第講熱力學定律與能量守恒定律[教材閱讀指導](對應人教版選擇性必修第三冊相關內(nèi)容及問題)第三章第1節(jié)[練習與應用]T3。提示：溫度降低；溫度升高。因為氣體在絕熱膨脹時，雖然與外界無熱量交換，但氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小，溫度降低；而氣體在絕熱壓縮時，雖然與外界無熱量交換，但外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大，溫度升高。第三章第2節(jié)[思考與討論]。提示：膨脹過程中是氣體對外界做功；－220J；減少了。對熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，系統(tǒng)內(nèi)能增加時ΔU為正值，內(nèi)能減小時ΔU為負值；系統(tǒng)吸熱時Q為正值，系統(tǒng)放熱時Q為負值；外界對系統(tǒng)做功時W取正值，系統(tǒng)對外界做功時W取負值。第三章第2節(jié)[練習與應用]T2。提示：(1)Q1<Q2；(2)因為定壓時，氣體吸熱時還會對外做功，故氣體在定容下的比熱容小于在定壓下的比熱容。第三章第4節(jié)閱讀“熱力學第二定律”這一部分內(nèi)容。第三章第4節(jié)[練習與應用]T3。提示：不可行。溫度反而會升高，因為有電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。必備知識梳理與回顧一、熱力學第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功：當只有做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變時，外界對物體做了多少功，物體內(nèi)能就增加多少；物體對外界做了多少功，物體內(nèi)能就減少多少。(2)傳熱：當只有傳熱使物體的內(nèi)能發(fā)生改變時，物體吸收了多少熱量，物體內(nèi)能就增加多少；物體放出了多少熱量，物體內(nèi)能就減少多少。2．熱力學第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的eq\x(\s\up1(01))熱量與外界對它所做的功的和。(2)表達式：ΔU＝eq\x(\s\up1(02))Q＋W。(3)ΔU＝Q＋W中物理量正、負號的意義(4)ΔU＝Q＋W的三種特殊情況①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)eq\x(\s\up1(07))內(nèi)能的增加。②若外界對系統(tǒng)做功為0，即W＝0，則Q＝ΔU，系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)eq\x(\s\up1(08))內(nèi)能的增加。此處的W包含機械功、電功等一切功。對于不涉及其他力做功的氣體的等容過程，W＝0，Q＝ΔU。③對于理想氣體，若過程是等溫的，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，eq\x(\s\up1(09))外界對氣體做的功等于氣體放出的熱量。二、能量守恒定律1．能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式eq\x(\s\up1(01))轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體eq\x(\s\up1(02))轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2．普遍性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的，例如，機械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無條件的，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。3．第一類永動機不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器。違背eq\x(\s\up1(03))能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)。三、熱力學第二定律1．克勞修斯表述熱量不能eq\x(\s\up1(01))自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。2．開爾文表述不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而eq\x(\s\up1(02))不產(chǎn)生其他影響?；虮硎鰹椤癳q\x(\s\up1(03))第二類永動機是不可能制成的?！?．用熵的概念表示熱力學第二定律在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向eq\x(\s\up1(04))無序方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的熵值總是eq\x(\s\up1(05))不減少的。(熵增加原理)4．第二類永動機從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不產(chǎn)生其他影響的機器。違背eq\x(\s\up1(06))熱力學第二定律，不可能實現(xiàn)。5．能源是有限的(1)每天我們使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，能源消耗使得周圍環(huán)境升溫。根據(jù)熱力學第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不能自動聚集起來驅(qū)動機器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“eq\x(\s\up1(07))能量耗散”。(2)所謂能源，其實是指具有高品質(zhì)的容易利用的eq\x(\s\up1(08))儲能物質(zhì)，例如石油、天然氣、煤等。能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的eq\x(\s\up1(09))品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能源是有限的資源。一、堵點疏通1．做功和傳熱的實質(zhì)是相同的。()2．絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少20J。()3．根據(jù)熱力學第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳導中熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體。()4．隨著技術不斷進步，熱機的效率可能達到100%。()5．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機。()6．在給自行車打氣時，會發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為外界對氣體做功。()7．自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失。()8．利用河水的能量使船逆水航行的設想，符合能量守恒定律。()9．熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化。()答案1.×2.×3.√4.×5.×6.√7．×8.√9.×二、對點激活1．(人教版選擇性必修第三冊·第三章第2節(jié)[練習與應用]T1改編)用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做了900J的功，同時汽缸向外散熱210J，汽缸里空氣的內(nèi)能()A．增加了1110J B．減少了1110JC．增加了690J D．減少了690J答案C解析由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900J－210J＝690J，即內(nèi)能增加690J，C正確。2．(人教版選擇性必修第三冊·第三章第4節(jié)[練習與應用]T2改編)(多選)下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是()A．一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱B．蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機械能C．桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離D．電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體答案CD解析熱量只會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯誤；機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機械能，故B錯誤；桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離是因為泥沙的密度大于水，故可以分離，C正確；電冰箱通電后由于壓縮機做功從而將箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外的高溫物體，故D正確。關鍵能力發(fā)展與提升考點一熱力學第一定律對比分析改變內(nèi)能的兩種方式的比較方式名稱比較項目做功傳熱區(qū)別內(nèi)能變化情況外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少系統(tǒng)吸收熱量，內(nèi)能增加；系統(tǒng)放出熱量，內(nèi)能減少從能量的角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程不同系統(tǒng)間或同一系統(tǒng)不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移能的性質(zhì)變化情況能的性質(zhì)發(fā)生了變化能的性質(zhì)不變相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的例1(2021·湖南高考)(多選)如圖，兩端開口、下端連通的導熱汽缸，用兩個輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙，活塞從A下降h高度到B位置時，活塞上細沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個過程環(huán)境溫度和大氣壓強p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g。下列說法正確的是()A．整個過程，外力F做功大于0，小于mghB．整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變C．整個過程，理想氣體的內(nèi)能增大D．整個過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)E．左端活塞到達B位置時，外力F等于eq\f(mgS2,S1)[答案]BDE[解析]根據(jù)做功的兩個必要因素：有力和在力的方向上有位移，可知整個過程，外力F做功等于0，A錯誤；根據(jù)汽缸導熱且環(huán)境溫度不變，可知汽缸內(nèi)氣體的溫度也保持不變，則整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變，內(nèi)能不變，B正確，C錯誤；由氣體內(nèi)能不變可知理想氣體向外界釋放的熱量等于外界對理想氣體做的功，即Q＝W<p0S1h＋mgh，D正確；左端活塞到達B位置時，根據(jù)平衡條件可得p0S1＋mg＝p氣S1，p0S2＋F＝p氣S2，解得F＝eq\f(mgS2,S1)，E正確。應用熱力學第一定律的三點注意(1)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積減小，外界對氣體做功，W為正。(2)與外界絕熱，則不與外界發(fā)生傳熱，此時Q＝0。(3)如果研究對象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，體現(xiàn)為分子平均動能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。考點二熱力學第二定律對比分析1.熱力學第一、第二定律的比較定律名稱比較項目熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關系指出一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都有特定的方向性機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化通過做功機械能與內(nèi)能互相轉(zhuǎn)化內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉(zhuǎn)化為機械能熱量的傳遞內(nèi)能的變化量等于外界做的功與吸收的熱量之和說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關系在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎2.兩類永動機的比較分類第一類永動機第二類永動機設計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律例2(2022·湖南高考)(多選)利用“渦流效應”可實現(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成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進，分子熱運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端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D．該裝置氣體進出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律E．該裝置氣體進出的過程既滿足能量守恒定律，也滿足熱力學第二定律[答案]ABE[解析]依題意，中心部位為分子熱運動速率較小的氣體，與擋板相互作用后反彈，從A端流出，而邊緣部位為分子熱運動速率較大的氣體，從B端流出，則從A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于從B端流出的，而同種氣體分子熱運動平均速率越大，則其分子平均動能越大，對應的溫度也就越高，所以A端為冷端，B端為熱端，故A、B正確；內(nèi)能除與分子平均動能有關外，還與分子數(shù)和分子勢能有關，故從A端流出的氣體內(nèi)能不一定大于從B端流出的，故C錯誤；該裝置將冷熱不均的氣體進行分離，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現(xiàn)，并非是自發(fā)進行的，沒有違背熱力學第二定律，也滿足能量守恒定律，故D錯誤，E正確。對熱力學第二定律的理解(1)在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義：①“自發(fā)地”指不需要借助外界提供能量的幫助，指明了傳熱等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性；②“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。(2)熱力學第二定律的實質(zhì)：自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。如：①高溫物體eq\o(,\s\up7(熱量Q能自發(fā)地傳給),\s\do5(熱量Q不能自發(fā)地傳給))低溫物體。②功eq\o(,\s\up7(能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為),\s\do5(不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)化為))熱。③氣體體積V1eq\o(,\s\up7(能自發(fā)地膨脹到),\s\do5(不能自發(fā)地收縮到))氣體體積V2(較大)。④不同氣體A和Beq\o(,\s\up7(能自發(fā)地混合成),\s\do5(不能自發(fā)地分離成))混合氣體AB?？键c三熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用解題技巧解答此類問題的基本流程例3(2023·天津高考)如圖是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體容積、質(zhì)量不變，且可視為理想氣體，爬高過程中，溫度減小，則氣體()A．對外做功 B．內(nèi)能減小C．吸收熱量 D．壓強不變[答案]B[解析]由于爬高過程中氧氣瓶里的氣體體積不變，故氣體不對外做功，W＝0，而溫度減小，則氣體內(nèi)能減小，ΔU＜0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q＜0，即氣體放出熱量，故A、C錯誤，B正確；爬高過程中氧氣瓶里的氣體容積、質(zhì)量均不變，溫度減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知氣體壓強減小，故D錯誤。例4(2023·浙江1月選考)某探究小組設計了一個報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A。環(huán)境溫度升高時容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內(nèi)的卡口處，此時氣體達到狀態(tài)B?；钊３植粍樱瑲怏w被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時觸動報警器。從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J。取大氣壓p0＝0.99×105Pa，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強；(3)由狀態(tài)A到狀態(tài)C過程中從外界吸收的熱量Q。[答案](1)330K(2)1.1×105Pa(3)188J[解析](1)根據(jù)題意可知，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，封閉氣體的壓強不變，則根據(jù)蓋—呂薩克定律有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)其中VA＝Sh0，VB＝S(h0＋d)聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得TB＝330K。(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，活塞緩慢上升，則pBS＝p0S＋mg根據(jù)題意可知，氣體由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中，封閉氣體的體積不變，則根據(jù)查理定律有eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得pC＝1.1×105Pa。(3)根據(jù)題意可知，從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體對外做功為W＝pBSd由熱力學第一定律有ΔU＝Q－W聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得Q＝188J。熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合問題的處理方法(1)氣體實驗定律的研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵，根據(jù)不同的變化，找出相關的氣體狀態(tài)參量，利用相關規(guī)律解決。(3)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)做功W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化。(4)結合熱力學第一定律ΔU＝W＋Q求解問題?？键c四熱力學第一定律在圖像問題中的應用解題技巧用熱力學第一定律解決圖像問題的思路(1)氣體的狀態(tài)變化可由圖像直接判斷或結合理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C分析。(2)氣體的做功情況、內(nèi)能變化及吸放熱關系可由熱力學第一定律分析。(3)在p-V圖像中，圖像與橫軸所圍圖形的面積表示氣體對外界或外界對氣體所做的功。例5(2022·江蘇高考)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)歷a→b和a→c兩個過程，其中a→b為等溫過程，狀態(tài)b、c的體積相同，則()A．狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)bB．狀態(tài)a的溫度高于狀態(tài)cC．a(chǎn)→c過程中氣體吸收熱量D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功[答案]C[解析]由題意知a→b為等溫過程，即狀態(tài)a和狀態(tài)b的溫度相同，一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關，則狀態(tài)a的內(nèi)能等于狀態(tài)b，故A錯誤；由于狀態(tài)b、c的體積相同，且pb<pc，根據(jù)查理定律有eq\f(pb,Tb)＝eq\f(pc,Tc)，可知Tb<Tc，又因為Ta＝Tb，故Ta<Tc，即狀態(tài)a的溫度低于狀態(tài)c，故B錯誤；因為a→c過程中氣體體積增大，可知外界對氣體做負功，由B項分析知a→c過程中氣體溫度升高，則內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知氣體吸收熱量，故C正確，D錯誤。例6(2023·浙江省溫州市高三上第一次適應性考試)如圖甲所示，在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用橫截面積S＝100cm2的質(zhì)量不計且光滑的活塞密封一定質(zhì)量的氣體，活塞上靜止一質(zhì)量為m的重物。圖乙是密閉氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V-T圖像，密閉氣體在A點的壓強pA＝1.03×105Pa，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中吸收熱量Q＝500J。已知外界大氣壓強p0＝1.01×105Pa，下列說法正確的是()A．重物質(zhì)量m＝1kgB．氣體在狀態(tài)B時的體積為8.0×10－2m3C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體對外界做功202JD．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體的內(nèi)能增加294J[答案]D[解析]在狀態(tài)A，對重物和活塞整體根據(jù)平衡條件有mg＋p0S＝pAS，解得m＝2kg，故A錯誤；根據(jù)題圖乙可知eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，即氣體做等壓變化，解得VB＝8.0×10－3m3，故B錯誤；從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體對外界做功W＝pA(VB－VA)＝206J，故C錯誤；根據(jù)熱力學第一定律可知，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程，氣體的內(nèi)能增加ΔU＝Q－W＝294J，故D正確。課時作業(yè)[A組基礎鞏固練]1．(2021·天津高考)(多選)列車運行的平穩(wěn)性與車廂的振動密切相關，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、汽缸及內(nèi)封的一定質(zhì)量的氣體構成。上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動，上下乘客時汽缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時汽缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來不及熱交換。若汽缸內(nèi)氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過程中()A．上下乘客時，氣體的內(nèi)能不變B．上下乘客時，氣體從外界吸熱C．劇烈顛簸時，外界對氣體做功D．劇烈顛簸時，氣體的溫度不變答案AC解析根據(jù)題意，上下乘客時，汽缸內(nèi)氣體壓縮的過程中，氣體與外界有充分的熱交換，即氣體溫度不變，故氣體的內(nèi)能不變，而氣體體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知，氣體對外界放熱，故A正確，B錯誤；根據(jù)題意，劇烈顛簸時，汽缸內(nèi)氣體壓縮的過程中，氣體與外界來不及熱交換，氣體體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知，氣體的內(nèi)能增大，氣體的溫度升高，故C正確，D錯誤。2．(2022·天津高考)(多選)采用渦輪增壓技術可提高汽車發(fā)動機效率。將渦輪增壓簡化為以下兩個過程，一定質(zhì)量的理想氣體首先經(jīng)過絕熱過程被壓縮，然后經(jīng)過等壓過程回到初始溫度，則()A．絕熱過程中，氣體分子平均動能增加B．絕熱過程中，外界對氣體做負功C．等壓過程中，外界對氣體做正功D．等壓過程中，氣體內(nèi)能不變答案AC解析該理想氣體經(jīng)過絕熱過程被壓縮，氣體體積減小，外界對氣體做正功，即Q＝0，W>0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體內(nèi)能增加，則氣體溫度升高，氣體分子平均動能增加，故A正確，B錯誤；該理想氣體經(jīng)過等壓過程回到初始溫度，結合A、B兩項中分析可知，該過程氣體溫度降低，氣體內(nèi)能減少，根據(jù)蓋—呂薩克定律可知，氣體體積減小，則外界對氣體做正功，故C正確，D錯誤。3.(2022·遼寧高考)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和熱力學溫度T的關系圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)()A．對外界做正功 B．壓強保持不變C．向外界放熱 D．內(nèi)能減少答案A解析由題圖可知，理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，體積增大，則該系統(tǒng)對外界做正功，A正確；根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可得V＝eq\f(C,p)·T，則V-T圖像上的點與原點連線的斜率k＝eq\f(C,p)，從a到b的過程k減小，則該過程中壓強p增大，B錯誤；理想氣體的內(nèi)能只與其溫度有關，故理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，溫度升高，內(nèi)能增大，D錯誤；由A、D兩項分析可知，理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，對外界做正功且內(nèi)能增大，則根據(jù)熱力學第一定律可知，該系統(tǒng)從外界吸收熱量，C錯誤。4.一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)變化依次經(jīng)歷從a→b，再從b→c的過程，其壓強和體積的關系如圖所示，根據(jù)p-eq\f(1,V)圖像，下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b過程，氣體溫度升高，放熱B．a(chǎn)→b過程，氣體溫度降低，放熱C．b→c過程，氣體溫度不變，放熱D．b→c過程，氣體溫度不變，吸熱答案C解析根據(jù)題圖可知，該理想氣體從狀態(tài)a→b過程為等容變化，壓強p增大，根據(jù)查理定律eq\f(p,T)＝C可知，氣體溫度升高，則內(nèi)能增大，因氣體不做功，再根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體吸熱，故A、B錯誤；該理想氣體從b→c過程為等溫變化，溫度不變，內(nèi)能不變，體積減小，則外界對氣體做功，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體放熱，故C正確，D錯誤。5．(2022·湖北高考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p-V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應該線段的中點。下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b是等溫過程B．a(chǎn)→b過程中氣體吸熱C．a(chǎn)→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功答案B解析根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，p-V圖像中的等溫線是雙曲線，且p-V圖像中橫、縱坐標值的乘積pV與溫度T成正比，則a→c過程不是等溫過程，且狀態(tài)a、c溫度最低，A、C錯誤；a→b過程中氣體溫度升高，內(nèi)能增加，即ΔU>0，且體積增大，氣體對外界做功，即W<0，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即a→b過程中氣體吸熱，B正確；a→c過程氣體體積增大，則外界對氣體做負功，D錯誤。6.如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a依次經(jīng)過狀態(tài)b、c和d再回到狀態(tài)a的過程，a→b是溫度為T1的等溫過程，c→d是溫度為T2的等溫過程，b→c和d→a為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，這就是著名的“卡諾循環(huán)”?？ㄖZ循環(huán)構建了從單一熱源吸收熱量用來做功的理想過程，符合卡諾循環(huán)的熱機的效率為η＝1－eq\f(T2,T1)。下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b過程氣體對外界做功且吸收熱量B．b→c過程氣體對外做的功小于氣體內(nèi)能的減少量C．c→d過程單位時間內(nèi)碰撞器壁單位面積的分子數(shù)減少D．由卡諾循環(huán)可知熱機效率可能達到100%答案A解析a→b過程為等溫過程，溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，由圖可知氣體體積增大，對外界做功，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體從外界吸收熱量，故A正確；b→c過程中，氣體絕熱膨脹，對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，根據(jù)熱力學第一定律可知，b→c過程氣體對外做的功等于氣體內(nèi)能的減少量，故B錯誤；c→d過程為等溫過程，由圖可知氣體壓強變大，體積減小，因為溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，則壓強變大說明單位時間內(nèi)碰撞器壁單位面積的分子數(shù)增多，故C錯誤；T2不可能達到絕對零度，由η＝1－eq\f(T2,T1)可知，熱機效率不可能達到100%，故D錯誤。7.(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b、c變化到狀態(tài)d，其p-T圖像如圖所示。下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b的過程中，氣體對外界做功B．c→d的過程中，外界對氣體做功C．a(chǎn)→b→c的過程中，氣體先吸熱后放熱D．b→c→d的過程中，氣體體積先增大后減小答案ABD解析a→b的過程中，氣體溫度不變，氣體壓強減小，由玻意耳定律可知，氣體體積變大，則氣體對外界做功，A正確。根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知p＝eq\f(C,V)T，則由于d點與原點連線斜率大于c點與原點連線的斜率，可知d狀態(tài)對應的體積小于c狀態(tài)的體積，則c→d的過程中，體積減小，外界對氣體做功，B正確。a→b的過程中，溫度不變，內(nèi)能不變，氣體對外做功，則由ΔU＝W＋Q可知氣體吸熱；b→c的過程中，氣體壓強不變，溫度升高，由蓋－呂薩克定律可知其體積變大，則氣體內(nèi)能變大，對外做功，由ΔU＝W＋Q可知氣體吸熱，即a→b→c的過程中，氣體一直吸熱，C錯誤。根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知p＝eq\f(C,V)T，b→c→d的過程中，各點與原點連線的斜率先減小后增大，則氣體體積先增大后減小，D正確。8．(2022·廣東高考)利用空調(diào)將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外環(huán)境，這個過程________(選填“是”或“不是”)自發(fā)過程。該過程空調(diào)消耗了電能，空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量________(選填“大于”“等于”或“小于”)從室內(nèi)吸收的熱量。答案不是大于解析空調(diào)將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外，這個過程要消耗電能，不是自發(fā)過程。設空調(diào)制冷劑在室內(nèi)汽化吸熱Q1，經(jīng)過壓縮機時壓縮機消耗電能對其做功W，則制冷劑的內(nèi)能增加Q1＋W，制冷劑在室外液化放熱Q2后回到初始狀態(tài)，內(nèi)能等于初始值，則Q2＝Q1＋W，故Q2>Q1，即空調(diào)排放到室外環(huán)境的熱量大于從室內(nèi)吸收的熱量。[B組綜合提升練]9.(多選)我國航天員漫步太空已成為現(xiàn)實。飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”，因此將此設施專門做成了飛船的一個艙，叫“氣閘艙”，其原理如圖所示。兩個相通的艙A、B間裝有閥門K。指令艙A中充滿氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換。打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。若將此氣體近似看成理想氣體，則()A．氣體體積膨脹，對外做功B．氣體分子勢能減小，內(nèi)能增加C．氣體體積變大，溫度不變D．B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中答案CD解析當閥門K被打開后，A中的氣體進入B中，由于B中為真空，所以氣體體積膨脹，但對外不做功，故A錯誤；又因為系統(tǒng)與外界無熱交換，所以氣體內(nèi)能不變，此氣體可近似看成理想氣體，則氣體分子間相互作用力可以忽略不計，分子勢能可忽略不計，可視為零，則氣體的分子動能之和不變，分子平均動能大小不變，則氣體的溫度不變，B錯誤，C正確；由熱力學第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界作用時，B中氣體不能自發(fā)地全部退回到A中，故D正確。10．(多選)“百脈寒泉珍珠滾”，為章丘八大景之一。泉水深5m，底部溫度為17℃，一個體積為5.8×10－7m3的氣泡，從底部緩慢上升，到達泉水表面溫度為27℃，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了2×10－2J。g取10m/s2，外界大氣壓強取1.0×105Pa，水的密度取1×103kg/m3。下列說法正確的是()A．氣泡內(nèi)所有分子動能都增大B．氣泡上升過程中對外做功，吸收熱量C．氣泡到達水面的體積為8.7×10－8m3D．上升過程中氣泡吸收的熱量小于6.8×10－2J答案BD解析氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增大，氣體分子的平均動能增大，但某些氣體分子的動能可能減小，故A錯誤；氣泡上升過程中壓強減小、溫度升高，由理想氣體狀態(tài)方程知氣泡體積增大，則對外做功，而內(nèi)能增加，由熱力學第一定律可知，氣泡吸收熱量，故B正確；在泉水底部時氣泡內(nèi)氣體壓強p1＝p0＋ρ水gh，T1＝t1＋273K＝290K，到達泉水表面時，氣泡內(nèi)氣體壓強p2＝p0，T2＝t2＋273K＝300K，由理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，代入數(shù)據(jù)可求得氣泡到達水面的體積為V2＝9×10－7m3，故C錯誤；設上升過程中氣泡內(nèi)氣體對外做功為W，則p0(V2－V1)<W<p1(V2－V1)，代入數(shù)據(jù)得，3.2×10－2J<W<4.8×10－2J，由熱力學第一定律ΔU＝－W＋Q，可得氣泡上升過程中吸收的熱量Q的范圍為ΔU＋W0<Q<ΔU＋W1，即5.2×10－2J<Q<6.8×10－2J，故D正確。11．(2023·山東高考)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強為1×105Pa。經(jīng)等容過程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過程，需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K。下列說法正確的是()A．初始狀態(tài)下，氣體的體積為6LB．等壓過程中，氣體對外做功400JC．等壓過程中，氣體體積增加了原體積的eq\f(1,4)D．兩個過程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400J答案AD解析初始狀態(tài)下，氣體的溫度為T0＝300K，壓強為p0＝1×105Pa，設體積為V0，經(jīng)等壓過程，氣體溫度變?yōu)門＝400K，由蓋—呂薩克定律有eq\f(V0,T0)＝eq\f(V,T)，解得氣體體積變?yōu)閂＝eq\f(4,3)V0，即氣體體積增加了原體積的eq\f(1,3)，C錯誤；等容過程中，氣體做功W1＝0，吸收熱量Q1＝400J，由熱力學第一定律得ΔU＝W1＋Q1＝400J，兩個過程末狀態(tài)的溫度相同，則內(nèi)能變化相同，因此兩個過程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400J，D正確；等壓過程內(nèi)能增加了400J，吸收熱量為600J，由熱力學第一定律可知氣體對外做功為200J，即p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)V0－V0))＝200J，解得V0＝6L，A正確，B錯誤。12.(