg,活塞质量片4kg,活塞横截面积为5=2x10”,活塞上面封闭「一定质量的理想气体，活塞下面与劲度系

数Q2xlO3N/m的竖直轻弹簧相连，汽缸底部有气孔。与外界相通，大气压强p=L0xl05Pa。当汽缸内气体温度为127c

时，弹簧为自然长度，此时活塞距离汽缸顶部的高度为L=20cm,g取10m/s2,汽缸和活塞导热性能均良好，缸体

始终竖直，活塞不漏气且与缸壁无摩擦。

（1）当活塞距离汽缸顶部的高度为£2=24cm时，缸内气体温度为多少？

（2）缸内气体温度上升到7。时，气缸恰好离开地面，则几为多少？

（3）缸内气体温度从7。上升到7H5OOK过程中内能增量AU=5J,求该过程中缸内气体从外界吸收的热量0。

40.（2023春・河北邯郸•高二校考阶段练习）如图所示，卜端开口的导热气缸竖直悬挂在天花板F，缸口内壁有卡环,

卡环与气缸底部间的距离为3—横截面现为S、质量为机的光滑活塞将一定量的理想气体封闭在气缸内，缸内气

4

体温度7=300K,活塞处于静止状态，活塞与气缸底部的距离为《心。现对缸内气体缓慢加热，直至气体的温度

乃=400K,此过程中气体内能增加了AU。已知外界大气压强为手■，重力加速度为g,不计活塞厚度。求

（1）温度达到八时缸内气体的压强p;

（2）温度从7;到乃的过程中缸内气体吸收的热量0。

41.（2021春・湖北武汉•高二湖北省武昌实验中学校考期中）一农户采用肩背式手动喷绻器来喷洒消毒药，其原理如

图所示，储液桶上端进气孔用细软管与带有单向阀门「的打气筒相连，下端出水口用细软管与带阀门匕的喷头相

连。已知储液桶容积P=16.0L,打气筒每打一次能将匕=0.3L的外界空气压入储液桶内。现向储液桶内注入

匕=10.0L的消毒液，拧紧桶盖和喷头开关匕，设大气压强p°=L0atm、喷雾器内外温度均为1=27七，打气过程中

温度保持不变。

（1）某次打气时，将打气筒里的气体全部充入储液桶，需对气体做匹=40J的功，则喷雾器内的空气吸热还是放热？

吸收或放出多少热量。

（2）某次消毒时，打气筒连续打气使储液桶内的气体压强增加到Pi=3.0a1m,停止打气。打开阀门K2,喷雾消毒

后气体压强又降至生=L5atm,上述过程温度不变。求打气筒打气的次数〃和储液桶内剩余消毒液的体积匕。

桶盖

储液桶

42.（2022春・山东临沂•高二统考期末）如图，一竖直放置的气缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，气缸中活塞I和

活塞H之间封闭有一定量的理想气体，两话塞用一轻质弹簧连接。活塞I、II的质量分别为/〃、2m,面积分别为S、

2S,弹簧原长为/,弹簧的劲度系数〃=竿。初始时系统处于平衡状态，此时活塞I、II到气缸两圆筒连接处的

距离相等且弹簧处于压缩状态，两活塞间气体的温度为勾。已知气体的内能与热力学温度的关系为U=活塞

外大气压强为外，g为重力加速度，忽略活塞与缸壁间的摩擦，气缸无漏气，不计弹簧的体积。

（1）求两活塞之间的距离；

（2）缓慢降低两活塞间的气体的温度，求当活塞II刚运动到气缸两圆筒连接处时，活塞间气体的温度。

（3）在活塞上移过程中，气缸内气体放出的热量。。

s

-I

r—g

Q

Q

Q

Q

Q

in

2S

参考答案：

I.A

【详解】一定质量的理想气体，从某一状杰开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，说明整个变化过程内能的

变化为零，根据热力学第•定律可得

△U=%-匕+0「乌=0

可得

因为没有具休的变化过程，所以无法判断附与也的大小关系，也无法判断Q与。2的大小关系，A正确，BCD错误.

故选Ao

2.C

【详解】A.df”体积增大，气体对外做功，又因为温度升高，内能变大，所以气体从外界吸收热量，A1E确，不

符合题意：

B.由于压强不变，体积变大，故相同时间内碰撞容器壁的气体分子数变少，B止确，不符合题意：

C.理想气体状态方程与=C,在过程力TC中为等压变化，故过程8TC中外界对气体做的功为

畋尸/AL=C（7；-7；）

在过程d-a中也为等压变化，故过程“中气体对外界做的功为

%=巴工乙=。（，-4）

根据图像可知

故

股=-%,

即在过程中外界对气体做的功等于在过程中气体对外界做的功.C错误，符合题意；

D.由于在过程Of8fC中气体的平均压强大于过程Cfdf“的平均压强，则在过程a-C中外界对气体做

功大于过程Cfdf”过程中气体对外做功，则经历〃一Cf"一。一次循环，整个过程外界对气体做正功：

回到状态凡温度相同，内能不变，根据热力学第一定律可知整个过程气体放出热量，D正确，不符合题意。

故选C。

3.B

【详解】A.根据pl，图象的面积表示气体做功，得气体在a—b过程中对外界做的功为

L="^x（2匕心）=灯忆

b-c过程中气体对外界做的功为

/=2^£^（3匕-2匕）=]%

所以气体在d过程中对外界做的功等于在b-c过程中对外界做的功，故A错误；

B.气体在“一»6过程中，因为八b两个状态的相等，所以

Ta=Tb

即

△30

根据热力学第一定律

△0=0十卬'

可知，从外界吸收的热量为

。岫=|〃/

气体在〃TC过程中，因为c状态的“夕大于人状态的〃匕所以

Th<Tc

即

△4〉0

根据热力学第一定律

△。=0+%

可知，在b-c过程中从外界吸收的热量为

3

或=△〃•+]Po匕

则有

Qab<Qbc

故B正确：

C.在era过程中，气体等压压缩，温度降低，即

△4<0，%口>0

根据热力学第一定律

△0=。+%

可知，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故C错误；

D.根据上面选项分析，有

Ta=Tb

而一定质量现想气体的内能只与温度有关，所以气体在CT。过程中内能的减少量等于brc过程中内能的增加量,

故D错误。

故选B.

4.C

【详解】A.由题图可知，CT4过程是等容变化，由查理定律可知，气体的压强增大，温度升高，气体又吸热，气

体分子的平均动能增大，气体的密度不变，则有相同时间内撞到单位面枳上的分子数增加，A错误：

B.在图像中，等温过程对应的图线是一条曲线，对同一气体.等温线离坐标轴越远温度越高，因此不

是等温过程，气体温度先升高后降低，B错误：

CD.过程，压强减小体积增大，气体对外做功，由气体做功公式％=可知，p-P图线与坐标轴所围面

积表示做功数值，则有

%=(2+0.5)吗(47)xlO\=375j

b-c过程，是等压变化，体积减小，外界对气体做功，则有

^=0.5xl(rX(4-1)X103J=1.5J

由热力学第一定律可知，气体经过一个循环，内能不变，则有

AU=W+0=-3.75J+1.5J-3.9J+2.IJ+&=0

解得

圆=4.05J

可知过程气体吸热4.05J°c-a过程是等容变化，气体对外不做功，外界对气体也不做功，因此经过一个循环，

气体对外界做的总功为

W=%，-眩.=3.75J-1.5J=2.25J

C正确，D错误。

故选C。

5.C

【详解】A.把充入的气体和原气体作为整体，气体做等温变化，根据玻意耳定律可得

丹(匕+匕)=四匕

解得

Pi=1.2atm

故A错误：

B.温度是平均动能的标志，温度不变，所以分子的平均动能不变，故B错误；

C.充气后封闭气体压强变为1.2atm,大于大气压强，所以打开阀门后，气体膨胀，对外界做功，故C正确；

D.打开阀门后，密封气体对外做功，温度不变，内能不变，则气体从外界吸热，选项D错误。

故选C。

6.C

【详解】ABC.根据理想气体状态方程指=。，可得

3P2匕=4PM

工T2

可得

说明从状态1变化到状态2,气体温度升高，分子平均动能增加，气体内能增加（AU＞。），气体体积变大说明气

体对外做功（力＜0），根据热力学第一定律%可知，由于内能增加，说明气体从外界吸收热量（。＞0）,

故AB错误，C正确：

D.分子平均动能增加，分子撞击器壁的力增大，由于气体压强减小，故可得器壁上单位面积上在单位时间内受分

子撞击的次数减少，故D错误。

故选C。

7.B

【详解】A.初始时，对活塞根据平衡条件有

0S=p0S+mg

解得

故A错误：

B.对气体缓慢加热过程中，气体经历等压变化，根据盖一昌萨克定律有

LS2LS

丁〒

解得

故B正确：

CD.该过程中，气体对外做功为

W=P]SL=nigL+p°SL

根据热力学第一定律可得

AU=Q—W=Q-mgL—pQL

故CD错误。

故选B。

8.D

【详解】A.根据题中图像可得p与P的关系式为

p=-r+io

根据理想气体状态方程可得

TPv(-K+io)r―+⑪

'一。一C~~c~

可以看出气体温度变化图像是一条开口向下的抛物线，气体由状态/I变化至状态8的过程中，温度先升高后降低,

根据热力学第一定律，可知内能先增大后减小，故A错误；

B.根据面积法可知，图像与P轴围成的面积等于气体对外做功的大小，因此气体对外做功为

5

(8+2)X6X10(

W--------------=3XI06J

2

故B错误；

C.根据理想气体状态方程可知力、方两状态下的温度为

丁业=*=7

ACC

因此气体由状态A变化至状态B的内能变化量为0,由热力学第一定律可知

由于AU为零，所以气体对外做功大小与吸收的热量相等，为3x10“J,故C错误：

D.根据A中分析可知，气体的温度变化呈一条开口向下的抛物线，抛物线的对称轴为

K=----=5mJ

(-2)x(7)

所以当气体体积为5n?时气体的温度最大，内能最大，故D正确。

故选D°

9.B

【详解】由题意知

0=28OJ

At/=160J

由热力学第一定律可知

解得

%=-120J

即气体无•外界做功120J,故B正确，ACD错误。

故选B。

10.D

【详解】A.根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，故A正确；

B.某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，故B正确：

C.对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，故C正确：

D.石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。

故选D。

11.B

【详解】A.做功和热传递都可以改变物体的内能，故A说法正确，不符合题意：

B.热传递是不同物体间的内能相互转移，故B说法错误，符合题意；

c.在一定条件卜.各种形式的能量都可以相互转化，故C说法正确，不符合题意：

D.能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存

在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量

损耗了.根据能量守恒定律，自然界中所有能量的总量保持不变，故D说法正确，不符合题意.

故选B.

12.A

【详解】各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且有能的转化和转移，就一定遵从能量

守恒定律，A错误，符合题意，BCD正确，不符合题意。

13.B

【详解】第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律。

故选Bo

14.D

【详解】维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使

铁球增加了机械能：但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，

可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。

故选D.

15.B

【详解】第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B正确，ACD错误。

故选Bo

16.（1）〃7=色：（2）r=[j：（3）=

【详解】（1）放重物后，气体压强

p=p<>+—

气体做等温变化

PJS=冷S

联立解得

姬

w=2-2—

3g

（2）缓慢升高气体温度，活塞缓慢上升，气体做等压变化

*=竺

7；T

解得

4

（3）气外等压变化过程中，对外界做功

%=PS；A=(自+〃?g)+A

根据△（7=（?+%可得

40=。一（为+"取）、£

将m代入得

△U=。-

PCPA

【详解】（I）由密度的定义可知

m

p=­

V

结合理想气体状态方程

匕C

可得

CT

P=一P

m

因此P-。关系图像的本质是关系图像，而对一定质量的理想气体，当丁是定值时，夕一。关系图像是经过坐

标原点的倾斜直线，则气体从状态4到状态8做等温变化，气体在状态8的温度为〃二1

(2)由

可得

PAPC

气体从状态C到状态A对外做的功力

匕=P。化-七）

综合可得

呐（々一幺）