第5講熱力學(xué)定律與能量守恒定律如圖所示,密封的礦泉水瓶中,距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中,小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶,小瓶下沉到底部;松開后,小瓶緩慢上浮。試分析:(1)上浮過程中,小瓶內(nèi)氣體的溫度、壓強(qiáng)和體積怎么變化?(2)上浮過程中,小瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能如何變化?是吸熱還是放熱?(3)上浮過程中,小瓶內(nèi)氣體增加的內(nèi)能和吸收的熱量誰多?1.(2024·北京卷,3)一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢上浮,將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體,且氣體分子個數(shù)不變,外界大氣壓不變。在上浮過程中氣泡內(nèi)氣體()[A]內(nèi)能變大 [B]壓強(qiáng)變大[C]體積不變 [D]從水中吸熱【答案】D2.(2024·山西太原期末)如圖所示為冰箱工作原理示意圖。制冷劑在蒸發(fā)器中汽化吸收冰箱內(nèi)的熱量,經(jīng)過冷凝器時液化,放出熱量到冰箱外。下列選項(xiàng)正確的是()[A]熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外[B]冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律[C]冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第二定律[D]冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地從冰箱內(nèi)向冰箱外傳遞熱量,但同時消耗了電能【答案】D【答案】熱量Q+W吸收放出增加減少產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移普遍能量守恒定律自發(fā)地單一熱庫完全不產(chǎn)生總量下降熱力學(xué)第二定律考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律能量守恒定律1.對做功、傳熱、內(nèi)能變化的理解(1)做功情況看氣體的體積,體積增大,氣體對外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對氣體做功,W為正。(2)與外界絕熱,則不發(fā)生傳熱,此時Q=0。(3)如果研究對象是理想氣體,因理想氣體忽略分子勢能,所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時,體現(xiàn)在分子動能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。2.熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況(1)若過程是絕熱的,則Q=0,W=ΔU,外界(物體)對物體(外界)做的功等于物體內(nèi)能的增加(減少)。(2)若過程中不做功,即W=0,則Q=ΔU,物體吸收(放出)的熱量等于物體內(nèi)能的增加(減少)。(3)若在過程的初、末狀態(tài),物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W+Q=0或W=-Q,外界(物體)對物體(外界)做的功等于物體放出(吸收)的熱量。[例1]【對熱力學(xué)第一定律的理解】(2024·山東卷,6)一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程,a→b過程是等壓過程,b→c過程中氣體與外界無熱量交換,c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是()[A]a→b過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功[B]b→c過程,氣體對外做功,內(nèi)能增加[C]a→b→c過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功[D]a→b過程氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量【答案】C【解析】a→b過程壓強(qiáng)不變且體積增大,氣體對外做功,Wab<0,由蓋-呂薩克定律可知Tb>Ta,即內(nèi)能增大,ΔUab>0,根據(jù)ΔU=Q+W可知,a→b過程,氣體從外界吸收的熱量一部分用于對外做功,另一部分用于增加內(nèi)能,A錯誤;b→c過程中氣體與外界無熱量交換,即Qbc=0,又由氣體體積增大可知Wbc<0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知?dú)怏w內(nèi)能減少,故B錯誤;c→a過程為等溫過程,Tc=Ta,ΔUac=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知a→b→c過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功,C正確;a→b→c→a整個熱力學(xué)循環(huán)過程ΔU=0,整個過程氣體對外做功,W<0,故a→b過程氣體從外界吸收的熱量不等于c→a過程放出的熱量,D錯誤。[例2]【公式ΔU=W+Q的應(yīng)用】(2024·貴州卷,13)制作水火箭是青少年科技活動的常見項(xiàng)目之一。某研究小組為了探究水火箭在充氣與噴水過程中氣體的熱學(xué)規(guī)律,把水火箭的塑料容器豎直固定,其中A、C分別是塑料容器的充氣口、噴水口,B是氣壓計(jì),如圖甲所示。在室溫環(huán)境下,容器內(nèi)裝入一定質(zhì)量的水,此時容器內(nèi)的氣體體積為V0,壓強(qiáng)為p0,現(xiàn)緩慢充氣后壓強(qiáng)變?yōu)?p0,不計(jì)容器的容積變化。(1)設(shè)充氣過程中氣體溫度不變,求充入的氣體在該室溫環(huán)境下壓強(qiáng)為p0時的體積;(2)打開噴水口閥門,噴出一部分水后關(guān)閉閥門,容器內(nèi)氣體從狀態(tài)M變化到狀態(tài)N,其壓強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系如圖乙中實(shí)線所示,已知?dú)怏w在狀態(tài)N時的體積為V1,壓強(qiáng)為p1。求氣體在狀態(tài)N與狀態(tài)M時的熱力學(xué)溫度之比;(3)圖乙中虛線MN′是容器內(nèi)氣體在絕熱(既不吸熱也不放熱)條件下壓強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系圖線,試判斷氣體在圖乙中沿實(shí)線從M到N的過程是吸熱還是放熱。(不需要說明理由)【答案】(1)3V0(2)p1V14p【解析】(1)充氣后氣體的壓強(qiáng)為4p0,體積為V0,充氣過程中溫度不變,設(shè)其在室溫狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)為p0時的體積為V,由玻意耳定律有4p0V0=p0V,解得V=4V0。則充入的氣體在室溫狀態(tài)下壓強(qiáng)為p0時的體積為4V0-V0=3V0。(2)容器內(nèi)氣體由狀態(tài)M到狀態(tài)N的過程中,氣體質(zhì)量不變,由理想氣體狀態(tài)方程有4p0V0T0=p(3)由理想氣體狀態(tài)變化中p-V圖像可知,氣體對外做功WMN>WMN′,且TN>TN′,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知MN′情形中不吸熱且內(nèi)能降低多,MN情形中內(nèi)能降低少,可知該過程吸熱。[例3]【能量守恒定律的應(yīng)用】(2025·云南高考適應(yīng)性考試)如圖所示,一導(dǎo)熱性能良好的圓柱形金屬汽缸豎直放置。用活塞封閉一定量的氣體(可視為理想氣體),活塞可無摩擦上下移動且汽缸不漏氣。初始時活塞靜止,其到汽缸底部距離為h。環(huán)境溫度保持不變,將一質(zhì)量為M的物體輕放到活塞上,經(jīng)過足夠長的時間,活塞再次靜止。已知活塞質(zhì)量為m、橫截面積為S,大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g,忽略活塞厚度。求:(1)初始時,缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng);(2)缸內(nèi)氣體最終的壓強(qiáng)及活塞下降的高度;(3)該過程缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量及外界對其所做的功。【答案】(1)p0+mg(2)p0+(M+(3)變化量為零Mgh【解析】(1)初始時,缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p=p0+mgS(2)缸內(nèi)氣體最終的壓強(qiáng)p′=p0+(M由玻意耳定律可得pSh=p′Sh′,Δh=h-h′,代入數(shù)據(jù)可得Δh=Mghp(3)因?yàn)闅怏w可視為理想氣體,且該過程缸內(nèi)氣體初、末溫度相等,故氣體內(nèi)能變化量為零;外界對其所做的功為W=[p0+(M+m)gS即W=Mgh?？键c(diǎn)二熱力學(xué)第二定律1.對熱力學(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。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是指發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對周圍環(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,都揭示了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。[例4]【對熱力學(xué)第二定律的理解】(2025·安徽馬鞍山練習(xí))利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖,一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中,然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn),分子熱運(yùn)動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位,而分子熱運(yùn)動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達(dá)分離擋板處時,中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向,從A端流出,邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是()[A]A端流出的氣體分子熱運(yùn)動平均速率一定大于B端[B]A端流出氣體的內(nèi)能一定小于B端流出氣體的內(nèi)能[C]該裝置氣體進(jìn)出的過程滿足能量守恒定律,但違背了熱力學(xué)第二定律[D]該裝置氣體進(jìn)出的過程既滿足能量守恒定律,也滿足熱力學(xué)第二定律【答案】D【解析】由于中心部位為熱運(yùn)動速率較低的氣體,與擋板作用后反彈,從A端流出,而邊緣部分熱運(yùn)動速率較高的氣體從B端流出;同種氣體分子平均熱運(yùn)動速率較大時對應(yīng)的溫度也較高,所以A端為冷端、B端為熱端,所以從A端流出的氣體比從B端流出的氣體分子熱運(yùn)動平均速度小,對應(yīng)的平均動能也小,但內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關(guān),不能得出從A端流出氣體的內(nèi)能一定小于從B端流出氣體的內(nèi)能,故A、B錯誤;該裝置將冷熱不均氣體進(jìn)行分離,是通過高壓利用外界做功而實(shí)現(xiàn)的,并非是自發(fā)進(jìn)行的,沒有違背熱力學(xué)第二定律;溫度較低氣體從A端流出、較高氣體從B端流出,并不違背能量守恒定律,故C錯誤,D正確。[例5]【兩類永動機(jī)】關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律,下列說法正確的是()[A]第二類永動機(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,但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能[D]日常生活中會遇到熱量從低溫物體傳向高溫物體或從單一熱庫吸收熱量,完全變成功的現(xiàn)象,并不違背熱力學(xué)第二定律【答案】D【解析】第一類永動機(jī)違反能量守恒定律,第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律,故A、B錯誤;由熱力學(xué)第一定律可知W≠0,Q≠0,但ΔU=W+Q可以等于0,故C錯誤;日常見到的熱量從低溫物體傳向高溫物體或從單一熱庫吸收熱量完全變成功的現(xiàn)象,一定會引起其他變化,故D正確。考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)用1.在某一過程中,氣體的p、V、T的變化可由圖像直接判斷或結(jié)合氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體狀態(tài)方程分析。2.在p-V圖像中,圖像與橫軸所圍面積表示氣體對外界或外界對氣體所做的功。[例6]【熱力學(xué)第一定律與p-V圖像】(2024·新課標(biāo)卷,21)(多選)如圖,一定量理想氣體的循環(huán)由下面4個過程組成:1→2為絕熱過程(過程中氣體不與外界交換熱量),2→3為等壓過程,3→4為絕熱過程,4→1為等容過程。上述四個過程是四沖程柴油機(jī)工作循環(huán)的主要過程。下列說法正確的是()[A]1→2過程中,氣體內(nèi)能增加[B]2→3過程中,氣體向外放熱[C]3→4過程中,氣體內(nèi)能不變[D]4→1過程中,氣體向外放熱【答案】AD【解析】1→2為絕熱過程,Q=0,此時氣體體積減小,外界對氣體做功,W>0,根據(jù)ΔU=Q+W可知,內(nèi)能增加,故A正確;2→3為等壓過程,根據(jù)蓋-呂薩克定律可知?dú)怏w體積增大時溫度增加,內(nèi)能增大,ΔU>0,此時氣體對外界做功,W<0,根據(jù)ΔU=Q+W可知,Q>0,即氣體吸收熱量,故B錯誤;3→4為絕熱過程,Q=0,此時氣體體積增大,氣體對外界做功,W<0,故ΔU<0,氣體內(nèi)能減小,故C錯誤;4→1為等容過程,根據(jù)查理定律可知壓強(qiáng)減小時溫度降低,故內(nèi)能減小,由于體積不變,W=0,故可知?dú)怏w向外放熱,故D正確。[例7]【熱力學(xué)第一定律與V-T圖像】(2024·海南卷,11)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài),已知ab垂直于T軸,bc延長線過O點(diǎn),下列說法正確的是()[A]bc過程外界對氣體做功[B]ca過程氣體壓強(qiáng)不變[C]ab過程氣體放出熱量[D]ca過程氣體內(nèi)能減小【答案】AC【解析】在氣體的V-T圖像中,圖線中任一點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率越大,表示氣體的壓強(qiáng)越小,由題圖可知pa<pb=pc,bc過程為等壓變化,體積減小,外界對氣體做功,A正確;ca過程,氣體的壓強(qiáng)逐漸變小,B錯誤;已知ab垂直于T軸,說明ab過程為等溫過程,氣體溫度保持不變,內(nèi)能不變,則ΔU=0,氣體的體積減小,外界對氣體做功,則W>0,根據(jù)ΔU=Q+W可知Q<0,所以ab過程氣體放出熱量,C正確;ca過程,氣體溫度升高,內(nèi)能增大,D錯誤。考點(diǎn)四熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用解決熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的思維流程[例8]【“缸體”類問題的應(yīng)用】(2024·湖北卷,13)如圖所示,在豎直放置、開口向上的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分理想氣體,活塞橫截面積為S,能無摩擦地滑動。初始時容器內(nèi)氣體的溫度為T0,氣柱的高度為h。當(dāng)容器內(nèi)氣體從外界吸收一定熱量后,活塞緩慢上升15h再次平衡。已知容器內(nèi)氣體內(nèi)能變化量ΔU與溫度變化量ΔT的關(guān)系式為ΔU=CΔT,C為已知常數(shù),大氣壓強(qiáng)恒為p0,重力加速度大小為g,所有溫度為熱力學(xué)溫度。求(1)再次平衡時容器內(nèi)氣體的溫度。(2)此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量。【答案】(1)65T0(2)15CT0+15h(p0S【解析】(1)由題意知?dú)怏w進(jìn)行等壓變化,根據(jù)蓋-呂薩克定律得V0T0即hST0=(h+15h)S(2)此過程中氣體內(nèi)能增加ΔU=CΔT=15CT0外界對氣體做功W=-pSΔh=-15h(p0S+mg由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,得此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量Q=ΔU-W=15CT0+15h(p0S+mg[例9]【“液封”類問題中的應(yīng)用】(2024·浙江6月選考卷,17)如圖所示,測定一個形狀不規(guī)則小塊固體體積,將此小塊固體放入已知容積為V0的導(dǎo)熱效果良好的容器中,開口處豎直插入兩端開口的薄玻璃管,其橫截面積為S,接口用蠟密封。容器內(nèi)充入一定質(zhì)量的理想氣體,并用質(zhì)量為m的活塞封閉,活塞能無摩擦滑動,穩(wěn)定后測出氣柱長度為l1,將此容器放入熱水中,活塞緩慢豎直向上移動,再次穩(wěn)定后氣柱長度為l2、溫度為T2。已知S=4.0×10-4m2,m=0.1kg,l1=0.2m,l2=0.3m,T2=350K,V0=2.0×10-4m3,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,環(huán)境溫度T1=300K。(1)在此過程中器壁單位面積所受氣體分子的平均作用力(選填“變大”“變小”或“不變”),氣體分子的數(shù)密度(選填“變大”“變小”或“不變”);

(2)求此不規(guī)則小塊固體的體積V;(3)若此過程中氣體內(nèi)能增加10.3J,求吸收熱量Q。【答案】(1)不變變小(2)4×10-5m3(3)14.4J【解析】(1)溫度升高后,活塞緩慢上升,活塞處于平衡狀態(tài),故封閉氣體的壓強(qiáng)不變,根據(jù)p=FS可知器壁單位面積所受氣體分子的平均作用力不變;由于體積變大,(2)氣體發(fā)生等壓變化,根據(jù)蓋-呂薩克定律得V0-V解得V=4×10-5m3。(3)整個過程中外界對氣體做功為W=-p1S(l2-l1),對活塞受力分析p1S=mg+p0S,解得W=-4.1J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,其中ΔU=10.3J,解得Q=14.4J,故氣體吸收熱量為14.4J。(滿分:70分)對點(diǎn)1.熱力學(xué)第一、第二定律能量守恒定律1.(4分)(2025·四川高考適應(yīng)性考試)某同學(xué)制作了一個小型噴泉裝置,如圖甲所示,兩個瓶子均用瓶塞密閉,兩瓶用彎管連通,左瓶插有兩端開口的直管。左瓶裝滿水,右瓶充滿空氣。用沸水澆右瓶時,左瓶直管有水噴出,如圖乙所示,水噴出的過程中,裝置內(nèi)的氣體()[A]內(nèi)能比澆水前大[B]壓強(qiáng)與澆水前相等[C]所有分子的動能都比澆水前大[D]對水做的功等于水重力勢能的增量【答案】A【解析】用沸水澆右瓶時,裝置內(nèi)氣體的溫度升高,所以內(nèi)能增大,故A正確;水能噴出的原因是裝置內(nèi)氣體溫度升高,壓強(qiáng)增大,故B錯誤;裝置內(nèi)氣體的溫度升高,氣體分子的平均動能增大,但并不是所有分子的動能都增大,故C錯誤;水噴出時有動能,故瓶內(nèi)氣體對水做的功等于水動能的增量和重力勢能增量之和,故D錯誤。2.(6分)(2024·云南紅河期末)(多選)地球上有很多的海水,它的總質(zhì)量約為1.4×1018t,如果這些海水的溫度降低0.1℃,將要放出5.8×1023J的熱量。有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量,使它完全變成機(jī)械能來解決能源危機(jī),但這種機(jī)器是不能制成的,關(guān)于其原因,下列說法正確的是()[A]內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能[B]內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿足熱力學(xué)第一定律[C]只從單一熱庫吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)械不滿足熱力學(xué)第二定律[D]機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,同時不引起其他變化【答案】CD【解析】內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,如熱機(jī),故A錯誤;內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程滿足熱力學(xué)第一定律,也可以說符合能量守恒定律,故B錯誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化,故C、D正確。3.(13分)(2025·湖南長沙模擬)暴雨天氣時,路面水井蓋因排氣孔(如圖甲)堵塞可能會造成井蓋移位而存在安全隱患。如圖乙所示,水位以50mm/h的速度上漲,質(zhì)量為m=36kg的某井蓋排氣孔被堵塞且與地面不粘連,圓柱形豎直井內(nèi)水面面積為S=0.4m2,水位與井蓋之間的距離為h=2.018m時開始計(jì)時,此時井內(nèi)密封空氣的壓強(qiáng)恰好等于大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,空氣視為理想氣體,溫度始終不變,g取10m/s2。(1)若在井蓋被頂起前該氣體放出650J的熱量,求氣體對外界做的功;(2)求從圖乙所示位置時刻起,水井蓋被頂起所需要的時間?！敬鸢浮?1)-650J(2)0.36h【解析】(1)空氣溫度始終不變,內(nèi)能保持不變,即ΔU=0,在井蓋被頂起前該氣體放出650J的熱量,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,有W=ΔU-Q=-Q=650J,可知?dú)怏w對外界做的功為-650J。(2)井蓋剛好被頂起時有pS=p0S+mg,解得p=1.009×105Pa,氣體做等溫變化,有p0hS=pHS,解得H=2m,水位上漲速度v=50mm/h=0.05m/h,水井蓋被頂起所需的時間為t=ΔHv=h-對點(diǎn)2.熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)用4.(4分)(2025·安徽蕪湖模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,先經(jīng)等溫變化到狀態(tài)b,再經(jīng)等容變化到狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓變化到狀態(tài)a。則()[A]a→b過程,氣體向外界放熱[B]b→c過程,氣體從外界吸熱[C]c→a過程,氣體內(nèi)能增大[D]經(jīng)過一個循環(huán)氣體做功為0【答案】B【解析】a→b過程氣體溫度不變,則內(nèi)能不變,體積增大,對外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,可知?dú)怏w吸熱,A錯誤;b→c過程,體積不變,壓強(qiáng)增大,根據(jù)查理定律,可知溫度升高,則內(nèi)能增加,即ΔU>0,而W=0,則Q=ΔU,說明氣體吸熱,故B正確;c→a過程中壓強(qiáng)不變,體積減小,根據(jù)蓋-呂薩克定律,可知?dú)怏w溫度降低,則內(nèi)能減小,故C錯誤;在p-V圖像中,圖線與V軸所圍面積表示氣體做的功,可知,經(jīng)過一個循環(huán),其間所圍面積等于外界對氣體做的功,故D錯誤。5.(6分)(2025·甘肅白銀模擬)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個過程,其中ba的延長線通過坐標(biāo)原點(diǎn),氣體a、b、c、d四個狀態(tài)的壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系如圖所示,則()[A]氣體在cd過程中體積減小[B]氣體在bc過程中內(nèi)能不變[C]氣體在ab過程和cd過程中內(nèi)能變化量絕對值相等[D]氣體在ab過程中吸收的熱量大于內(nèi)能變化量【答案】ABC【解析】因ba的延長線通過坐標(biāo)原點(diǎn),氣體做等容變化,即Va=Vb,根據(jù)查理定律,可知T2=2T1;氣體在bc與da過程溫度不變,根據(jù)玻意耳定律,有2p0Vb=3p0Vc,2p0Vd=p0Va,聯(lián)立解得Va∶Vb∶Vc∶Vd=6∶6∶4∶3,即Vc>Vd,故A正確;bc過程中溫度不變,內(nèi)能不變,故B正確;氣體在ab過程中溫度變化量等于cd過程中溫度變化量,則氣體在ab過程中內(nèi)能的增加量等于cd過程中內(nèi)能的減少量,故C正確;氣體在ab過程中體積不變,則Wab=0,吸收的熱量Qab=ΔUab,即氣體在ab過程中吸收的熱量等于內(nèi)能變化量,故D錯誤。對點(diǎn)3.熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用6.(4分)(2025·內(nèi)蒙古高考適應(yīng)性考試)如圖,一絕熱汽缸中理想氣體被輕彈簧連接的絕熱活塞分成a、b兩部分,活塞與缸壁間密封良好且沒有摩擦。初始時活塞靜止,緩慢倒置汽缸后()[A]a的壓強(qiáng)減小[B]b的溫度降低[C]b的所有分子速率均減小[D]彈簧的彈力一定增大【答案】B【解析】初始時活塞靜止,緩慢倒置汽缸后,a部分氣體體積減小,b部分氣體體積增大,故a的壓強(qiáng)增大,b的壓強(qiáng)減小,由于是絕熱汽缸和絕熱活塞,則Q=0,外界對a部分氣體做正功,則Wa>0,b部分氣體對外界做功,則Wb<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可得ΔUa>0,ΔUb<0,則a的溫度升高,b的溫度降低,b的氣體分子的平均速率減小,但并不是所有分子速率均減小,故A、C錯誤,B正確;由于不知初始狀態(tài),即a、b兩部分氣體的壓強(qiáng)以及彈簧處于哪種狀態(tài),所以無法判斷倒置汽缸后彈簧的彈力如何變化,D錯誤。7.(13分)(2025·湖南株洲開學(xué)考)如圖所示,一導(dǎo)熱性能良好帶一小孔的球形容器內(nèi)部不規(guī)則,某興趣小組為了測量它的容積,在容器上豎直插入一根兩端開口的粗細(xì)合適的長玻璃管,接口密封,玻璃管內(nèi)部橫截面積S=0.2cm2,用一長為h=15cm的水銀柱封閉了一定質(zhì)量的氣體,開始時其下方玻璃管內(nèi)空氣柱的長度l1=10cm,此時外界溫度t1=27℃?，F(xiàn)把容器浸在77℃的熱水中,水銀柱緩慢上升30cm后穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)為大氣壓沒有變化,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,水銀密度為13.6×103kg/m3。(1)容器的容積為多少?(2)若實(shí)驗(yàn)過程中管內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了1.5J。判斷氣體是從外界吸收熱量還是向外界放出熱量,并計(jì)算熱量的大小?！敬鸢浮?1)34cm3(2)氣體從外界吸收熱量2.22J【解析】(1)設(shè)容器的容積為V,封閉氣體等壓膨脹,升溫前溫度為T1=(27+273)K=300K,升溫后T2=(77+273)K=350K,根據(jù)蓋-呂薩克定律有V+l1其中l(wèi)2=l1+30cm=40cm,聯(lián)立解得V=34cm3。(2)氣體壓強(qiáng)為p=p0+ρgh≈1.2×105Pa,氣體等壓膨脹,外界對氣體做功為W=-p(l2-l1)S=-0.72J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可得Q=2.22J,氣體從外界吸收熱量。8.(4分)(2025·安徽階段練習(xí))如圖甲所示,圓柱形絕熱汽缸的上部有小擋板C,可以阻止活塞滑離汽缸,厚度不計(jì)的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi),初始時活塞離底部高度為擋板到底部高度的34?，F(xiàn)用電阻絲緩慢加熱封閉氣體,圖乙是它從初始狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V-T圖像。已知AB的反向延長線通過坐標(biāo)原點(diǎn),氣體在A點(diǎn)的壓強(qiáng)為p=1.5×105Pa,從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,氣體吸收的熱量為Q=5.6×102J,不計(jì)電阻絲的體積。下列說法正確的是([A]氣體在狀態(tài)B的體積為8