練案80熱力學(xué)定律與能量守恒定律基礎(chǔ)鞏固練題組一熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的應(yīng)用1．(2022·重慶卷)2022年5月15日，我國(guó)自主研發(fā)的“極目一號(hào)”Ⅲ型浮空艇創(chuàng)造了海拔9032米的大氣科學(xué)觀測(cè)世界紀(jì)錄。若在浮空艇某段上升過(guò)程中，艇內(nèi)氣體溫度降低，體積和質(zhì)量視為不變，則艇內(nèi)氣體(視為理想氣體)()A．吸收熱量 B．壓強(qiáng)增大C．內(nèi)能減小 D．對(duì)外做負(fù)功[答案]C[解析]由于浮空艇上升過(guò)程中體積和質(zhì)量均不變，則艇內(nèi)氣體不做功；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C，可知溫度降低，艇內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，氣體內(nèi)能減??；又根據(jù)ΔU＝W＋Q可知?dú)怏w放出熱量，故選C。2．(多選)(2025·八省聯(lián)考山西陜西卷)如圖，用絕熱材料制成的密閉容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ兩部分，一定量的某理想氣體處于Ⅰ中，Ⅱ內(nèi)為真空。抽取隔板K，氣體進(jìn)入Ⅱ中，最終整個(gè)容器均勻地分布了這種氣體。則此過(guò)程，該氣體系統(tǒng)()A．對(duì)外做功，體積膨脹B．對(duì)外不做功，最終壓強(qiáng)減小C．內(nèi)能減少，最終溫度降低D．無(wú)序度變大[答案]BD[解析]絕熱容器內(nèi)的氣體與外界沒(méi)有熱交換，則Q＝0，氣體向真空擴(kuò)散，沒(méi)有對(duì)外界做功，則W＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知?dú)怏w的內(nèi)能不變，溫度不變，氣體體積變大，氣體無(wú)序度變大，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝k可知壓強(qiáng)減小。故選BD。3．氣墊運(yùn)動(dòng)鞋表面材質(zhì)導(dǎo)熱良好，防滑耐用，可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起到很好的緩沖作用。使用過(guò)程中，氣墊內(nèi)氣體被反復(fù)壓縮、擴(kuò)張，下列說(shuō)法正確的是()A．踩下時(shí)，氣墊內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大B．踩下時(shí)，氣墊內(nèi)氣體平均動(dòng)能增大C．踩下后抬起腳時(shí)，氣墊內(nèi)氣體向外界放熱D．踩下后抬起腳時(shí)，氣體對(duì)外做功數(shù)值大于氣體吸收的熱量[答案]A[解析]踩下時(shí)，由于導(dǎo)熱良好可認(rèn)為氣體溫度不變，內(nèi)能保持不變，氣體平均動(dòng)能不變，另由eq\f(pV,T)＝C可知?dú)鈮|內(nèi)氣體體積減小，氣體壓強(qiáng)增大，A正確，B錯(cuò)誤；踩下后抬起腳時(shí)，氣體體積增大，氣體對(duì)外做功W<0，溫度不變則內(nèi)能不變?chǔ)＝0，由ΔU＝W＋Q知Q>0，即氣體吸熱，吸收的熱量等于對(duì)外做功的數(shù)值，C、D錯(cuò)誤。4．如圖所示，直立容器的內(nèi)部有被隔板隔開(kāi)的A、B兩部分氣體，A氣體的密度小，B氣體的密度大。抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合。設(shè)在此過(guò)程中氣體吸收熱量Q，氣體內(nèi)能的增加量為ΔE，則()A．ΔE＝Q B．ΔE<QC．ΔE>Q D．ΔE＝0[答案]B[解析]抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻分布，由于上部分氣體密度較小，因此混合后氣體重心升高，重力勢(shì)能增加。由能量守恒定律知，氣體吸收的熱量除增加內(nèi)能外，還增加重力勢(shì)能，因此ΔE<Q，故選項(xiàng)B正確。題組二熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用5．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵循熱力學(xué)第二定律B．自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的C．可以通過(guò)給物體加熱而使它運(yùn)動(dòng)起來(lái)，但不產(chǎn)生其他影響D．氣體向真空膨脹具有方向性[答案]BD[解析]有外界的幫助和影響，熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，仍遵循熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的，B正確；不可能通過(guò)給物體加熱而使它運(yùn)動(dòng)起來(lái)但不產(chǎn)生其他影響，這違背了熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；氣體可自發(fā)地向真空膨脹，具有方向性，D正確。6．(多選)關(guān)于兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說(shuō)法正確的是()A．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律B．第二類(lèi)永動(dòng)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，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和傳熱一定會(huì)改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的[答案]ABD[解析]第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，A、B兩項(xiàng)正確；由熱力學(xué)第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知選項(xiàng)D中的現(xiàn)象是可能的，但會(huì)引起其他變化，D項(xiàng)正確。題組三熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)用7．(2024·山東卷)一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過(guò)程，a→b過(guò)程是等壓過(guò)程，b→c過(guò)程中氣體與外界無(wú)熱量交換，c→a過(guò)程是等溫過(guò)程。下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)→b過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功B．b→c過(guò)程，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增加C．a(chǎn)→b→c過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功D．a(chǎn)→b過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過(guò)程放出的熱量[答案]C[解析]a→b過(guò)程是等壓過(guò)程，體積增大，則氣體對(duì)外做功，即W<0，由蓋—呂薩克定律可知Tb>Ta，即內(nèi)能增大，ΔUab>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，a→b過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對(duì)外做功，另一部分用于增加內(nèi)能，A錯(cuò)誤；b→c過(guò)程中氣體與外界無(wú)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，B錯(cuò)誤；c→a過(guò)程為等溫過(guò)程，可知Tc＝Ta，ΔUac＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知a→b→c過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律結(jié)合上述分析可知，a→b→c→a整個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程ΔU＝0，整個(gè)過(guò)程氣體對(duì)外做功，由熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝Qab－Qca－W＝0，故a→b過(guò)程氣體從外界吸收的熱量Qab不等于c→a過(guò)程氣體向外界放出的熱量Qca，D錯(cuò)誤。8．一定量的理想氣體的壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的變化圖像如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A．A→B的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增加B．A→B的過(guò)程中，氣體從外界吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量C．B→C的過(guò)程中，氣體體積增大，對(duì)外做功D．B→C的過(guò)程中，氣體對(duì)外界放熱，內(nèi)能減小[答案]B[解析]從A到B的過(guò)程，是等容升溫過(guò)程，氣體不對(duì)外做功，氣體從外界吸收熱量，使得氣體內(nèi)能增加，故A錯(cuò)誤，B正確；從B到C的過(guò)程是等溫壓縮過(guò)程，壓強(qiáng)增大，體積減小，外界對(duì)氣體做功，氣體放出熱量，內(nèi)能不變，故C、D錯(cuò)誤。9．(2022·遼寧卷)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T變化圖像如圖所示，此過(guò)程中該系統(tǒng)()A．對(duì)外界做正功B．壓強(qiáng)保持不變C．向外界放熱D．內(nèi)能減少[答案]A[解析]理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，體積增大，則理想氣體對(duì)外界做正功，A正確；由題圖可知，V＝V0＋kT，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有eq\f(pV,T)＝C，聯(lián)立則有p＝eq\f(C,k＋\f(V0,T))，可看出T增大，p增大，B錯(cuò)誤；理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，溫度升高，內(nèi)能增大，D錯(cuò)誤；理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，理想氣體對(duì)外界做正功且內(nèi)能增大，則根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體從外界吸收熱量，C錯(cuò)誤。能力提升練10．一定質(zhì)量的理想氣體自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，再變化到狀態(tài)P，其變化過(guò)程中各狀態(tài)的壓強(qiáng)p和體積V的關(guān)系如圖所示，其中MN的反向延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，NP段為雙曲線的一支。下列說(shuō)法正確的是()A．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體的內(nèi)能沒(méi)有變化B．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體吸收的熱量為300JC．自狀態(tài)N變化到狀態(tài)P，氣體吸收的熱量約為475JD．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，再變化到狀態(tài)P，氣體對(duì)外做的功為600J[答案]C[解析]根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，p、V的乘積增大，因此溫度T升高，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大，總動(dòng)能增大，理想氣體的分子勢(shì)能視為零，因此內(nèi)能增大，A錯(cuò)誤；自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體對(duì)外做的功等于圖線和V軸圍成的圖形的面積，即W1＝－300J，內(nèi)能的增量ΔU1>0，由ΔU1＝W1＋Q1得氣體吸收的熱量Q1>300J，B錯(cuò)誤；圖像中每個(gè)小格對(duì)應(yīng)的功為0.5×105Pa×0.5×10－3m3＝25J，自狀態(tài)N變化到狀態(tài)P，外界對(duì)氣體做的功對(duì)應(yīng)圖線和V軸圍成的面積，即W2≈－25×19J＝－475J，自狀態(tài)N變化到狀態(tài)P的曲線段為雙曲線的一支，所以溫度不變，內(nèi)能不變，ΔU2＝0，由ΔU2＝W2＋Q2得，氣體吸收的熱量Q2≈475J，C正確；自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，再變化到狀態(tài)P，氣體對(duì)外做功W＝|W1|＋|W2|≈775J，D錯(cuò)誤。11．(2025·長(zhǎng)沙模擬)氣壓式升降椅(圖甲)通過(guò)汽缸上下運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)椅子升降，其簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖乙所示。圓柱形汽缸與椅面固定在一起，總質(zhì)量m＝6kg。固定在底座上的柱狀氣動(dòng)桿的橫截面積S＝30cm2，在汽缸中封閉了長(zhǎng)度L＝20cm的理想氣體。汽缸氣密性、導(dǎo)熱性能良好，忽略摩擦力，已知室內(nèi)溫度T1＝320K，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。求：(1)質(zhì)量M＝54kg的人，腳懸空坐在椅面上，室溫不變，穩(wěn)定后椅面下降的距離；(2)在(1)情況下人坐上去后，由于開(kāi)空調(diào)室內(nèi)氣溫緩慢降至T2＝300K，封閉氣體的內(nèi)能減少了13.5J，該過(guò)程封閉氣體對(duì)外界放出的熱量Q。[答案](1)12cm(2)18J[解析](1)初始狀態(tài)時(shí)，以圓柱形汽缸與椅面整體為研究對(duì)象，根據(jù)受力平衡可得mg＋p0S＝p1S解得p1＝1.2×105Pa質(zhì)量M＝54kg的人，腳懸空坐在椅面上，穩(wěn)定后，根據(jù)受力平衡可得(M＋m)g＋p0S＝p2S，解得p2＝3×105Pa設(shè)穩(wěn)定后缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)′，根據(jù)玻意耳定律可得p1LS＝