作业17 功、热和内能的改变
1~8题每题7分，共56分
考点一 焦耳的实验
1.(多选)如图为焦耳实验装置示意图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落时带动叶片转动，搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是( )
A.该装置可测定做功和内能变化的关系
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的，无区别
2.如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是( )
A.能量守恒定律
B.机械能守恒定律
C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关
D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关
考点二 功与内能的改变
3.(多选)(2024·西安市高二月考)在以下事例中，通过做功的方式来改变物体内能的是( )
A.两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高
B.冬天暖气为房间供暖
C.汽油机的压缩冲程，燃料温度升高
D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热
4.拥有私家车的人越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体温度达到其燃点，应( )
A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
5.(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热量交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体( )
A.对外做正功，分子的平均动能减小
B.对外做正功，内能增大
C.对外做负功，分子的平均动能增大
D.对外做正功，内能减小
考点三 热与内能的改变
6.(2023·上海市浦东新区高二期末)下列生活实例中通过传热改变物体内能的是( )
A.野外生存中利用钻木取火
B.暖手宝可以使手变得暖和
C.搓搓手可以让手变得暖和
D.铁钉被锤子敲打后会升温
7.关于传热，下列说法正确的是( )
A.传热的实质是温度的传递
B.物体间存在温度差，才能发生传热
C.传热可以在任何情况下进行
D.物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
8.(2023·包头市第六中学高二月考)下列说法正确的是( )
A.物体的温度升高，物体所含的热量就增多
B.物体的温度不变，内能一定不变
C.热量和功的单位与内能的单位相同，所以热量和功都可作为物体内能的量度
D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
9、10题每题9分，11题16分，共34分
9.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。现对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体( )
A.温度升高，压强增大，内能减少
B.温度降低，压强增大，内能减少
C.温度升高，压强增大，内能增加
D.温度降低，压强减小，内能增加
10.(多选)(2024·江西省模拟)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态，不计分子间的势能。在此过程中下列说法正确的是( )
A.气体对外界做功，内能减少
B.气体不做功，内能不变
C.气体压强变小，温度不变
D.单位时间内撞击容器壁的分子数减少
11.(16分)如图所示，一个绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一质量为15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0=1.01×105 Pa，g取10 m/s2)
(10分)
12.某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉气门芯放气与放气后静置一段时间的整个过程中内能的变化情况，车胎内气体温度随时间变化的情况如图所示。可获取的信息是( )
A.从开始打气到打气结束的过程中由于气体对外做功，内能迅速增大
B.从打气结束到拔掉气门芯前由于气体对外做功，其内能缓慢减少
C.拔掉气门芯后，气体冲出对外做功，其内能急剧减少
D.放气后静置一段时间，由于再次对气体做功，气体内能增大
答案精析
1.AC ［该实验测定做功和内能变化的关系，故选项A正确；该实验是绝热过程，没有传热，水内能的改变是由于做功，故选项C正确；做功表示能量的转化，而热量表示传热中内能的转移，二者有区别，故选项B、D错误。］
2.C ［通过这两个实验，可得出的结论是在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。故选项C正确。］
3.ACD ［改变内能的方式有两种：做功和传热。做功的实质是能量的转化过程，做功的过程中能量的形式发生改变；传热是内能的转移，能量的形式不发生变化。两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，是利用做功的方式改变物体的内能，故A正确；冬天暖气为房间供暖，是通过传热的方式来改变物体的内能，故B错误；汽油机的压缩冲程，燃料温度升高，属于做功改变物体的内能，故C正确；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故D正确。］
4.B ［气体被压缩时，外界对气体做功使其内能增大，气体膨胀时，气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，通过活塞对混合气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高而达到其燃点，故B正确。］
5.AD ［气体膨胀，气体对外做正功，W<0，又因为气体与外界无热量交换，由此可知气体内能减小，ΔU<0，B错误，D正确；因忽略气体分子间的相互作用，忽略分子势能，所以气体分子平均动能减小，A正确，C错误。］
6.B ［野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，选项A错误；暖手宝可以使手变得暖和是传热改变内能，选项B正确；搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，选项C错误；铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，选项D错误。］
7.B ［传热的实质是物体间能量的转移，故A错误；传热的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生传热，故B正确，C错误；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是传热引起的，也可能是做功引起的，故D错误。］
8.D ［热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，A错误；物体的温度不变，内能不一定不变，例如0 ℃的冰变为0 ℃的水内能增加，B错误；热量和功都可以作为物体内能变化的量度，而不是内能的量度，C错误；热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的，D正确。］
9.C ［绝热容器中，向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，可得出气体的压强增大，故选项C正确。］
10.BCD ［稀薄气体向b真空扩散没有对外界做功，W=0，故选项A错误；绝热容器内的稀薄气体与外界不发生传热也没做功，所以气体内能不变，故选项B正确；根据题意知，气体体积增大，压强减小，气体的内能不变，则温度不变，故选项C正确；稀薄气体扩散，体积增大，分子数密度减小，单位时间内和容器壁碰撞的分子数减少，故选项D正确。］
11.1 030 J
解析 由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU=W外=(m活塞+m物体)gΔh+p0SΔh=(5+15)×10×0.1 J+1.01×105×0.1×0.1 J=1 030 J。
12.C ［从开始打气到打气结束的过程外界对车胎内气体做功，故A错误；从打气结束到拔掉气门芯前由于传热，车胎内气体内能减少，故B错误；拔掉气门芯后车胎内气体冲出对外界做功，气体内能急剧减少，故C正确；放气后静置一段时间，由于传热车胎内气体温度上升，故D错误。］作业18 热力学第一定律 能量守恒定律
1~7题每题7分，共49分
考点一 热力学第一定律
1.关于内能的变化，以下说法正确的是( )
A.物体吸收热量，内能一定增大
B.物体对外做功，内能一定减少
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
2.如图所示，封闭的汽缸内部封有一定质量的理想气体。外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则缸内气体的( )
A.温度升高，内能增加600 J
B.温度升高，内能减少200 J
C.温度降低，内能增加600 J
D.温度降低，内能减少200 J
3.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是( )
A.W=8×104 J，ΔU=1.2×105 J，Q=4×104 J
B.W=8×104 J，ΔU=-1.2×105 J，Q=-2×105 J
C.W=-8×104 J，ΔU=1.2×105 J，Q=2×104 J
D.W=-8×104 J，ΔU=-1.2×105 J，Q=-4×104 J
4.(2023·重庆市凤鸣山中学月考)如图所示，在玻璃瓶中放入少量水，水面上方有无色的水蒸气，用中间带孔、孔中插有软管的橡皮塞盖紧瓶口，然后往瓶中打气，当气压足够大时，橡皮塞从瓶口弹出，原来透明的瓶内充满了白雾，这一实验现象表明( )
A.气体对外界做功，瓶内气体温度升高，内能减少
B.外界对气体做功，瓶内气体温度升高，内能增加
C.气体对外界做功，瓶内气体温度降低，内能减少
D.外界对气体做功，瓶内气体温度降低，内能增加
5.(2023·江西省乐平中学高二期末)固定的汽缸内由活塞封闭着一定质量的气体，在通常的情况下，这些气体分子之间的相互作用力可以忽略。在外力F作用下，将活塞缓慢地向上拉动，如图所示。在拉动活塞的过程中，假设汽缸壁的导热性能良好，环境的温度保持不变，关于对汽缸内的气体的下列论述，其中正确的是( )
A.气体对活塞做功，气体的内能减少
B.气体从外界吸热，气体分子的平均动能增大
C.气体从外界吸热，气体压强不变
D.气体单位体积的分子数减小，气体压强减小
考点二 能量守恒定律 永动机不可能制成
6.“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
7.下列说法正确的是( )
A.条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的
8~10题每题9分，11题14分，共41分
8.如图所示，容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A气体的密度小，B气体的密度大。抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合。设在此过程中气体吸热Q，气体内能的增加量为ΔU，则( )
A.ΔU=Q B.ΔU
9.(2023·广州市高二期末)用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有一定质量的理想气体，右侧与绝热活塞之间是真空的。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸，待气体达到稳定状态后，缓慢推压活塞，将气体压缩回到原来的体积。整个过程不漏气，则下列说法正确的是( )
A.气体被压缩过程中内能增大
B.气体自发扩散过程中内能减小
C.气体自发扩散过程中，气体分子的平均速率增大
D.气体被压缩过程中，温度升高，所有分子的速率都增大
10.(多选)如图所示，将一空的金属易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中，则金属罐在水中缓慢下降过程中，罐内空气(可视为理想气体)( )
A.内能增大
B.分子间的平均距离减小
C.向外界放热
D.对外界做正功
11.(14分)(2024·广东省高三开学考)图甲中空气炸锅是一种新型的烹饪工具，图乙为某型号空气炸锅的简化模型图，空气炸锅中有一气密性良好的内胆，内胆内的气体可视为质量不变的理想气体，已知胆内初始气体压强为p0=1.0×105 Pa，温度为T0=300 K，现启动加热模式使气体温度升高到T=450 K，此过程中气体吸收的热量为Q=8.0×103 J，内胆中气体的体积不变，求：
(1)(7分)此时内胆中气体的压强p；
(2)(7分)此过程内胆中气体的内能增加量ΔU。
(10分)
12.(2022·浙江6月选考)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，风速在5~10 m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是( )
A.该风力发电机的输出电功率与风速成正比
B.单位时间流过面积A的流动空气动能为ρAv2
C.若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109 kW·h
D.若风场每年有5 000 h风速在6~10 m/s的风能资源，则该发电机年发电量至少为6.0×105 kW·h
答案精析
1.C ［根据热力学第一定律ΔU=W+Q，物体内能的变化与做功及传热两个因素均有关。物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能可能不变或减少，A错误，C正确；物体对外做功，可能同时吸收热量，故内能可能不变或增大，B错误；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误。］
2.A ［由热力学第一定律ΔU=Q+W得，ΔU=800 J+(-200 J)=600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU=600 J>0，故温度升高，选项A正确。］
3.B ［因为外界对气体做功，W取正值，即W=8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU=-1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J，B选项正确。］
4.C ［白雾是小水滴，它是由水蒸气液化而形成的，该实验的原理如下：瓶内的气体压强增大到一定程度时，瓶内气体对橡皮塞做功，将橡皮塞弹出，气体对外界做功，将一部分内能转化为橡皮塞的机械能，气体的内能减少，温度降低，瓶中的水蒸气遇冷液化而形成白雾，故C正确，A、B、D错误。］
5.D ［由题意知，汽缸内的封闭气体是理想气体且温度不变，故气体分子的平均动能不变，气体内能不变，A、B错误；气体体积增大，单位体积的分子数减小，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，封闭气体温度不变，体积增大，压强减小，C错误，D正确。］
6.B ［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B。］
7.C ［条形磁体穿过线圈过程中是机械能转化成了电能，故A错误；太阳照射到宇宙空间的能量没有消失，故B错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是靠手臂的摆动提供能量的，它不违背能量守恒定律，故D错误。］
8.B ［抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，其重心升高，气体对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU=Q+W知ΔU
10.BC ［取金属罐中封闭的理想气体为研究对象，金属罐被向下压入恒温游泳池水中的过程，可视为等温过程，由于温度不变，故气体内能不变(理想气体的内能仅取决于温度)，A选项错误；由题意知压强变大，根据玻意耳定律p1V1=p2V2，可知体积变小，故分子间的平均距离减小，B选项正确；内能不变则ΔU=0，体积变小则气体对外界做负功，W>0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知Q<0，即气体向外界放热，故C选项正确，D选项错误。］
11.(1)1.5×105 Pa (2)8.0×103 J
解析 (1)根据题意可知，气体体积不变，气体为等容变化，根据查理定律可得=，解得p=1.5×105 Pa
(2)根据热力学第一定律有ΔU=W+Q
由于气体的体积不变，所以W=0
又因Q=8.0×103 J，所以ΔU=8.0×103 J。
12.D ［单位时间流过面积A的流动空气体积为V0=Av，单位时间流过面积A的流动空气质量为m0=ρV0=ρAv，单位时间流过面积A的流动空气动能为m0v2=ρAv3，即P风=ρAv3，风速在5~10 m/s范围内，转化效率可视为不变，可知该风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，A、B错误；由于风力发电存在转化效率，若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量应满足E<1.0×108×24 kW·h=2.4×109 kW·h，C错误；若风场每年有5 000 h风速在6~10 m/s的风能资源，当风速取最小值6 m/s时，该发电机年发电量具有最小值，根据题意，风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，且风速在5~10 m/s范围内，转化效率可视为不变，则风速为6 m/s时，输出电功率为P'=63× kW=120 kW，则该发电机年发电量至少为E'=P't=120×5 000 kW·h=6.0×105 kW·h，D正确。］作业19 热力学第一定律和气体实验定律的综合应用
1~7题每题5分，共35分
1.(2023·天津卷)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体( )
A.对外做功
B.内能减小
C.吸收热量
D.压强不变
2.(2023·南阳市第五中学高二月考)关于理想气体，下列说法正确的是( )
A.理想气体吸热后温度一定升高
B.理想气体等压压缩过程可能吸热
C.理想气体绝热膨胀过程内能一定减少
D.理想气体自由膨胀一定对外做功
3.(2022·辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统( )
A.对外界做正功
B.压强保持不变
C.向外界放热
D.内能减少
4.(2022·湖北卷)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p-V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是( )
A.a→b是等温过程
B.a→b过程中气体吸热
C.a→c过程中状态b的温度最低
D.a→c过程中外界对气体做正功
5.(2022·江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则( )
A.状态a的内能大于状态b
B.状态a的温度高于状态c
C.a→c过程中气体吸收热量
D.a→c过程中外界对气体做正功
6.(2023·桂林市高二期末)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其V-T图像如图所示。已知该气体在状态B的压强为2.0×105 Pa。下列说法正确的是( )
A.状态A→B过程是等容变化
B.状态B→C过程是等温变化
C.状态A→B的过程气体吸热
D.状态B→C过程气体对外做功200 J
7.(2024·四川省模拟)如图所示，将一足够长薄壁导热汽缸开口向下用轻绳悬挂在天花板上，汽缸的横截面积为S，不计厚度的活塞与汽缸之间无摩擦，活塞和汽缸之间封闭一定质量的理想气体，大气压强为p0，环境温度不变，重力加速度为g。活塞稳定时距汽缸底部的距离为l，在活塞中心用轻绳悬挂一个轻质小桶，往小桶中缓慢加细沙，当所加细沙质量为m时，活塞距汽缸底部的距离为2l，关于此过程下列说法正确的是( )
A.外界对气体做正功
B.气体放出热量
C.活塞的质量为-m
D.活塞的质量为-2m
8~10题每题8分，11题11分，12题14分，共49分
8.(多选)(2024·威海市期末)如图所示为测量大气压强的实验装置，将一定质量的理想气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管分别与注射器和装有水银的U形管连接。最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800 mL。现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，稳定后U形管两臂中水银液面的高度差为25 cm。环境温度不变，不计细玻璃管中气体的体积。下列说法正确的是( )
A.气体的内能增大
B.气体分子的平均动能不变
C.气体对外界做的功等于气体吸收的热量
D.大气压强的测量值为75 cmHg
9.(多选)(2024·临沂市模拟)一定质量的理想气体从状态A开始，经A→B、B→C、C→A三个过程后回到初始状态A，其p-V图像如图所示，已知状态A的气体温度为TA=200 K，下列说法正确的是( )
A.状态B的温度为627 ℃
B.在A→B过程中，气体不对外做功，外界也不对气体做功
C.在B→C过程中，气体对外做功1 200 J
D.在A→B→C→A一个循环过程中，气体向外界释放热量450 J
10.(多选)(2024·南阳市模拟)一定质量的理想气体，经历了从a→b→c→d的状态变化过程，其p-T图线如图，ba延长线过原点O，bc与横轴平行，cd与纵轴平行，a、d连线与横轴平行。则( )
A.a→b的过程中，每个分子热运动的动能都增大
B.b→c的过程中，外界对气体做功
C.c→d的过程中，气体压强减小是因为气体分子的密集程度减小
D.a→b→c→d的过程中，气体吸收的热量大于气体对外做的功
11.(11分)如图所示，绝热容器中封闭一定质量的理想气体，开始时绝热活塞距底部高度h=27 cm，容器内气体温度为t1=27 ℃。现给电热丝通电，经过一段时间，气体温度缓慢升高至t2=127 ℃，已知活塞质量m=4 kg，横截面积S=2 cm2，大气压强p0=1.0×105 Pa，不计活塞与器壁间摩擦，g取10 m/s2，求：
(1)(3分)封闭气体的压强；
(2)(4分)当气体温度升高至t2时，活塞距底部的高度H；
(3)(4分)若整个加热过程中内能变化量为120 J，气体吸收的热量Q。
12.(14分)如图甲所示，水平对置发动机的活塞对称分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，发动机安装在汽车的中心线上，两侧活塞产生的影响相互抵消，可使车辆行驶更加平稳，同时节约能源、减少噪声。图乙为左侧汽缸(圆柱形)简化示意图。某次工厂测试某绝热汽缸的耐压性能，活塞横截面积为S，在距汽缸底部3L处固定两挡片，开始时活塞底部到缸底的距离为L，内部密封一定质量的理想气体，气体温度为27 ℃。已知大气压强为p0，活塞右侧与连杆相连，连杆对活塞始终有水平向左的恒定推力，大小为3p0S。现缓慢给气体加热后，活塞向右滑动，不计一切摩擦。求：
(1)(2分)当活塞底部距离缸底L时，气体的压强p1；
(2)(6分)气体温度达到827 ℃时，气体的压强p2；
(3)(6分)在第(2)问条件下，如果此过程中气体吸收的热量为Q，求此过程中气体内能的增加量。
13.(16分)(2023·南京市高二期中)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示。A状态的压强为1×105 Pa，求：
(1)(6分)B状态的温度；
(2)(10分)完成一次循环，气体与外界热交换的热量。
答案精析
1.B ［由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度减小，则气体内能减小，故B正确；根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体容积、质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程=C，可知气体压强减小，故D错误。］
2.C ［根据热力学第一定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，故A错误；根据理想气体状态方程=C，气体等压压缩过程，压强不变，体积减小，温度一定降低，内能也减小，即ΔU<0；体积减小，外界对气体做功，W>0，再根据热力学第一定律ΔU=Q+W，则Q<0，所以理想气体等压压缩过程一定放热，故B错误；理想气体绝热膨胀过程，Q=0，W<0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知，ΔU<0，所以理想气体绝热膨胀过程内能一定减少，故C正确；理想气体自由膨胀对外不做功，故D错误。］
3.A ［理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则理想气体对外界做正功，A正确；由题图可知，V=V0+kT，根据理想气体状态方程有=C，联立则有p=，可看出T增大，p增大，B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C错误。］
4.B ［根据理想气体状态方程=C可知a→b气体温度升高，内能增加，即ΔU>0，且体积增大，气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律DU=W+Q，可知a→b过程中气体吸热，A错误，B正确；根据理想气体状态方程=C可知，p-V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，则a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误；a→c过程气体体积增大，气体对外界做功，即外界对气体做负功，D错误。］
5.C ［由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体，状态a的内能等于状态b的内能，故A错误；由于状态b和状态c体积相同，且pb
7.D ［根据题意可知，气体体积变大，气体对外界做正功，则外界对气体做负功，又汽缸导热，温度不变，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，故A、B错误；设活塞质量为m0，不加细沙时，对活塞受力分析，可得p0S=m0g+p1S，加细沙后，对活塞和细沙整体受力分析，可得p0S=(m0+m)g+p2S，根据理想气体状态方程得p1lS=p2·2lS，解得m0=-2m，故D正确，C错误。］
8.BD ［环境温度不变，注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，可知气体的温度不变，气体的内能不变，气体分子的平均动能不变，故A错误，B正确；气体的温度不变，气体的内能不变，注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知外界对气体做的功等于气体放出的热量，故C错误；气体初态为p1=p0，V1=800 mL，气体末态为p2=p0+p，V2=600 mL，其中p=25 cmHg，气体做等温变化，则p1V1=p2V2，解得大气压强的测量值为p0=75 cmHg，故D正确。］
9.BD ［状态A→B为等容变化，有=，解得：TB=TA=×200 K=800 K，状态B的气体温度为tB=(800-273)℃=527 ℃，故A错误；
在A→B过程中，气体体积没有发生变化，气体不对外做功，外界也不对气体做功，故B正确；
在B→C过程中，气体压强不变，体积减小，外界对气体做功为
W1=pB(VB-VC)=4×105×(5-2)×10-3 J=1 200 J，故C错误；
在A→B→C→A一个循环过程中，温度不变，内能变化ΔU=0。A→B过程，气体体积不变，做功为零，即W2=0；B→C过程，外界对气体做功为W1=1 200 J；C→A过程，气体对外界做的功等于p-V图线与横坐标轴围成的面积W3=×(1+4)×105×3×10-3 J=750 J，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，表达式中的W表示外界对气体做的功，则有W=W1+W2-W3=1 200 J-750 J=450 J，联立可得Q=ΔU-W=-450 J，气体向外界释放热量450 J，故D正确。］
10.CD ［a→b的过程为等容升温吸热过程，分子平均动能增大，但某一个分子动能可能减小，A错误；b→c的过程，压强不变，温度升高，则气体的体积增大，气体对外界做功，B错误；c→d的过程为等温过程，气体压强减小，根据玻意耳定律可知气体体积增大，由于气体分子平均动能不变，因此气体压强减小是因为气体分子的密集程度减小，C正确；a→b→c→d整个过程末状态气体温度升高，内能增加，且体积增大，气体对外做功。根据热力学第一定律知，气体吸收的热量大于气体对外做的功，D正确。］
11.(1)3×105 Pa (2)36 cm (3)125.4 J
解析 (1)对活塞，由平衡条件得pS=p0S+mg
得p=3×105 Pa
(2)由题意知封闭气体发生等压变化，则有=
即=，代入数据得H=36 cm
(3)由题意得W=-pΔV=-5.4 J，ΔU=120 J
由ΔU=W+Q，得Q=125.4 J。
12.(1)4p0 (2)p0 (3)Q-8p0SL
解析 (1)对活塞受力分析，根据共点力平衡，
有p1S=p0S+F，解得p1=4p0
(2)假设加热升温过程始终是等压变化，根据盖-吕萨克定律，有=，解得L'=L>3L
此时活塞已经与汽缸右侧挡片接触，
由=得p2=p0
(3)此过程中气体对外做功为W=p1S·2L=8p0SL
根据热力学第一定律，有ΔU=Q-W
可得此过程中气体内能的增加量为ΔU=Q-8p0SL。
13.(1)600 K (2)150 J
解析 (1)理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变，
根据盖—吕萨克定律有=，
代入数据解得TB=TA=600 K
(2)从A状态到B状态的过程中，外界对气体做功
W1=-pA(VB-VA)，
解得W1=-100 J
从B状态到C状态的过程中，气体体积保持不变，
根据查理定律有=，
解得pC=2.5×105 Pa
从C状态到D状态的过程中，
外界对气体做功W2=pC(VC-VD)，
解得W2=250 J，
一次循环过程中外界对气体所做的总功
W=W1+W2=150 J，
理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内能变化量ΔU=0。
根据热力学第一定律有ΔU=W+Q，
解得Q=-150 J
故完成一次循环，气体向外界放热150 J。作业20 热力学第二定律
1~7题每题7分，共49分
考点一 对热力学第二定律的理解
1.(多选)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律( )
A.常温下一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能而不引起其他变化
C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
2.(多选)(2024·莆田市高二月考)下列说法中正确的是( )
A.一切涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C.由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
3.(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是( )
A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B.没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C.不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化
D.如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100%
4.(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内、外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是( )
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律
D.电冰箱的工作原理违背热力学第二定律
5.(多选)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A.一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能减小
B.气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C.第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律
D.热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
考点二 能源与能量耗散
6.关于能量和能源，下列说法中正确的是( )
A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要
D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
7.(多选)下列关于能源的说法中正确的是( )
A.能源是取之不尽，用之不竭的
B.能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
8~11题每题10分，共40分
8.(多选)(2023·哈尔滨市期末)下列有关热力学第二定律的说法正确的是( )
A.气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是不可逆过程
B.能源危机说明自然界的总能量在不断减少
C.水的温度自动下降时，释放的内能可以自发地全部转化为机械能
D.物体从高温热库吸收热量后，内能可能变少
9.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不可能使热量自发地由低温物体传递到高温物体；其二：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。第一种表述方式可以用如图所示制冷机工作示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，则下列示意图中正确的是( )
10.如图所示，水平横置汽缸内封闭有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁之间无摩擦，但不漏气。现将活塞杆与外界连接并缓慢地向右移动，这样气体将膨胀并通过杆对外做功。已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )
A.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B.气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D.以上三种说法都不对
11.(多选)如图是空气能热水器的工作原理示意图，它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程如下：
①液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器中迅速汽化，并从低温的空气中吸收热量。
②制冷剂汽化生成的蒸汽被压缩机压缩后变成高温高压的蒸汽进入冷凝器。
③在冷凝器中，高温高压的蒸汽将热量传递给水并发生液化。制冷剂以此不断循环流动，使水的温度不断上升。下列说法正确的是( )
A.空气能热水器实现了“热量由低温物体(空气)传向高温物体(水)”
B.空气能热水器中的水被加热是由电直接加热的
C.空气能热水器的工作原理不违反热力学第一定律
D.空气能热水器的制热系统能够不断地把空气的内能传给水，是因为其消耗了电能
(11分)
12.(2023·苏州市高二月考)如图所示，两种不同的金属组成一个回路，接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯中，此时回路中电流计发生偏转，这是温差电现象，假设此过程电流做功为W，接触头1从热水中吸收的热量为Q1，冷水从接触头2吸收的热量为Q2，根据热力学第二定律可得( )
A.Q1=W B.Q1>W
C.Q1
1.CD ［选项A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生。选项C中系统的势能减少了，选项D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生。］
2.AC ［自然界中一切涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性，故A正确；一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，所以不违背能量守恒定律的物理过程不一定都是可以实现的，故B错误；根据热力学第二定律，一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，所以可以由自然过程的方向性判断物理过程能否自发进行，故C正确；根据热力学第二定律，一部分物理过程可以自发进行，故D错误。］
3.AC ［热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；传热过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，C选项正确；热机效率无法达到100%，D选项错误。］
4.BC ［根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，要想使热量从低温物体传到高温物体必须借助于其他系统做功，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律，故C正确，D错误。］
5.AB ［一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，Q=0，W<0，根据ΔU=W+Q可知，气体的内能减小，故A正确；热力学第二定律表明：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确；第一类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律，故C错误；热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化”，故D错误。］
6.D ［能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，但品质降低了，且现有可利用的能源有限，故我们要注意节约能源，选项D正确。］
7.BC ［能量在数量上虽然守恒，但其耗散后无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用对环境影响比新能源、核能大，C正确，D错误。］
8.AD ［气体自发地扩散运动总是向着无序的方向进行，是不可逆的过程，故A正确；根据能量守恒定律可知自然界的能量总量不会减少，故B错误；水的温度自动下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，故C错误；改变物体内能方式有传热和做功，所以当物体吸收热量后对外做功的情况下内能可能变少，故D正确。］
9.B ［对于第二种表述方式，热机工作时，从高温热库吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库，故选项B正确，A、C、D错误。］
10.C ［由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使活塞缓慢地向右移动过程中，气体有足够时间与外界进行传热，汽缸内的气体温度不变，即内能不变。该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，全部用来对外做功并且内能不变，但此过程并不违反热力学第二定律，这是因为此过程需要外力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能自发进行，故选项C正确。］
11.ACD ［空气能热水器工作时将外界低温空气中的热收集起来然后通过压缩机再传给温度较高的水，使水的温度升高，故A、D正确，B错误；空气能热水器在工作时遵守热力学第一定律，故C正确。］
12.B ［根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功，而不产生其他影响；所以从热水中吸收的热量Q1应该大于电流做的功W，即Q1>W。根据能量守恒定律和热力学第二定律，从热水中吸收的热量Q1转化成了两部分，一部分是电能W，另一部分是冷水吸收的热量Q2，故选B。］
