[課下鞏固精練卷(三十九)]熱力學(xué)定律與能量守恒定律

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(選擇題每題5分，解答題每題10分，建議用時：50分鐘)

考點(diǎn)基礎(chǔ)題綜合題

熱力學(xué)第一定律的理解2，37

熱力學(xué)第二定律的理解1，2—

熱力學(xué)第一定律與圖像綜合4，56

熱力學(xué)第一定律與

—8，9，10

氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合

【基礎(chǔ)落實(shí)練】

1．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．由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱源吸收熱量，完全變成功是可能的

解析：選D。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ΔU＝W＋Q，可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改

變內(nèi)能，同時做功和熱傳遞也不一定會改變內(nèi)能，故C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知從單

一熱源吸收熱量，完全變成功是可能的，但會引起其他變化，故D正確。

2．氣閘艙是載人航天器中供航天員進(jìn)入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理如

圖所示。座艙M與氣閘艙N之間裝有閥門K，座艙M中充滿空氣，氣閘艙N內(nèi)為真空。

航天員從太空返回氣閘艙N后，打開閥門K，M中的氣體進(jìn)入N中，最終達(dá)到平衡。此過

程中氣體與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是()

A．氣體體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減小

B．氣體對外不做功，氣體內(nèi)能不變

C.氣體溫度降低，體積增大，壓強(qiáng)減小

D．N中氣體可以自發(fā)地全部退回到M中

解析：選B。由于氣閘艙N內(nèi)為真空，所以氣體在膨脹過程中不會對外做功，又系統(tǒng)

與外界沒有熱交換，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體內(nèi)能不變，對于一定質(zhì)量的

理想氣體內(nèi)能不變，則溫度不變，由pV＝C且氣體體積增大可知，氣體壓強(qiáng)減小，故B正

確，A、C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀變化都是不可逆的，

故N中氣體不可能自發(fā)地全部退回到M中，D錯誤。

3．如圖所示，汽缸和活塞與外界均無熱交換，汽缸中間有一個固定的導(dǎo)熱性良好的隔

板，封閉著兩部分氣體A和B，活塞處于靜止平衡狀態(tài)?，F(xiàn)通過電熱絲對氣體A加熱一段

時間，后來活塞達(dá)到新的平衡。不計氣體分子勢能，不計活塞與汽缸壁間的摩擦，大氣壓強(qiáng)

保持不變。下列判斷正確的是()

A．氣體A吸收的熱量小于內(nèi)能的增加量

B．氣體B吸收的熱量的數(shù)值大于對外做功的絕對值

C．氣體A分子的平均動能不變

D．氣體B內(nèi)每個分子的動能都增大

解析：選B。氣體A等容變化W＝0，溫度升高，內(nèi)能增加，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知ΔU

＝Q，所以氣體A吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量，故A錯誤；氣體B做等壓變化，溫度升

高，則體積增大，氣體對外做功，W<0，溫度升高內(nèi)能增加，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知，氣體B

吸收的熱量的數(shù)值大于對外做功的絕對值，故B正確；氣體A溫度升高，氣體分子的平均

動能增大，故C錯誤；溫度是平均動能的標(biāo)志，但并不表示每一個分子動能都增大，可能

有的氣體分子的動能還會減小，故D錯誤。

4．(2023·廣東梅州高三期末)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，由A狀態(tài)經(jīng)歷兩個不同

的變化過程到C狀態(tài)(A→C，A→B→C)且A、C處于同一條等溫線上，以下說法正確的是

()

A．A→C過程氣體吸收的熱量大于對外做的功

B．A→C的過程中，氣體分子的平均動能減小

C．氣體在A狀態(tài)的內(nèi)能等于在C狀態(tài)的內(nèi)能

D．A→C過程氣體吸收的熱量等于A→B→C過程氣體吸收的熱量

解析：選C。A→C的過程中，由熱力學(xué)第一定律有ΔUAC＝QAC＋WAC，由于A、C處于

同一條等溫線上，所以TA＝TC，可得ΔUAC＝0，由A到C氣體體積增大得WAC<0，可得QAC>0，

QAC＝|WAC|，此過程中氣體吸收的熱量等于對外做的功，而氣體處于A狀態(tài)和C狀態(tài)時，其

溫度相同，內(nèi)能相同，故A錯誤，C正確；根據(jù)A→C的過程中等溫線的變化可知，氣體溫

度先升高后降低，則氣體分子的平均動能先增大后減小，故B錯誤；A→B→C過程，有ΔUABC

＝QABC＋WABC，ΔUABC＝0，QABC＝|WABC|，由p-V圖像下方的面積代表功可知|WABC|>|WAC|，

得到QABC>QAC，故D錯誤。

5．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從圖中A狀態(tài)開始，經(jīng)歷了B、C狀態(tài)，最后到

D狀態(tài)，AB的反向延長線過O點(diǎn)，BC和DA連線與橫軸平行，CD與縱軸平行，則下列判

斷正確的是()

A．A→B過程，氣體放出熱量

B．B→C過程，氣體體積增大

C．C→D過程，氣體壓強(qiáng)減小的原因是氣體分子數(shù)密度減小

D．整個過程，氣體對外做的功大于外界對氣體做的功

解析：

選C。A→B過程為等容變化過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可

知，氣體一定吸收熱量，故A錯誤；B→C過程為等壓過程，溫度降低，根據(jù)理想氣體狀態(tài)

方程可知，氣體體積減小，故B錯誤；C→D過程為等溫過程，氣體壓強(qiáng)減小，體積增大，

由于分子平均動能不變，因此壓強(qiáng)減小的原因是氣體分子數(shù)密度減小，故C正確；作出氣

體狀態(tài)變化對應(yīng)的p-V圖像，p-V圖像與V軸圍成的面積代表功，B→C過程外界對氣體做

功，C→D過程氣體對外做功，可以確定整個過程氣體對外做的功小于外界對氣體做的功，

故D錯誤。

【綜合提升練】

6．(多選)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了a→b→c→d→a的變化過程，其狀態(tài)變化過程的p

11

-圖像如圖所示，ab平行于軸，ad平行于p軸，dc的延長線過原點(diǎn)O。下列說法正確

VV

的是()

A．a(chǎn)→b過程中氣體的溫度升高

B．b→c過程中氣體向外界放出熱量

C．c→d過程中氣體從外界吸收熱量

D．d→a過程中，氣體分子在單位時間內(nèi)撞擊容器壁上單位面積的平均次數(shù)減少

V

解析：選AD。a→b過程中氣體做等壓變化，根據(jù)蓋-呂薩克定律＝C可知，體積增

T

p

大，溫度升高，A項(xiàng)正確；b→c過程中氣體做等容變化，根據(jù)查理定律＝C可知，壓強(qiáng)

T

增大，氣體溫度升高，則內(nèi)能增大，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，因氣體不做

功，內(nèi)能增大，則氣體從外界吸熱，B項(xiàng)錯誤；c→d過程中氣體做等溫變化，溫度不變，

內(nèi)能不變，體積減小，則外界對氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體向

p

外界放出熱量，C項(xiàng)錯誤；d→a過程中氣體做等容變化，根據(jù)查理定律＝C可知，壓強(qiáng)

T

減小，氣體溫度降低，分子的平均速度減小，從微觀角度可知?dú)怏w分子在單位時間內(nèi)撞擊容

器壁上單位面積的平均次數(shù)減少，D項(xiàng)正確。

7．(多選)如圖甲所示，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時間內(nèi)移動的距離為

0.1m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相等于2×103N的恒力使活塞移動

相同距離所做的功，如圖乙所示。內(nèi)燃機(jī)工作時汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體

傳遞給汽缸的熱量為30J。燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1m，其做

的功相當(dāng)于9×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功，如圖丙所示，該做功沖程氣體

傳遞給汽缸的熱量為30J。下列說法正確的是()

A．壓縮沖程氣體內(nèi)能的變化量為230J

B．壓縮沖程氣體內(nèi)能的變化量為170J

C．做功沖程氣體內(nèi)能的變化量為－930J

D．做功沖程氣體內(nèi)能的變化量為－900J

3

解析：選BC。壓縮過程活塞對氣體做的功W1＝F1l1＝2×10×0.1J＝200J，氣體內(nèi)能

的變化量ΔU1＝W1＋Q1＝200J－30J＝170J，即壓縮沖程氣體內(nèi)能的變化量為170J，故B

3

正確，A錯誤；氣體膨脹過程中外界對氣體所做的功W2＝F2l2＝－9×10×0.1J＝－900J，

氣體內(nèi)能的變化量ΔU2＝W2＋Q2＝－900J－30J＝－930J，做功沖程氣體內(nèi)能的變化量為－

930J，故C正確，D錯誤。

8．(10分)(2023·廣東高考)在駐波聲場作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(qiáng)會發(fā)生周期

性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收

縮過程可簡化為如圖所示的p-V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為p0、體積為V0、溫度為T0的

狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、

壓強(qiáng)為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C過程中外界對氣體做功為W。已知p0、V0、T0

和W，求：

(1)pB的表達(dá)式；(3分)

(2)TC的表達(dá)式；(3分)

(3)B到C過程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能的變化量。(4分)

解析：(1)由題可知，根據(jù)玻意耳定律可得

pAVA＝pBVB

1

解得pB＝p0。

5

(2)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知

pBVB＝pCVC

TBTC

解得TC＝1.9T0。

(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知

ΔU＝W＋Q，其中Q＝0

故氣體內(nèi)能增加ΔU＝W。

1

答案：(1)p0(2)1.9T0(3)W

5

9．(10分)(2023·河南開封高三一模)如圖1，汽缸由兩個橫截面不同的圓筒連接而成，

活塞A、B被輕質(zhì)剛性細(xì)桿連接在一起，可無摩擦移動，A、B的質(zhì)量分別為mA＝12.0kg，

－22－22

mB＝8.0kg，橫截面積分別為SA＝2.8×10m，SB＝2.0×10m，一定質(zhì)量的理想氣體被

5

封閉在兩活塞之間，活塞外側(cè)大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×10Pa。已知此時氣體的體積V1＝2.0×10

－2m3，現(xiàn)使汽缸從水平放置緩慢到豎直放置，保持溫度不變，達(dá)到平衡后如圖2所示，A

未到達(dá)兩汽缸連接處，取重力加速度g＝10m/s2。求：

(1)與圖1相比，活塞在汽缸內(nèi)移動的距離L；(4分)

(2)從圖1到圖2過程中氣體放出的熱量。(6分)

解析：(1)汽缸處于圖1位置時，設(shè)汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1，對于活塞和桿，由平衡條件

得

p0SA＋p1SB＝p1SA＋p0SB

代入數(shù)據(jù)解得

5

p1＝p0＝1.0×10Pa

汽缸處于圖2位置時，設(shè)汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2，對于活塞和桿，由平衡條件得

p0SA＋p2SB＋(mA＋mB)g＝p2SA＋p0SB

設(shè)V2為汽缸處于圖2位置時缸內(nèi)氣體的體積，由玻意耳定律可得p1V1＝p2V2

由幾何關(guān)系可得V1－V2＝L(SA－SB)

代入數(shù)據(jù)解得L＝0.5m。

(2)對于從圖1到圖2過程，設(shè)氣體放出熱量為Q，外界對氣體做功為W，理想氣體內(nèi)

能只和溫度有關(guān)，保持溫度不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝－Q＋W

W＝p0SAL－p0SBL＋(mA＋mB)gL

聯(lián)立得Q＝W＝500J。

答案：(1)0.5m(2)500J

10．(10分)在38mm小球時代，可以用熱水浸泡將踩癟后的