能量守恒定律——高二物理人教版（2019）选择性必修三课时优化训练
一、单选题
1．“回热式热机”热循环过程可等效为如图所示曲线，为等温过程，为等容过程。对于一定质量的理想气体，在热循环时程中( )
A.a状态气体温度比c状态低
B.整个循环过程，气体对外放出热量
C.两过程气体放出、吸收的热量相等
D.d状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比c状态少
2．某同学在室外将一个吸管密封在一空矿泉水瓶瓶口，并在吸管口蘸上肥皂液，将瓶子从寒冷的室外转移到温暖的室内，他看到在吸管口出现了若干个泡泡。将矿泉水瓶内的气体看作理想气体，不考虑矿泉水瓶的热胀冷缩。下列说法正确的是( )
A.瓶内气体做无规则热运动的速率都增大
B.气体从室内吸收的热量等于气体膨胀对外做的功
C.瓶内气体的平均密度变小
D.瓶内气体做等容变化
3．一定质量理想气体的状态变化如图所示，该图由4段圆弧组成，表示该气体从状态a依次经状态b、c、d，最终回到状态a的变化过程，图中两虚线分别与坐标轴平行，下列说法正确的是( )
A.状态c温度小于状态d温度
B.从状态b到状态c是等温变化
C.从状态c到状态a，气体对外界做功，内能减小
D.从状态a到状态b，气体吸收热量
4．有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV~20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是( )
A.化学能转化为电能 B.内能转化为电能
C.光能转化为内能 D.机械能转化为电能
5．拔罐是中医传统养生疗法之一，以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、祛风散寒等作用的疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内，下列说法正确的是( )
A.火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体稍有体积减小，温度降低，压强减小
B.火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体稍有体积减小，温度升高，压强增大
C.火罐内的气体吸收热量，内能增大
D.火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数增加
6．如图为传统的爆米花机工作时的情景。将玉米倒入铁质容器后，将容器封闭，容器内气体压强为、温度为，加热后，当容器内气体压强为时，将容器打开即爆出爆米花，打开容器前，可以认为容器内玉米的体积不变，气体看成理想气体，，下列说法错误的是( )
A.加热过程，容器内气体温度升高，气体分子的速率均增大
B.加热过程，容器内气体压强增大，是因为气体分子的平均动能增大
C.打开容器前瞬间，容器内气体温度达到
D.打开容器瞬间，容器中气体对外做功，容器内气体温度降低
7．健身球是一种新兴、有趣的体育健身器材。如图所示，健身者正在挤压健身球，健身球内的气体视为理想气体且在挤压过程中温度不变，下列说法正确的是( )
A.健身球内的气体向外界释放热量
B.健身球内的气体对外界做正功
C.健身球内的气体内能变大
D.健身球内的气体单位时间、单位面积撞击球壁的分子数不变
8．制冷机通常是按照如图所示的逆卡诺循环来工作的，其中1→2、3→4为绝热过程，2→3、4→1为等温过程.将制冷机中的封闭气体看作理想气体，以下判断正确的是( )
A.1→2的过程中气体温度降低
B.2→3的过程中气体放热
C.3→4的过程中气体内能增加
D.1→2→3→4→1的整个循环过程中，气体对外界做正功
二、多选题
9．在四冲程内燃机的奥托循环中，一定质量的理想气体经历两个绝热和两个等容的循环过程，从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a，其图象如图所示。下列说法正确的是( )
A.气体在状态a时的内能小于状态b时的内能
B.气体分子的平均动能
C.在由状态c到d的过程中，单位时间内气体分子对汽缸壁单位面积的碰撞次数一定减小
D.在由状态a经b到c的过程中，气体吸收的热量小于由状态c经d到a过程中放出的热量
10．一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程回到原状态，其图像如图所示，分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是( )
A.状态a、b、c的压强满足
B.a到b过程中气体对外做功，吸收热量，内能增加
C.b到c过程中外界对气体做功，气体内能增加
D.c到a过程中气体吸收的热量等于气体对外做的功
11．如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体（不考虑分子间的作用力），用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是( )
A.单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B.电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C.电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变
D.电流对气体做的功一定大于气体对外做的功
三、填空题
12．一定质量理想气体先后经历三个阶段，其图像如图所示。
在的过程中气体内能的变化趋势为_____(填“一直增大”或“一直减小”或“先增大后减小”或“先减小后增大”)。在过程中气体_____（填“吸收”或“放出”）的热量为_____J。
13．如图，一定量的理想气体从状态经热力学过程后又回到状态a。对于三个过程，过程中，气体始终_____（填“吸热”或“放热”），过程中，气体始终_____（填“吸热”或“放热”），过程中，气体的温度如何变化，答：_____。
14．如图为一定质量的理想气体的体积V与热力学温度T的关系图像，该气体的状态经历的变化过程。气体状态由过程中，气体压强________（选填“增大”“不变”或“减小”）；若整个过程中气体放出的热量为Q，则整个过程外界对气体所做的功为________。
四、计算题
15．鱼类在适宜的水温中才能生存，某探究小组设计的一个水温监测报警装置如图所示，圆柱形导热容器下半部分竖直放置在水中，上半部分处于空气中，容器用质量、面积的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，水的热力学温度时，活塞与容器底的距离，且刚好与低温报警传感器无压力接触，此时低温报警器报警。水温升高后，活塞缓慢上升后接触高温报警传感器，当活塞对高温报警传感器的压力时，高温报警器开始报警。水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，容器内的气体从外界吸收的热量，大气压强恒为，取重力加速度大小。求：
（1）水温为280K时容器内气体的压强及高温报警时容器内气体的热力学温度；
（2）水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，容器内气体内能的变化量。
16．某地强风风速为14m/s，设空气密度为，若某风力发电机的风扇叶片长10m，当风通过风扇横截面时，其动能的20%将转化为电能，则该风力发电机的功率是多大？
参考答案
1．答案：C
解析：由于，而过程为等容变化，根据查理定律，则，可知，故，A错误；根据，可知图线与V轴所围图形的面积表示做功W，由于过程中气体对外界做功，过程外界对气体做功，根据面积关系可知，整个过程中，而整个过程中，根据热力学第一定律，可知，即气体吸热，B错误；由于，而理想气体的内能仅取决于温度，可知两过程中内能变化量数值相等，即相等，而两过程均为等容变化，则，根据热力学第一定律，有，故两过程中相等，即气体放出、吸收的热量相等，C正确；，又有，根据压强的微观解释，可知d状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比c状态多，D错误。
2．答案：C
解析：矿泉水瓶从室外转移到室内过程中，环境温度升高，瓶内气体温度升高，所以气体热运动的平均动能增大，但不是每个气体分子做无规则热运动的速率都增大，故A错误；由于瓶内气体可视为理想气体，所以在气体温度升高时气体的内能增加，即，气体膨胀过程中对外做功，即，由热力学第一定律有，所以，故B错误；由于气体的体积变大，而封闭气体的质量不变，所以变小，故C正确；瓶内气体在此过程中气体的压强不变，所以做等压变化，故D错误。
3．答案：D
解析：由克拉伯龙方程知，n一定，，在图像中，状态d的pV乘积小于状态c的pV乘积，有，故A错误；
B.根据玻意耳定律可知，等温变化的图像为双曲线，不是圆弧，因此从状态b到状态c不是等温变化，故B错误；
C.从状态c到状态a，气体体积减小，外界对气体做功，由A选项解题思路可知，，温度降低，气体内能减小，故C错误；
D.从状态a到状态b，体积增大气体对外界做功，温度增加，气体内能增加，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故D正确。
4．答案：D
解析：转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，所以是机械能转化为电能。
5．答案：A
解析：
6．答案：A
解析：加热过程，容器内气体温度升高，气体分子的平均速率增大，并不是所有气体分子的速率均增大，A项错误；加热过程，容器内气体分子密度不变，因此压强增大的原因是气体分子的平均动能增大，B项正确；打开容器前瞬间，，解得，即，C项正确；打开容器瞬间，气体膨胀，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，温度降低，D项正确。
7．答案：A
解析：B.健身者正在挤压健身球，即外界对气体做正功，故B错误；
C.健身球内的气体视为理想气体，其内能只有分子动能，则内能由温度决定，而温度不变，则健身球内的气体内能不变，故C错误；
A.因外界对气体做正功
气体内能不变
根据热力学第一定律
可得
即气体向外界释放热量，故A正确；
D.气体的温度不变，即所有分子的平均速率不变，而体积变小，则单位体积的分子数变多，由压强的决定式
可知压强变大，则健身球内的气体单位时间，单位面积撞击球壁的分子数变多，故D错误。
故选A。
8．答案：B
解析：1→2的过程为绝热过程，故，气体体积减小，故外界对气体做正功，，根据热力学第一定律可知，，气体内能增大，温度升高，A错误；2→3的过程为等温过程，故，气体体积减小，故外界对气体做正功，，根据热力学第一定律可得，即气体放热，B正确；3→4的过程为绝热过程，故，气体体积增大，故外界对气体做负功，，根据热力学第一定律可知，物体内能减小，C错误；图线与横轴围成图形的面积表示做功的大小，由于1→2→3曲线与横轴围成图形的面积大于3→4→1曲线与横轴围成图形的面积，且1→2→3过程气体做负功，3→4→1过程气体做正功，故整个过程气体对外界做负功，D错误.
9．答案：AC
解析：A.从状态a到b是绝热过程，体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，则气体在状态a时的内能小于状态b时的内能，故A正确；
B.由于气体在状态a时的内能小于状态b时的内能，可知，则分子平均动能满足；从状态b到c气体发生等容升压，则气体温度升高，分子平均动能满足；从状态c到d是绝热过程，体积增大，外界对气体做负功，气体内能减少，则有，分子平均动能满足；从状态d到a气体发生等容降压，则气体温度降低，分子平均动能满足；故B错误；
C.从状态c到d为绝热过程，体积增大，外界对气体做负功，内能减少，分子平均动能减小，分子数密度减小，则单位时间内气体分子对汽缸壁单位面积的碰撞次数一定减小，故C正确；
D.由状态a经b到c的过程中，外界对气体做的正功为，吸收的热量为，由状态c经d到a过程中，气体对外界做的正功为，放出的热量为，由热力学第一定律可得
图象中，图线与坐标轴所围成的面积表示外界对气体做功的绝对值，则有
所以
则由状态a经b到c的过程中，气体吸收的热量大于由状态c经d到a过程中放出的热量，故D错误。
故选AC。
10．答案：AD
解析：根据理想气体状态方程（常数），由题图可得，得，A正确；a到b过程中，由题图可得，气体的体积不变，说明外界对气体做功为零，温度升高，说明内能增加，根据热力学第一定律可知，此过程中，气体吸收热量，B错误；b到c过程中，由题图可得，气体的体积减小，说明外界对气体做功，温度降低，说明气体内能减少，C错误；由题图可得，c到a过程温度不变，说明内能不变，即，体积增大，说明气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，此过程中气体吸收热量，且气体吸收的热量等于气体对外做的功，D正确.
11．答案：AD
解析：BCD.由题意知，气体压强不变，活塞上升，气体体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升高，气体内能增加，由热力学第一定律可知，电流对气体做的功一定大于气体对外做的功，BC错误，D正确；
A.由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子平均动能增大，对活塞的作用力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确。
故选AD。
12．答案：先增大后减小；放出；2000
解析：由理想气体状态方程有，代入数据可得
则气体在状态A的内能等于状态C的内能，在过程中，图像中图线与横轴围成的面积等于气体做的功，整个过程，外界对气体做功为
由热力学第一定律有
可得，即在过程中气体放出的热量为。
13．答案：吸热；放热；根据理想气体状态方程，先增大后减小，气体的温度先升高后降低；
解析：由图示图像可知，过程气体体积V不变而压强p增大，由理想气体状态方程
可知，气体温度升高，气体内能增大，气体体积不变，外界对气体不做功，由热力学第一定律
可知
所以过程，气体始终从外界吸收热量；
由图示图像可知，过程气体压强p不变而体积V减小，由理想气体状态方程
可知，气体温度T降低，气体内能减小，，气体体积减小，外界对气体做功，，由热力学第一定律
可知
过程气体始终向外界放出热量；
由图示图像可知，过程气体压强p与体积V的乘积先增大后减小，由理想气体状态方程
可知，过程气体温度T先升高后降低。
14．答案：不变；Q
解析：气体状态由过程中，所以是等压过程，气体压强不变。
的整个过程气体温度不变，内能不变，则，整个过程中气体放出的热量为Q，由热力学第一定律可知，解得整个过程外界对气体所做的功为。
15．答案：（1），（2）内能增加30J
解析：（1）设水温为280K时容器内气体的压强为，对活塞受力解题思路
解得
设高温报警时容器内气体的压强为，对此时活塞受力解题思路
解得
对以上两个状态，根据理想气体状态方程
其中
解得
（2）水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，
根据热力学第一定律
所以，水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，容器内气体的内能增加了30J。
16．答案：
解析：依题意，可得内通过扇叶的风的质量为
风的动能为
发电机的功率为P，时间为t，由能量守恒定律可得
由题中数据可知
，
代入求得热力学第一定律——高二物理人教版（2019）选择性必修三课时优化训练
一、单选题
1．如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法错误的是( )
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.气体在自发扩散过程中，气体对外界不做功
D.气体在被压缩的过程中，气体对外界做功
2．一定量的理想气体从状态a经状态b、c再回到状态a的循环过程中，其压强p与体积V的变化关系如图所示。关于该循环过程，下列说法中正确的是( )
A.状态a时气体的温度最高
B.a→b过程中气体从外界吸热
C.b→c过程中气体从外界吸收的热量为
D.c→a过程中外界对气体做功为
3．新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。储气室内气体可视为理想气体，在喷液过程中储气室内温度保持不变，喷液全过程储气室内气体在P-V图像中的变化图线如图乙所示，A、B是双曲线上的两点。下列说法正确的是( )
A.气体在状态A的内能一定大于在状态B的内能
B.图中和的面积一定相等
C.气体从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量大于气体做的功
D.气体从状态A变化到状态B的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数不变
4．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是( )
A.C→A的过程中外界对气体做功600J
B.B→C的过程中气体对外界做功600J
C.整个过程中气体从外界吸收600J的热量
D.整个过程中气体从外界吸收450J的热量
5．关于质量一定的理想气体，下列说法正确的是( )
A.气体温度降低，其压强一定减小
B.气体体积减小，其压强一定增大
C.气体不断被压缩的过程中，其温度一定升高
D.气体与外界不发生热量交换的过程中，其内能也可能改变
6．如图所示，导热性能良好的气缸竖直放置，气缸内用轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可沿气缸无摩擦滑动，现往活塞上缓慢增加砂子，当砂子的质量为时，活塞下降的高度为h，此过程中气体向外放出的热量为，继续缓慢添加砂子，当砂子的质量为时，活塞又下降了高度h，此过程中气体向外放出的热量为，整个过程中环境的气压和温度均保持不变。关于上述各量的关系，下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
7．如图所示，圆柱形汽缸内部通过活塞封闭着一定量的理想气体，初始状态，汽缸内气柱长度为，温度为，现将气体加热，气柱长度从缓慢变为的过程中，气体吸收热量360J，对活塞做功100J，对于上述变化过程下列说法正确的是( )
A.气体压强不断增大
B.气体的内能增加460J
C.气体可能在放出200J的热量之后恢复初始状态
D.气体可能在放出300J的热量之后恢复初始状态
8．钢瓶中装有一定质量的气体，现在用两种方法抽钢瓶中的气体：第一种方法是用容积为的小抽气机，共抽取两次；第二种方法是用容积为的大抽气机抽取一次，这两种抽法中，抽取气体质量较大的是( )
A.第一种抽法 B.第二种抽法
C.两种抽法抽出的气体质量一样大 D.无法判断
二、多选题
9．在打乒乓球时如果不小心把乒乓球压瘪了，但还不漏气，可以把被压瘪的乒乓球放进杯子里，再往杯子里倒入热水，过一会儿乒乓球就可以复原。如图，压瘪的乒乓球内气体的体积为30mL，气体的压强为，温度为27℃，倒入热水复原后球内气体的体积为32mL，温度为87℃，球内气体可视为理想气体。则下列说法正确的是( )
A.乒乓球内气体温度升高后，每个气体分子的动能都增大
B.乒乓球复原过程中外界对球内气体做功
C.乒乓球复原过程中球内气体吸收热量
D.乒乓球复原后球内气体的压强为
10．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气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交换，忽略气体分子间相互作用，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
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C后又回到状态A其中为等温过程。下列说法正确的是( )
A.过程中，单位时间内、单位面积上与器壁碰撞的分子数增加
B.过程中，气体放出热量
C.过程中，气体分子的平均动能保持不变
D.过程中，气体吸收热量
三、填空题
12．一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示，MN为一条直线，则气体从状态M到状态N的过程中，气体内能______（填“先增大后减小”“先减小后增大”或“始终保持不变”）；气体吸收的热量______（填“大于”“等于”或“小于”）气体对外所做功.
13．汽缸内封闭了一定质量、压强为、体积为的理想气体，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至，此过程气体向外界释放的热量，则气体内能______（填“增大”或“减少”）了______J。
14．如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿到达状态c的过程中，气体吸热200J，对外做功80J，从状态c沿曲线到状态a的过程中，外界对气体做功50J，则过程中气体________（选填“吸收”或“放出”）的热量数值为________J。
四、计算题
15．如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量与温度变化量的关系式为，C为已知常量，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求
（1）再次平衡时容器内气体的温度。
（2）此过程中容器内气体吸收的热量。
16．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。
（1）气体从状态1到状态2是______（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能______（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求水平恒力F的大小；
（3）求电阻丝C放出的热量Q。
参考答案
1．答案：D
解析：抽开隔板时，由于右方是真空，气体自由扩散，气体没有对外做功，又没有热传递，则根据可知，气体的内能不变，A、C正确，不符合题意；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，又没有热传递，根据可知，气体内能增大，B正确，不符合题意，D错误，符合题意.故选D.
2．答案：D
解析：A.根据理想气体状态方程
可知，值越大，温度越高，由图可知，状态a时值不是最大，所以状态a时气体的温度不是最高，故A错误；
B.过程，气体体积不变，即气体做功为零。气体压强减小，即温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B错误；
C.过程，气体体积增大，对外做功为
值增大，气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知
所以气体从外界吸收的热量大于，故C错误；
D.过程中，气体体积减小，外界对气体做功，图线与横轴围成的面积表示做功，所以做功为，故D正确。
故选D。
3．答案：B
解析：A.由于该双曲线为等温线，则气体在状态A、B时的分子平均动能相等,又由于气体为理想气体，则气体的分子势能可忽略不计，所以气体在状态A的内能一定等于在状态B的内能，选项A错误；
B.由题意可知,图线为等温曲线,由理想气体状态方程可得
由于C是常量，温度T保持不变，则pV为定值，则图中和的面积相等，选项B正确；
C.从状态A变化到状态B的过程中，气体的体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律得气体从外界吸收热量，又由于，则气体吸收的热量等于气体对外界所做的功，选项C错误；
D.从状态A变化到状态B的过程中气体的压强减小，则气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少，选项D错误。
故选B。
4．答案：C
解析：A.在C→A过程中，图线为直线，根据理想气体状态方程可知压强不变，气体体积减小，外界对气体做功，根据
解得
故A错误；
B.由题知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，则B→C的过程中气体对外界做功900J，故B错误；
CD.A→B→C→A，温度不变，则内能变化量，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900J；C→A的过程中外界对气体做功300J，故
则整个过程中气体从外界吸收600J的热量，故C正确，D错误。
故选C。
5．答案：D
解析：AB.根据题意，由理想气体状态方程可知，若气体温度降低，体积也减小，其压强可能增大，可能不变，可能减小，故AB错误；
CD.由热力学第一定律
可知，气体不断被压缩的过程中，外界对气体做正功，如果气体同时向外界放热，气体的内能可能不会增加，气体温度不一定升高，若气体与外界不发生热量交换的过程中，如果外界对气体做功，气体内能发生变化，故C错误，D正确。
故选D。
6．答案：B
解析：设初始时气体的压强与外界大气压强为，第一次加砂后气体压强为，活塞横截面积为S，气缸初始气体高度为H，有
该过程是等温变化，有
解得
根据等温变化的图像，面积代表做功可知，该过程气体的做功为
由于理想气体温度不变，所以该过程气体内能不变，由热力学第一定律有
解得
设第二次加砂后气体的压强为，有
从第一次加砂到第二次加砂有
解得
该过程气体的做功为
由于理想气体温度不变，所以该过程气体内能不变，由热力学第一定律有
解得，故选B。
7．答案：D
解析：A.对活塞受力解题思路，根据平衡条件可知，气体的压强不变，故A错误;B.根据热力学第一定律，其中,，解得，所以，气体的内能增加260J，故B错误;CD.气体若恢复初始状态，则内能需减小260J，此过程体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，所以气体放出的热量一定大于260J，故C错误，D正确。故选D。
8．答案：A
解析：对第一种抽法有，设初态气体压强为，钢瓶体积为V，每次抽出的气体体积为，对气体状态变化应用波义耳定律有解得继续抽取有解得对第二种抽法有解得显然由此可知抽取气体质量较大的是第一种抽法，故选A。
9．答案：CD
解析：A.物体温度是它分子热运动的平均动能的标志，所以乒乓球内气体温度升高后分子热运动的平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都增大，故A错误；B.乒乓球恢复成原来的圆球形的过程气体体积增大，对外做功，即，故B错误；C.气体的温度升高，则内能增大，即，根据热力学第一定律，则，即气体从外界吸收热量，故C正确；D.乒乓球恢复成原来的圆球形过程，初态温度为，末态温度为，根据理想气体状态方程有，解得，故D正确。故选CD。
10．答案：AD
解析：密闭于气缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而，缸内气体与外界无热交换说明，忽略气体分子间相互作用，说明内能是所有分子动能的总和。根据热力学第一定律，可知内能增加量，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低。故选AD。
11．答案：BC
解析：A.过程中，压强不变，体积变大，分子数密度减小，温度升高，分子平均速率变大，则单位时间内、单位面积上与器壁碰撞的分子数减小，A错误；
B.过程中，气体体积不变
温度降低内能减小
根据可知
故气体放出热量，B正确；
C.过程中，气体温度不变，则分子的平均动能保持不变，C正确；
D.过程中，气体温度不变，内能不变，即
气体体积减小，外界对气体做功，即
则根据可知
故气体放出热量，D错误。
故选BC。
12．答案：先增大后减小；等于
解析：不变，pV越大，T越高。状态在（2,2）处温度最高。在M和N状态，pV乘积相等，所以温度先升高，后又减小到初始温度;气体的内能先增加某一值，再减少同样的值。故气体内能先增大后减小。气体膨张就会推动活塞对外界做功，整个过程中气体初末温度相等，所以整个过程内能变化为0.根据热力学第一定律，由于气体的内能增加，，故气体吸收的热量等于气体对外所做的功.
13．答案：减少，
解析：由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量：，即气体内能减少了。
14．答案：放出；170
解析：气体从a沿回到状态a的过程中，由热力学第一定律可知：，则，解得，即放出热量的数值为170J。
15．答案：（1）
（2）
解析：（1）设容器内气体初、末状态体积分别为，末状态温度为T，由盖-吕萨克定律得
其中
联立解得
（2）设此过程中容器内气体吸收的热量为Q，外界对气体做的功为W，由热力学第一定律得
其中
联立解得
16．答案：（1）不可逆；不变
（2）10 N
（3）89.3 J
解析：（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又容器与活塞均绝热，即没有发生热传递，所以由热力学第一定律可知气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。
（2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有
解得状态2时气体的压强为
解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为研究对象，根据力的平衡条件可得
代入数据解得
（3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体发生等压变化，则有
解得状态3时气体的体积为
该过程外界对气体做的功为
根据热力学第一定律可得
解得气体吸收的热量，即电阻丝放出的热量热力学第二定律——高二物理人教版（2019）选择性必修三课时优化训练
一、单选题
1．如图所示，10 ℃的氧气和20 ℃的氢气体积相同，汞柱在连通两容器的细管中央，下列叙述正确的是( )
A.当氧气和氢气的温度都升高10 ℃时，汞柱不移动
B.当氧气和氢气的温度都升高10 ℃时，汞柱将向左移
C.当氧气温度升高10 ℃，氢气温度升高20 ℃时，汞柱向左移
D.当氧气温度升高10 ℃，氢气温度升高20 ℃时，汞柱不会移动
2．为切实保护好自然生态环境，国家倡导广大出游者“带垃圾下山”。已知随着海拔的降低，环境的温度、气压均升高。某游客从山顶携带密闭空玻璃瓶到达山脚，忽略玻璃瓶形变产生的影响，瓶内气体可视为理想气体，则在下山过程中( )
A.瓶内气体放热 B.瓶内气体对外做正功
C.瓶内气体内能减少 D.瓶内气体分子平均动能增加
3．下列说法正确的是( )
A.热量不能由低温物体传递到高温物体
B.外界对物体做功，物体的内能必定增加
C.第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
D.电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违反热力学第二定律
4．关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A.热量不可以从低温物体传到高温物体
B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C.吸收了热量的物体，其内能一定增加
D.压缩气体总能使气体的温度升高
5．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，是可逆过程
B.第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C.空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性
D.一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
6．“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。小张同学在实验中缓慢推动活塞，根据实验数据作出图线如图所示，图线弯曲的可能原因是( )
A.活塞与筒壁间存在摩擦 B.实验中用手握住了注射器前端
C.未在注射器活塞上涂润滑油 D.压强传感器与注射器的连接处漏气
7．肺活量是衡量人体呼吸功能的一个重要指标，是指人能够呼出的气体在标准大气压下的最大体积。一同学设计了如图所示的装置测量自己的肺活量，竖直放置的汽缸中有一与汽缸壁接触良好的活塞，活塞上方放有重物，活塞由于卡槽作用在汽缸中静止不动，插销K处于打开状态，汽缸中活塞下方空间的体积为，该同学用尽全力向细吹嘴吹气后，关闭插销K，最终活塞下方空间的体积变为，已知外界大气压强为，活塞的面积为S，活塞及上方重物的总重力，汽缸的导热性能良好，则该同学的肺活量为( )
A. B. C. D.
8．给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体( )
A.从外界吸热 B.对外界做负功 C.分子平均动能减少 D.内能增加
二、多选题
9．根据热力学定律，下列说法正确的是( )
A.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量
B.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机，将内能全部转化为机械能
C.导体在光滑水平U形导轨上做切割磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来
D.冰箱的使用说明热量可以自发地从低温物体传递到高温物体
10．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图8所示的图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时的温度为。下列说法正确的是( )
A.气体在状态C时的温度
B.从A到C过程外界对气体做了600J的功
C.气体从状态D变化到状态A，单位体积内的气体分子数减小，气体分子的平均动能不变
D.若气体从D到A过程中外界对气体做功为250J，则气体从A→B→C→D→A（一次循环）过程中气体吸收的热量为250J
11．一定质量理想气体压强与体积的关系图像如图所示，气体可以从A状态经C状态变化到B状态（Ⅰ过程），也可以从A状态经等温过程变化到B状态（Ⅱ过程），则下列说法正确的是( )
A.气体在B状态的体积为
B.气体在Ⅱ过程中向外界释放热量
C.在C状态时气体分子运动剧烈程度比在A状态时剧烈
D.气体从C状态变化到B状态的过程中从外界吸收热量
三、填空题
12．如图所示，一定质量的理想气体封闭在导热性能良好的汽缸中。在某次深潜实验中，探测到汽缸所在处的海水温度为280K，压强为100atm，汽缸内气体体积为。已知海平面的温度为300K，大气压强为1atm，不计活塞质量和一切摩擦。当该汽缸缓慢上升至海平面时，气体体积为_____，则在此过程中气体______（选填“吸热”或“放热”）。
13．如图所示，自重为G的玻璃管竖直悬挂在力传感器下方，其上端封闭，下端没入水银槽中。一段水银柱将管中气体分成上下两部分，下方气体和水银交界面与管外水银面齐平。已知力传感器示数为1.1G，外界大气压为，玻璃管横截面积为S、水银密度为ρ、重力加速度为g，不计玻璃管壁厚度，求：
（1）管内上方气体压强__________；
（2）管内水银柱高度__________；
（3）若环境温度缓慢升高，则下方气体与水银交界面将__________（选填“上升”、“下降”或“不动”），上方气体碰撞单位面积管壁的平均撞击力将__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
14．一定质量理想气体状态经历的循环过程，其图像如图所示。气体在状态A的分子平均动能________（选填“大于”“小于”或“等于”）在状态B的分子平均动能，在状态B的温度________（选填“大于”“小于”或“等于”）在状态C的温度；完成一个循环过程中，气体对外界________（选填“做正功”“做负功”或“不做功”）。
四、计算题
15．如图甲所示为某气压型弹跳杆，其核心部分可简化为如图乙所示，竖直倒立圆柱形汽缸导热性良好，连杆一端与水平地面接触，另一端与面积为S的活塞连接，不计活塞质量、汽缸质量及活塞与汽缸间的摩擦。没有站人时活塞位于距缸底为H的A处，汽缸内被活塞密封一定质量的理想气体。当某同学站上弹跳杆踏板最终稳定后（人静止在汽缸顶端）活塞位于距离缸底的B处。已知大气压强为，外界温度为27°C，重力加速度为g，汽缸始终保持竖直。
（1）求该同学的质量m；
（2）若该同学仍然站在踏板上，为使得活塞回到位置A，求密封气体的热力学温度T应缓慢升为多少；若此过程中气体内能增加了，求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q；
（3）若使用一段时间后，汽缸内漏出一部分气体，使该弹跳杆上站一个质量为的人后稳定时活塞也位于B处，求漏出气体的质量与原来汽缸中气体质量m的比值。
16．如图所示，导热性能良好的汽缸静止放置在水平地面上。汽缸质量，与地面间的动摩擦因数，质量、面积的活塞与缸壁光滑密接。汽缸内封闭着一定质量的理想气体，气柱长。现在活塞上施加一水平向右的推力，使活塞相对汽缸缓慢移动，已知大气压强，重力加速度，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，外界温度保持不变。
（1）当推力为200N时，求汽缸内气体的压强p；
（2）在推力从0逐渐增大到200N的过程中，在图乙中作出气体的图象；并求出此过程中气体向外界传递的热量Q；
（3）当推力增大到500N后保持不变，求稳定时空气柱的长度L。（结果保留两位有效数字）
参考答案
1．答案：C
解析：假设两部分气体的体积不变，设气体初始状态的参量为，末状态参量为，温度变化为，压强变化为，由查理定律有可得，开始时两部分气体的压强p相同，，若变化过程中相同，由，得，所以汞柱向右移动，故A、B错误.开始时两部分气体的压强p相同，，，若，，由，得，所以汞柱向左移，故C正确，D错误.
2．答案：D
解析：在下山的过程中，密闭空玻璃瓶内气体的体积不变，瓶内气体对外不做功，B错误；下山过程中，温度升高，瓶内气体内能增加，气体分子平均动能增加，C错误，D正确；由上述解题思路可知，由热力学第一定律，可知，即瓶内气体吸收热量，A错误。
3．答案：D
解析：根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体,在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体,例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能,同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体,所以选项A错误;外界对物体做功的同时,物体可能放热,物体的内能不一定增加,所以选项B错误;第二类永动机不可能制成，并不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成,所以选项C错误;电冰箱虽然从低温物体吸收了热量但产生了其他影响，消耗了电能,选项D正确.
4．答案：B
解析：A.不可能使热量自发地由低温物体传到高温物体，但在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体，如空调制热过程，故A错误;B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，但要产生其它影响，故B正确;C.根据热力学第一定律可知当物体从外界吸收热量的同时对外界做功，其内能不一定增大，故C错误;D.压缩气体，外界对气体作正功，气体同时可能向外释放热量，根据热力学第一定律可知物体内能可能减少、温度降低，故D错误。故选B。
5．答案：B
解析：气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故A错误。第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，是制造不出来的。故B正确。热力学第二定律的内容可以表述为：热量不能自发的由低温物体传到高温物体而不产生其他影响，即只要产生其他影响，热量就能从低温物体传到高温物体。故C错误。一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。故D错误。故选B。
6．答案：B
解析：当增大时，V减小，p增加的程度不是线性关系，当斜率增大时，压强增加程度增大，导致这一现象的是实验过程中用手握住注射器前端，导致注射器中气体温度升高，则图像的斜率会增大，而未在注射器活塞上涂润滑油、压强传感器与注射器的连接处漏气都会导致斜率减小，活塞与筒壁间存在摩擦不会影响压强与体积，故斜率不会变化，ACD错误，B正确。
故选B。
7．答案：C
解析：设该同学呼出的气体在标准大气压下的体积为V，把该同学呼出的气体和活塞下方汽缸中原有的气体作为研究对象，有
其中
解得
故选C。
8．答案：A
解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做功，选项B错误；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错误；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，选项D错误；，故，气体从外界吸热，选项A正确。
9．答案：AC
解析：A.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量，因为工作过程还有电热释放，故A正确;B.根据热力学第二定律，可知即使科技再进步，内燃机也不可能成为单一热源的热机，不可能将内能全部转化为机械能而不引起别的变化，故B错误;C.根据热力学第二定律，可知导体在光滑水平U形导轨上做切制磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来，故C正确;D.根据热力学第二定律，可知热量只能够自发从高温物体传到低温物体，但也可以通过热机做功实现从低温物体传递到高温物体，电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但不是自发的进行，故D错误。故选AC。
10．答案：AD
解析：D→A为等温线，则，C到D过程由盖·吕萨克定律得，得，故A正确。A到B过程压强不变，则气体对外做功，B到C过程体积不变，则气体不做功，则A到C过程，气体对外做功600J，故B错误。气体从状态D变化到状态A，气体体积减小，单位体积内气体分子数增大，温度不变，气体分子的平均动能不变，故C错误。气体从A到B过程体积增大，对外做功，气体从B到C过程体积不变，气体不做功，即，气体从C到D过程体积减小，外界对气体做功，即，一次循环内能不变，由热力学第一定律可得，即，则气体吸收的热量为250J，故D正确。
11．答案：AC
解析：气体从A状态经Ⅱ过程变化到B状态，由，解得，A正确；气体在Ⅱ过程中温度不变，内能不变，气体体积增加，对外界做正功，由可知气体需从外界吸收热量，B错误；气体从A状态到C状态，压强不变，体积增大，由盖-吕萨克定律可知，从A到C气体温度升高，气体分子运动的剧烈程度加剧，C正确；气体从C状态变化到B状态，体积不变，对外不做功，压强减小，由查理定律可知，气体温度降低，则气体向外界释放热量，D错误。
12．答案：3；吸热
解析：由理想气体状态方程
其中，，，，
解得
汽缸缓慢上升的过程中，温度升高，则
气体体积增大，则
根据热力学第一定律
可得
即在此过程中气体吸热。
13．答案：（1）（2）（3）下降；增大
解析：（1）玻璃管受到大气向下的压力，竖直向下的重力G，封闭气体竖直向上的支持力，测力计拉竖直向上的力
对玻璃管，由平衡条件得
则
（2）玻璃管下部封闭气体压强
联立得
（3）若环境温度缓慢升高，管内两部分气体压强均增大，则下方气体与水银交界面将下降，上方气体碰撞单位面积管壁的平均撞击力将增大。
14．答案：小于；等于；做正功
解析：解：过程中,理想气体体积不变,根据查理定律可知,压强增大,温度升高,理想气体平均动能增大,则气体在状态A的分子平均动能小于在状态B的分子平均动能；
根据一定质量的理想气体状态方程可得：
根据图中压强与体积的数据可知,
即在状态B的温度等于在状态C的温度。
图像中,图像与V轴所围几何图形的面积表示功,可知一个循环过程中,气体对外界做功为
,表示气体对外界做正功。
15．答案：（1）（2）375K，（3）
解析：（1）以被密封气体为研究对象，活塞从位置A到位置B，气体发生等温变化，设汽缸的横截面积为S，由于汽缸不计质量，气体初态压强
由玻意耳定律可知
则
由平衡条件得
解得
（2）活塞从位置B回到位置A的过程，气体发生等压变化
解得
外界对气体做功
（3）设弹跳杆上站一个质量为的人后稳定时汽缸内气体压强为，没站人时剩余气体在压强为时活塞到汽缸底的距离为h。由平衡条件得
解得
由玻意耳定律可知
解得
故漏出气体的质量与原来汽缸中气体质量的比值为
16．答案：（1）（2）见解析，（3）
解析：（1）当推力为200N时，对活塞受力平衡解题思路，得
解得
（2）在推力从0逐渐增大到200N的过程中，活塞相对汽缸缓慢移动，整个过程封闭气体做等温变化，则
又
联立解得
在图乙中作出气体的图象为一条双曲线，图象如图所示
此过程中气体温度不变，可知内能不变，外界对气体做正功，气体向外界放热，则
由图象可估算出大约图象与坐标轴围成面积约占106个小格子，则
此过程中气体向外界放出的热量
（3）汽缸与水平地面的滑动摩擦力为
当推力增大到500N后，汽缸相对水平地面发生滑动，由牛顿第二定律，
对整体解题思路
对活塞解题思路
联立解得
根据气体等温变化，有
解得稳定时空气柱的长度为功、热和内能的改变——高二物理人教版（2019）选择性必修三课时优化训练
一、单选题
1．如图所示，置于水平桌面上的汽缸导热良好，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞上，使其缓慢向右移动，汽缸始终静止，外界温度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中( )
A.气体对外界做功，吸收热量 B.气体温度降低，放出热量
C.气体压强逐渐减小，内能减小 D.气体体积逐渐增大，内能增大
2．如图所示，在空的铝制饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，接口处用蜡密封，吸管中注入一段长度可忽略的油柱，在吸管上标上温度值，就制作成了一个简易气温计。若外界大气压不变，下列说法正确的是( )
A.吸管上的温度刻度分布不均匀
B.吸管上标的温度值由下往上减小
C.温度升高时，罐内气体增加的内能大于吸收的热量
D.温度升高时，饮料罐内壁单位面积、单位时间受到气体分子撞击次数减少
3．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交换，忽略气体分子间相互作用，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.对外做负功，内能减小
4．一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程是等容过程，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是( )
A.a→b过程，气体从外界吸收热量全部用于对外做功
B.b→c过程，气体吸热，内能增加
C.c→a过程，气体放热，内能不变
D.a→b过程气体对外界做的功等于c→a过程外界对气体做的功
5．某柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体经历的迪塞尔循环，则( )
A.在过程中，气体对外做功
B.在过程中，气体分子的平均动能不变
C.在过程中，气体的温度升高
D.在过程中，气体放热
6．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是( )
A.从a到b，气体温度保持不变 B.从a到b，气体对外界做功
C.从b到c，气体内能减小 D.从b到c，气体从外界吸热
7．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分.已知A内有一定质量的理想气体，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.则该气体( )
A.内能减小，温度降低 B.内能减小，温度不变
C.内能不变，温度不变 D.内能不变，温度降低
8．一定质量理想气体从状态a开始，经历状态b、c、d又回到状态a，该过程气体的图像如图所示，其中ab的延长线过原点，cb垂直于da且与T轴平行，ba与cd平行，则( )
A.过程，气体向外放出热量 B.过程，气体从外界吸收热量
C.过程，气体压强减小 D.过程，气体分子数密度减小
二、多选题
9．如图所示为一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C、D后再回到状态A的图像，其中，和图线为双曲线的一部分，为绝热过程。下列说法正确的是( )
A.过程中，气体可能向外界放出热量
B.过程中，气体一定向外界放出热量
C.过程中，只有外界对气体做功
D.整个过程中气体从外界吸收热量
10．如图所示，一个固定斜面与水平地面平滑连接，斜面与水平地面均光滑。小物块P放在水平地面上，小物块Q自斜面上某位置处由静止释放，P、Q之间的碰撞为弹性正碰，斜面与水平面足够长，则下列说法正确的是( )
A.若，则P，Q只能发生一次碰撞
B.若，则P、Q只能发生两次碰撞
C.若，则P、Q只能发生一次碰撞
D.若，则P、Q只能发生两次碰撞
11．自热锅因其便于加热和方便携带，越来越受到户外驴友的欢迎。自热锅内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100℃，能在15分钟内迅速加热食品。自热锅的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸，对于这种现象下列说法正确的是( )
A.自热锅爆炸前，锅内气体温度升高 B.自热锅爆炸前，锅内气体内能增加
C.自热锅爆炸时，锅内气体温度升高 D.自热锅爆炸时，锅内气体内能增加
三、填空题
12．某款智能手机可以直接显示手机所处环境的压强和温度，某科创小组想利用智能手机的这种功能测量一形状不规则又易溶于水的物体密度，他们自制了“测量筒”，测量筒由上端开口的隔热性良好且可电加热的圆柱形气缸和横截面积为的隔热轻质活塞组成。具体操作如下：
第一步：如图甲所示，将手机放入测量筒，放上活塞，手机稳定显示压强；
第二步：如图乙所示，在活塞上轻放待测物体，稳定后，手机显示压强；
第三步：如图丙所示，把待测物体也放入气缸里，再放上活塞，待手机稳定显示温度时，测得活塞到汽缸底部高度。然后开启电热丝加热一段时间，待手机稳定显示温度时，测得活塞上升了。
（封闭的空气视为理想气体，忽略一切摩擦，待测物体的体积始终不变，不计电热丝和手机的体积）。求：
(1)第二步中，筒内气体在放上待测物前后的两种稳定状态进行比较，放上待测物后筒内气体分子的平均速率______（填“增大”、“减小”、“不变”），气体的内能_____（填“增加”、“减少”、“不变”）：
(2)待测物体的质量_____；
(3)待测物体的体积_____。
13．一定质量的理想气体经历了的循环过程，其压强p随的变化如图所示，状态B的温度比状态C的温度______（填“较高”、“较低”或者“相等”）；过程中气体______（填“吸收”或“放出”）热量，的循环过程，气体对外界______（填“做正功”、“做负功”或“不做功”）。
14．一定质量的理想气体经历了的循环过程后回到状态A，其图如图所示，则完成一次循环，气体内能_____(选填“增加”“减少”或“不变”)，气体_____（选填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”)。
四、计算题
15．一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，其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知该气体在状态A时的热力学温度为450K，求图示热力学过程中：
（1）该气体在状态B时的热力学温度；
（2）该气体从状态A到状态C全程是吸热还是放热？与外界交换的热量是多少。
16．汽车内胎放完气后，气门的温度可达到0℃以下，请你解释一下原因。
参考答案
1．答案：A
解析：活塞缓慢向右移动，气体体积V变大，故气体对外做功;又汽缸导热良好外界温度T保持不变，因温度是分子平均动能的标志且气体忽略分子势能，故气体温度不变气体内能不变;由理想气体状态方程,知气体压强逐渐减小，由热力学第一定律,知气体吸收热量。故A正确,BCD错误。故选A。
2．答案：D
解析：A.若油柱缓慢移动，则封闭的理想气体发生了等压变化，则,,所以,由此可知，吸管上的温度刻度分布均匀，故A错误；B.若温度升高，气体体积变大，油柱向上移动，则吸管上的温度刻度值由下往上增大，故B错误；C.气温升高时，气体内能增加，气体体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于对外做的功，罐内气体增加的内能小于吸收的热量，故C错误；D.随温度升高，每个分子产生的平均撞击力变大，而气体发生等压变化，则单位时间内罐内壁单位面积上受到气体分子撞击的次数减小，故D正确。故选D。
3．答案：A
解析：密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而，缸内气体与外界无热交换说明，忽略气体分子间相互作用，说明内能是所有分子动能的总和。根据热力学第一定律，可知内能增加量，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低。所以只有A正确;故选A.
4．答案：C
解析：A.过程，气体做等压变化，气体体积增大，则气体温度升高，内能增大，由于体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律，气体吸热，故过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，一部分用于增加内能，故A错误；B.过程，气体做等容变化，气体压强减小，则气体温度降低，内能减小，由于体积不变，外界对气体不做功，根据热力学第一定律，气体放热，故B错误；C.过程，气体做等温变化，内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，气体放热，故C正确；D.图像与坐标轴围成的面积表示做功，过程图像与坐标轴围成的面积大于过程图像与坐标轴围成的面积，故过程气体对外界做的功大于过程外界对气体做的功，故D错误。故选C。
5．答案：D
解析：A.在a→b过程中，气体体积减小，外界对气体做功，故A错误；B.在b→c过程中，气体压强不变，体积增大，根据盖-吕萨克定律可知，气体温度升高，则气体分子的平均动能增大，故B错误；C.在c→d过程中是绝热过程，即有Q=0，该过程气体体积增大，气体对外做功，即有根据热力学第一定律可知气体内能减小，气体温度降低，故C错误；D.在d→a过程中，气体体积不变，不做功。同时压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低，则内能减小，根据可知气体放热。故D正确。故选D。
6．答案：D
解析：AB.一定质量的理想气体从状态开始，沿题图路径到达状态b过程中气体发生等容变化，压强减小，根据查理定律，可知气体温度降低，再根据热力学第一定律，由于气体不做功，内能减小，则气体放热，AB错误;CD.一定质量的理想气体从状态b沿题图路径到达状态过程中气体发生等压变化，体积增大，根据，可知气体温度升高，内能增大，再根据热力学第一定律，可知b到c过程吸热，且吸收的热量大于功值，C错误、D正确。故选D。
7．答案：C
解析：由于B内为真空，当抽开隔板K后，气体扩散，不做功，且由于为绝热系统，根据所以内能不变，因为是理想气体，所以温度不变，故选C。
8．答案：A
解析：
9．答案：CD
解析：A.图线为双曲线的一部分，则过程中，气体做等温变化，气体内能不变，由于气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界吸收热量，故A错误；B.和图线为双曲线的一部分，则和过程中，气体做等温变化，图线压强和体积的乘积较大，根据理想气体状态方程，可得，故过程中，气体温度降低，内能减小，气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体可能向外界放出热量，可能向外界吸收热量，可能没有热量传递，故B错误；C.过程中，气体温度升高，内能增大，为绝热过程，根据热力学第一定律可知，只有外界对气体做功，故C正确；D.图像与坐标轴围成的面积表示做功，整个过程中，外界对气体做负功，而气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故D正确。
故选CD。
10．答案：ABD
解析：A.设Q滑到水平面上时速度大小为v，P、Q相碰，由动量守恒知
由能量守恒知
联立解得第一次碰后
之后Q滑上斜面并返回，速度等大反向，若不能追上P，则有
解得
A正确；
B.同理若，第一次碰后
之后Q滑上斜面并返回，与P发生第二次碰撞后有
故P、Q只能发生两次碰撞，B正确；
C.由A选项知，当，则P，Q只能发生一次碰撞，C错误；
D.同理若，第一次碰后
之后Q滑上斜面并返回，与P发生第二次碰撞后有
故P、Q只能发生两次碰撞，D正确。
故选ABD。
11．答案：AB
解析：AB.自热锅爆炸前，发热包遇水发生化学反应而产生大量热能，锅内气体温度升高，内能增大，故AB正确;CD.自热锅爆炸时，锅内气体对外界做功，而没有来得及热传递，由热力学第一定律可知，锅内气体内能减少，温度下降，故CD错误。故选AB。
12．答案：(1)增大；增加(2)(3)
解析：(1)绝热条件下，外界对气体做功，由可知，气体的内能增加，温度升高，故气体分子的平均速率增大
(2)对活塞有
解得待测物的质量为
(3)在对气体缓慢加热的过程中，气体的压强保持不变，由等压变化规律可得
设待测物的体积为V，可得
代入数据解得
13．答案：相等；吸收；做正功
解析：根据理想气体状态方程
由图像可知，从有
可知乘积不变，则气体的温度不变，状态B的温度比状态C的温度相等。
由图像可知过程中气体的压强不变，体积变大，则外界对气体做负功，根据理想气体状态方程可知，气体的温度升高，则气体的内能增大，根据热力学第一定律，可知气体吸收热量。
由图像可知从过程气体体积不变，气体不做功;从过程气体体积减小，气体对外界做负功;从过程气体体积增大，气体对外界做正功;由于过程气体体积减小量等于过程气体体积增加量，且过程气体的压强小于过程气体的压强，则过程气体对外界做的负功小于过程气体对外界做的正功，故的循环过程，气体对外界做正功。
14．答案：不变，放热
解析：回到初始状态A，气体温度不变，内能不变。对一次循环，由热力学第一定律，外界对气体做功大于气体对外界做功，因此，因此，气体放热。
15．答案：（1）150K；（2）吸热，200J
解析：（1）气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有
解得
气体从状态B到状态C做等压变化，由盖-吕萨克定律有
解得
（2）因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中，由热力学第一定律，得
在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，因此
即
是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量
16．答案：见解析
解析：以内胎中的气体为系统，气体推动周围大气做功，（对外界气体做功）大气的内能增加，内胎中的气体内能减少，温度降低。如果在较短时间内做较多的功，气门来不及吸热，气门温度就可达到0℃以下。功、热和 内能的改变——高二物理人教版（2019）选择性必修三课时优化训练
一、单选题
1．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式中正确的是( )
A.
B.
C.
D.
2．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和状态c。下列说法正确的是( )
A.从a到b，气体温度降低 B.从a到b，气体从外界吸热
C.从b到c，气体内能减小 D.从b到c，气体对外界做功
3．如图所示，一定质量的理想气体从状态a经过等容、等温、等压三个过程，先后达到状态b、c，再回到状态a。下列说法正确的是( )
A.在过程中气体对外做功
B.在过程中气体的内能减少
C.在过程中气体从外界吸热
D.在过程中气体的温度升高
4．北京春秋两季的昼夜温差较大，细心的司机发现从早晨到中午，车胎的体积和胎内气体的压强都会变大。若这段时间胎内气体质量不变，且可将其视为理想气体，那么从早晨到中午这段时间内，车胎内的气体( )
A.对外界做功，内能减小 B.对外界做功，内能不变
C.吸收热量，内能不变 D.吸收的热量大于对外所做的功
5．某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环则该气体( )
A.在状态a和c时的内能可能相等
B.在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
C.在过程中增加的内能在数值上等于abefa所围的“面积”
D.过程中增加的内能小于过程中减少的内能
6．一定质量的理想气体，由温度为的状态1经等容变化到温度为的状态2，再经过等压变化到状态3，最后变回到初态1，其变化过程如图所示，则( )
A.从1到2过程中，气体对外做功，内能减小
B.从2到3过程中，气体对外做功，内能减小
C.从1到2到3到再回到1的过程中，气体一定从外界吸热
D.从3到1过程中，气体分子数密度变大，内能不变
7．山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示。当路面不平时，活塞上下振动，在气缸内封闭气体的作用下，起到延缓震动的目的。当活塞迅速下压过程中( )
A.气缸内的气体分子的平均动能不变
B.气缸内所有分子的速率增大
C.气缸内的气体压强可能不变
D.单位时间内撞到气缸内壁单位面积上的气体分子数增多
8．关于物体内能的变化，以下说法正确的是( )
A.物体放出热量，内能一定减少
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
二、多选题
9．下列有关物体的内能、温度、热量、做功的说法中正确的是( )
A.只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等
B.只要温度升高，每个分子的动能就都增加
C.热量是热传递过程中物体内能变化的量度
D.做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同
10．图甲是三颗微粒做布朗运动的位置连线图，图乙是氧气分子速率分布图，图丙是静止在水面上的硬币，图丁是空气压缩仪点燃硝化棉，下列说法正确的是( )
A.甲图中，微粒越小，布朗运动越明显
B.乙图中，温度升高，所有氧分子的速率都增大
C.丙图中，硬币能浮在水面上，主要是因为水的浮力
D.丁图中，压缩空气压缩仪内的空气，空气的温度升高，内能增大
11．汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，一个循环过程气体内能变化量为0。该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。图为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体( )
A.在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量
B.在过程中增加的内能大于在过程中减少的内能
C.在状态a和c时气体分子的平均动能可能相等
D.在过程中增加的内能在数值上等于adcb所围的“面积”
三、填空题
12．“强力吸盘挂钩”如图所示，安装时让吸盘紧压在平整、清洁的墙面上，扳下锁扣时细杆向外拉起吸盘，吸盘便紧紧吸在墙上。假设扳下锁扣前空腔内气体（视为理想气体且温度不变）压强为、体积为，扳下锁扣后气体的体积为，则扳下锁扣后气体压强_______，此过程空腔内气体内能______（选填“增大”“不变”或“减小”），空腔内气体______（选填“吸热”或“放热”）。
13．一定质量的理想气体经历的循环过程，循环过程中的气体压强与气体的变化如图所示，图中的曲线I和II都是反比例函数图像的一部分，其中压强，则理想气体从的过程中__________（填“吸热”或“放热”），理想气体状态A时气体分子在单位时间单位面积器壁上的碰撞次数__________（填“多于”“少于”或“等于”）在状态B时的，的过程中气体对外界做的功__________（填“大于”“小于”或“等于”）的过程中外界对气体做的功。
14．某“小医生”玩具的针筒如图所示，密闭圆筒内有一定质量的空气，活塞可沿圆筒的内壁上下滑动。一儿童向下推活塞柄，使活塞向下滑动。若筒内空气（视为理想气体）与外界不发生热交换，且活塞不漏气，则在活塞下滑的过程中，外界对圆筒内空气__________（选填“做正功”、“做负功”或“不做功”），圆筒内空气的内能_________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
四、计算题
15．如图所示，高为L，横截面积为S的导热汽缸内有一不规则物体，厚度不计的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞正好在汽缸的顶部。再在活塞上放置一重力为的物体后，活塞下移，并静止在与缸底的间距为0.8L的高度（活塞仍未接触到内部不规则的物体）。已知大气压强为，环境温度不变，不计活塞和汽缸的摩擦，汽缸不漏气。
（1）求不规则物体的体积；
（2）该过程中缸内气体向外界是吸收还是放出热量？传递的热量为多少？
16．如图，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。解题思路此过程中气体内能的变化情况。
参考答案
1．答案：B
解析：由热力学第一定律可知，外界对气体做功则W为正值，气体内能减少则为负值，代入热力学第一定律表达式得
故选B。
2．答案：A
解析：由图可知，从状态a到状态b，气体发生等压变化，体积减小，根据盖一吕萨克定律，可知气体温度降低，则气体内能减小，因气体体积减小，故外界对气体做功，再根据热力学第一定律，可知气体向外界放热，A正确、B错误；从状态b到状态c，气体发生等容变化，压强增大，根据查理定律，可知气体温度升高，内能增大，因气体体积不变，故气体对外界不做功，CD错误。
3．答案：C
解析：A.在过程中气体体积不变，不对外做功,选项A错误；
B.在过程中由查理定律可知，气体的温度升高，内能增加，选项B错误；
C.在过程中气体温度不变，内能不变
体积变大，对外做功
根据热力学第一定律
则
即气体从外界吸热，选项C正确；
D.在过程中气体的压强不变，体积减小，温度降低，选项D错误。故选C。
4．答案：D
解析：AB、中午的温度高于早晨的温度，可知胎内气体温度升高，对于一定质量的理想气体，温度升高，内能增大；气体体积增大过程中，气体对外界做功，故AB错误；
CD、胎内气体体积增大的过程中气体对外界做功，同时气体的内能增大，结合热力学第一定律可知，气体定吸收热量，而且吸收的热量大于对外所做的功，故C错误，D正确。
故选：D。
5．答案：C
解析：A.从c到d压强减小，体积变大，绝热过程中,气体对外做功，则内能减小，则温度降低，即;从d倒到a体积不变，压强减小，可知温度降低，即，则，则在状态a和c时的内能不可能相等，选项A错误;B.在一次循环过程中气体内能不变，气体对外做功(对外做功的数值等于图形abcd包围的面积)，则气体吸热，即吸收的热量大于放出的热量，选项B错误;
C.在过程中体积减小，外界对气体做功，绝热，则气体内能增加，根据热力学第一定律，外界对气体做功数值等于abefa所围的“面积”，则增加的内能在数值上等于abefa所围的“面积”，选项C正确;D.因为在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则过程中增加的内能大于过程中减少的内能，故D错误。故选C。
6．答案：C
解析：A、从1到2过程中，气体体积不变而压强升高，气体对外不做功，由一定质量的理想气体可知，气体温度升高，气状态方程体内能增大，故A错误；B、从2到3过程，气体压强不变而体积增大，气体对外做功，由一定质量的理想气体状态方程可知，气体温度升高，气体内能增大，故B错误；C、从1到2到3到再回到1的过程气体温度不变，内能不变，，图线与坐标轴围成图形的面积表示气体做功，由图示图象可知，该过程气体对外界做的功比外界对气体做功多，整个过程气体对外界做功，，由热力学第一定律可知：，气体从外界吸收热量，故C正确；D、从3到1过程气体体积减小，气体分子数密度增大；由图示图象可知，，由一定质量的理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体内能减小，故D错误。故选：C。
7．答案：D
解析：AC.如果活塞迅速下压，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，气体分子的平均动能增大，而气体体积减小，由理想气体状态方程可知压强增大，故AC错误；
B、气体温度升高，气体分子平均速率增大，但不是每个气体分子的速率都增大，有些分子的速率可能减小，故B错误；
D、气体的体积减小，温度升高，压强增大，所以单位时间内撞到气缸内壁单位面积上的气体分子数增多，故D正确。
8．答案：C
解析：
9．答案：CD
解析：物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同，则两物体的内能不一定相等，A错误；温度升高，分子的平均动能增加，但不是每个分子的动能都增加，B错误；热量是热传递过程中物体内能变化的量度，C正确；做功和热传递都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，热传递是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确.
10．答案：AD
解析：A.微粒越小，布朗运动越明显，故A正确；B.温度越高，氧气分子的平均速率增大，不是每一个分子速率都增大，故B错误；C.硬币浮在水面上，主要是因为水的表面张力，故C错误；D.压缩空气，外界对气体做功，空气的温度升高，内能增大，故D正确。故选AD。
11．答案：AB
解析：
12．答案：；不变；吸热
解析：根据玻意耳定律可得
解得
扳下锁扣后气体的温度不变，故气体的平均动能不变。理想气体，气体的内能等于气体的分子动能之和，气体的质量不变，所以气体的内能不变；
由于气体体积变大，外界对气体做负功，气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热。
13．答案：放热；少于；大于
解析：由题意可知，理想气体D从A到的过程为等温变化，气体内能保持不变，气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律
可知
而，得
气体向外界放热，故填放热；
理想气体从A到B的过程为等压变化，则有
由于气体体积增大，气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数减小，故填少于；
ABCDA循环过程中，过程气体压强不变，体积增大，得气体对外做功，过程气体压强不变，体积减小，得外界对气体做正功，而图线与横轴围成的面积表示做功，由图可知
明显AB与横轴围成的面积大于CD与横轴围成的面积，得气体对外界做功大于外界对气体做功，故填大于。
14．答案：做正功；增大
解析：在活塞下滑的过程中，筒内空气体积减小，外界对圆筒内空气做正功；
由于筒内空气与外界不发生热交换，根据热力学第一定律可知圆筒内空气的内能增大。
15．答案：（1）（2）
解析：（1）放置重物稳定后，假设缸内气体的压强为，根据受力平衡可得，
或
解得
根据玻意耳定律可得
解得
（2）外界对气体做正功：
或或
又有
解得
根据热力学第一定律，气体温度不变，内能不变
解得
故气体向外界放出的热量为
16．答案：见解析
解析：绝热容器内的稀薄气体与外界没有传热，，稀薄气体向真空扩散没有做功，，根据热力学第一定律，可知内能变化为0。
