四十三熱力學定律與能量守恒定律（40分鐘70分）

【基礎鞏固練】

1.（6分）（2024?寧德模擬）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A.熱量既能自發地從高溫物體傳遞到低溫物體,也能夠自發地從低溫物體傳遞到高溫物體

B.一定質量的理想氣體吸收了熱量,則氣體溫度一定升高

C.對于一定質量的理想氣體，如果體積增大,就會對外做功，所以內能一定減少

D.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功

2.（6分）（2022?重慶選擇考）2022年5月15日，我國自主研發的“極目一號”〃/型浮空艇創造了海

拔9032米的大氣科學觀測世界紀錄。若在浮空艇某段上升過程中，艇內氣體溫度降低，體積和

質量視為不變，則艇內氣體（視為理想氣體）（）

A.吸收熱量B.壓強增大

C.內能減小D.對外做負功

3.（6分）（多選）如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的

管道中不斷循環,在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱

量到箱體外。下列說法正確的是（）

A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外

B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能

C.電冰箱的工作原理違背熱力學第一定律

D.電冰箱除了將熱量從箱體內傳到箱體外，工作過程中所產生的其他一切影響,無論用何種辦

法都不可能消除

4.（6分）（2023?武漢模擬）車輛減震裝置中的囊式空氣彈簧由橡膠氣囊和密閉在其中的壓縮空氣

組成，當車輛劇烈顛簸時，氣囊內的氣體體積快速變化，以降低車輛的振動幅度。若上述過程可

視為絕熱過程，氣囊內的氣體可視為理想氣體,在壓縮氣體的過程中，下列說法正確的是

（）

A.氣體溫度保持不變

B.每個氣體分子動能都增大

C.氣體分子對單位面積的器壁壓力減小

D.單位時間內單位面積上氣體分子碰撞器壁次數增多

5.（6分）（2024?朔州模擬）如圖所示，一定質量的理想氣體,從狀態A沿直線經歷狀態B、C到達

狀態。，下列說法正確的是（）

A.A-B過程中氣體分子的平均動能不變

B.8-C過程中氣體對外界做功

C.B—C過程中氣體向外界放熱

D.C^D過程中氣體分子的密集程度增大

【加固訓練】

（2022?遼寧選擇考）一定質量的理想氣體從狀態a變化到狀態仇其體積廠和熱力學溫度T變化

圖像如圖所示，此過程中該系統（）

A.對外界做正功B.壓強保持不變

C.向外界放熱D.內能減少

6.（6分）（生產生活情境）（2023?青島模擬）啤酒是青島這座城市的“專屬味道”，如圖是青島市民喜

歡的袋裝原漿，某次售賣時，售貨員將7℃冰鎮原漿倒入密封袋中快速封口，密封袋內有啤酒和

少部分空氣且不斷有氣體從啤酒中析出，靜置一段時間后，發現密封袋鼓脹起來。已知大氣壓強

po=l.0xl（）5pa,室溫為27℃,封閉氣體（視為理想氣體）體積從0.2L增大為0.25L。下列說法正

確的是（）

A.外界對內部封閉氣體做正功

B.靜置后內部封閉氣體的內能增加

C.靜置后內部封閉氣體的分子速率都增加

D.根據氣體實驗定律,可求出靜置后內部封閉氣體的壓強

【綜合應用練】

7.（6分）（多選）一定質量的理想氣體，其內能與熱力學溫度成正比。該理想氣體從狀態Z經一系

列變化，最終又回到狀態a其變化過程的廠T圖像如圖所示，其中氏4的延長線經過坐標原

點乃c與橫軸平行，氣體在狀態/時的內能為U。則下列說法正確的是（）

-T,3004Q0rr，K

A.氣體由狀態幺至狀態8的過程中，外界對氣體做負功

B.氣體由狀態8至狀態C的過程中，氣體對外界做正功

C.氣體由狀態Z至狀態5的過程中,氣體吸收的熱量大于￡

D.氣體由狀態C至狀態Z的過程中,氣體釋放的熱量等于U

8.（6分）（2024?寧德模擬）一定質量的理想氣體經歷了如圖所示的ab、be、cd、da四個過程，其

中兒的延長線通過坐標原點,a、b、c、d四個狀態氣體的壓強與溫度如圖所示，則（）

?P

A.氣體在ab過程中內能的增加量小于cd過程中內能的減少量

B.氣體在ab過程中吸收的熱量大于cd過程中放出的熱量

C.氣體在be過程中體積的變化量小于da過程中體積的變化量

D.氣體在be過程中體積的變化量等于da過程中體積的變化量

9.（10分）（2023?河北選擇考）如圖,某實驗小組為測量一個葫蘆的容積，在葫蘆開口處豎直插入

一根兩端開口、內部橫截面積為0.1cm?的均勻透明長塑料管，密封好接口，用氮氣排空內部氣

體,并用一小段水柱封閉氮氣。外界溫度為300K時,氣柱長度/為10cm;當外界溫度緩慢升高

到310K時,氣柱長度變為50c相。已知外界大氣壓恒為L0xi（）5pa,水柱長度不計。

f?柱

/I

j.tfLIth

、/

（1）求溫度變化過程中氮氣對外界做的功；

⑵求葫蘆的容積；

（3）試估算被封閉氮氣分子的個數。已知1mol氮氣在1.0x105Pa、273K狀態下的體積約為22.4

L,阿伏伽德羅常數以取6.0xl023mol'o（結果保留2位有效數字）

【情境創新練】

10.（12分）（2023?廣東選擇考）在駐波聲場作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發生周期性變

化,使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內氣體可視為質量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過程可

簡化為如圖所示的P-廠圖像，氣泡內氣體先從壓強為po、體積為外、溫度為To的狀態幺等溫

膨脹到體積為5及、壓強為pB的狀態且然后從狀態B絕熱收縮到體積為及、壓強為1.卯。、

溫度為Tc的狀態CB到C過程中外界對氣體做功為Wo已知po、%、To和Wo求：

(1)PB的表達式;

(2)Tc的表達式;

(3?到C過程，氣泡內氣體的內能變化了多少?

【加固訓練】

某同學喝一盒牛奶但未喝完，想測量剩余牛奶的體積。他發現插在牛奶盒里的透明豎直吸管內

殘留了一小段長度為/的牛奶柱,于是用蠟將接口密封,吸管下端在液面上方，如圖所示o他先在

室內測得牛奶盒接口處到牛奶柱下端的距離為再將牛奶盒拿到室外一段時間后，測得接口

處到牛奶柱下端的距離變為區已知室內的熱力學溫度為八，室外的熱力學溫度為乃(72>T1),

大氣壓恒為po,吸管橫截面積為S,牛奶盒容積為及，牛奶密度為重力加速度為g,忽略吸管壁的

厚度和牛奶柱的蒸發，整個過程牛奶盒未形變，牛奶未溢出，牛奶盒及吸管內的封閉氣體視為理

想氣體。

(1)求剩余牛奶的體積;

（2）若氣體的內能與熱力學溫度成正比，比例系數為左，求該過程封閉氣體吸收的熱量。

解析版

1.（6分）（2024?寧德模擬）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A.熱量既能自發地從高溫物體傳遞到低溫物體,也能夠自發地從低溫物體傳遞到高溫物體

B.一定質量的理想氣體吸收了熱量,則氣體溫度一定升高

C.對于一定質量的理想氣體，如果體積增大,就會對外做功，所以內能一定減少

D.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功

【解析】選D。根據熱力學第二定律，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發

地從低溫物體傳遞到高溫物體，故A錯誤;根據熱力學第一定律△。=次+0,可知物體內能的改變

量是外界對物體做功與物體吸收的熱量的和，所以氣體吸收熱量，又對外做功時,氣體的內能可

能減小，則氣體溫度可能降低，故B錯誤;對于一定質量的理想氣體,如果壓強不變，體積增大對

外做功，根據熱力學第一定律結合理想氣體狀態方程可知,溫度一定升高，內能增大，故C錯誤;

根據熱力學第二定律可知，物體不可以將從單一熱源吸收的熱量全部用于做功而不產生其他

影響,也就是說在引起其他變化的情況下，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功,D正確。

2.（6分）（2022?重慶選擇考）2022年5月15日，我國自主研發的“極目一號”/〃型浮空艇創造了海

拔9032米的大氣科學觀測世界紀錄。若在浮空艇某段上升過程中，艇內氣體溫度降低，體積和

質量視為不變，則艇內氣體（視為理想氣體）（）

A.吸收熱量B.壓強增大

C.內能減小D.對外做負功

【解析】選C。由于浮空艇上升過程中體積和質量均不變，則艇內氣體不做功;根據土C可知,

溫度降低，則艇內氣體壓強減小，氣體內能減小;又根據可知氣體放出熱量，故選Co

3.（6分）（多選）如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的

管道中不斷循環,在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱

量到箱體外。下列說法正確的是（）

簽發器

A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外

B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能

C.電冰箱的工作原理違背熱力學第一定律

D.電冰箱除了將熱量從箱體內傳到箱體外，工作過程中所產生的其他一切影響,無論用何種辦

法都不可能消除

【解析】選B、Do熱力學第一定律是熱現象中內能與其他形式能的轉化規律,是能量守恒定

律的具體表現，適用于所有的熱學過程，故C錯誤;根據熱力學第二定律，熱量不能自發地從低溫

物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統做功，故A錯誤,B正確;壓縮機工作時會發熱，將一部分

電能轉化為內能消耗掉，這種影響沒法消除，故D正確。

4.（6分）（2023?武漢模擬）車輛減震裝置中的囊式空氣彈簧由橡膠氣囊和密閉在其中的壓縮空氣

組成，當車輛劇烈顛簸時，氣囊內的氣體體積快速變化，以降低車輛的振動幅度。若上述過程可

視為絕熱過程，氣囊內的氣體可視為理想氣體,在壓縮氣體的過程中，下列說法正確的是

（）

A.氣體溫度保持不變

B.每個氣體分子動能都增大

C.氣體分子對單位面積的器壁壓力減小

D.單位時間內單位面積上氣體分子碰撞器壁次數增多

【解析】選D。在壓縮氣體的過程中，外界對氣體做功，此過程可視為絕熱過程,由熱力學第一

定律AU=0+少可知，理想氣體的內能增大，則氣體溫度升高，分子平均動能增大，但并不是每個

分子動能都增大，故A、B錯誤;由于溫度升高，分子平均速率增大，體積減小,分子密度增大，則氣

體分子對單位面積的器壁壓力增大，單位時間內單位面積上氣體分子碰撞器壁次數增多，故C

錯誤、D正確。

5.（6分）（2024?朔州模擬）如圖所示,一定質量的理想氣體，從狀態幺沿直線經歷狀態8、。到達

狀態。，下列說法正確的是（）

A.Z-8過程中氣體分子的平均動能不變

B.8-C過程中氣體對外界做功

C.B—C過程中氣體向外界放熱

DC-。過程中氣體分子的密集程度增大

【解析】選C。由7-T圖像可知，氣體在幺-3過程中溫度升高,則氣體分子的平均動能變大，故

A錯誤;由圖像可知8-C過程中，氣體做等壓變化，所以氣體壓強不變，溫度降低，根據蓋-呂薩克

定律:C可知氣體體積減小，則外界對氣體做正功;由于氣體溫度降低,氣體內能減小，根據熱力

學第一定律可知，氣體向外界放熱，故B錯誤,C正確;由7-T圖像可知氣體在C-D過程中，溫度

不變，壓強減小，根據理想氣體狀態方程片C可知氣體體積變大，則氣體分子的密集程度減小,

故D錯誤。

【加固訓練】

（2022?遼寧選擇考）一定質量的理想氣體從狀態a變化到狀態仇其體積/和熱力學溫度T變化

圖像如圖所示，此過程中該系統（）

可

A.對外界做正功B.壓強保持不變

C.向外界放熱D.內能減少

【解析】選A。理想氣體從狀態。變化到狀態仇體積增大，理想氣體對外界做正功,A正確;由

題圖可知%為+0,根據理想氣體的狀態方程有六C,聯立有）：￡,可看出T增大,增大,B錯

誤;理想氣體從狀態a變化到狀態。，溫度升高，內能增大,D錯誤;理想氣體從狀態a變化到狀態

“由選項A、D可知,理想氣體對外界做正功且內能增大，則根據熱力學第一定律可知氣體從外

界吸收熱量,C錯誤。

6.（6分）（生產生活情境）（2023?青島模擬）啤酒是青島這座城市的“專屬味道”，如圖是青島市民喜

歡的袋裝原漿，某次售賣時，售貨員將7℃冰鎮原漿倒入密封袋中快速封口，密封袋內有啤酒和

少部分空氣且不斷有氣體從啤酒中析出，靜置一段時間后，發現密封袋鼓脹起來。已知大氣壓強

po=l.0x105Pa,室溫為27℃,封閉氣體（視為理想氣體）體積從0.2L增大為0.25L。下列說法正

確的是（）

A.外界對內部封閉氣體做正功

B.靜置后內部封閉氣體的內能增加

C.靜置后內部封閉氣體的分子速率都增加

D.根據氣體實驗定律,可求出靜置后內部封閉氣體的壓強

【解析】選B。封閉氣體體積增大，氣體對外界做正功，則外界對內部封閉氣體做負功，故A錯

誤;靜置一段時間后，封閉氣體溫度升高，則氣體的內能增加，故B正確;溫度升高,氣體分子運動

的平均速率增加，但具體到某一個氣體分子，其速率有可能減小，故C錯誤;根據題意，不斷有氣

體從啤酒中析出，即氣體的物質的量在不斷增多，則根據氣體實驗定律，不能求出靜置后內部封

閉氣體的壓強，故D錯誤。

【綜合應用練】

7.（6分）（多選）一定質量的理想氣體，其內能與熱力學溫度成正比。該理想氣體從狀態幺經一系

列變化，最終又回到狀態4其變化過程的匚T圖像如圖所示，其中氏4的延長線經過坐標原

點乃C與橫軸平行，氣體在狀態/時的內能為。。則下列說法正確的是（）

Trr,,

品1?…??々??/'

A.氣體由狀態/至狀態5的過程中，外界對氣體做負功

B.氣體由狀態8至狀態C的過程中，氣體對外界做正功

C.氣體由狀態Z至狀態3的過程中，氣體吸收的熱量大于藍

D.氣體由狀態C至狀態Z的過程中,氣體釋放的熱量等于U

【解析】選A、Co由題意可知，氣體由狀態Z至狀態8為等壓變化，體積增大，外界對氣體做負

功,A項正確;氣體由狀態8變化至狀態C為等容變化,氣體對外界不做功,B項錯誤;氣體由狀態

/變化至狀態8為等壓變化，由"，解得〃=200Ko由題意可知上黑#,解得UB=1.5U,UC=2U,

氣體由狀態A變化至狀態民外界對氣體做負功，根據熱力學第一定律可知，氣體吸收的熱量大

于*C項正確;氣體由狀態C變化至狀態4外界對氣體做正功，根據熱力學第一定律可知，氣體

釋放的熱量大于。,D項錯誤。

8.（6分）（2024?寧德模擬）一定質量的理想氣體經歷了如圖所示的a。、be、cd、da四個過程，其

中加的延長線通過坐標原點,a、b、c、d四個狀態氣體的壓強與溫度如圖所示，則()

A.氣體在ab過程中內能的增加量小于cd過程中內能的減少量

B.氣體在ab過程中吸收的熱量大于cd過程中放出的熱量

C.氣體在be過程中體積的變化量小于da過程中體積的變化量

D.氣體在be過程中體積的變化量等于da過程中體積的變化量

【解析】選C。氣體在仍、cd過程溫度變化量相同，則氣體在仍過程中內能的增加量等于cd

過程中內能的減少量，故A錯誤;仍過程中體積不變，則Wah=O,cd過程中體積減小，則旅40,則

ab過程中吸收的熱量Qah=\Uab,cd過程中放出的熱量為4產AUc什即詡其中產AU”,故氣體

在ab過程中吸收的熱量小于cd過程中放出的熱量，故B錯誤;氣體在be過程是等溫壓縮，壓強

增大到b狀態的1.5倍，則體積變為b狀態的過程是等溫膨脹，壓強變為d狀態的則體積

變為d狀態的2倍;因ab兩狀態體積相等，設為匕則c狀態體積為1Kd狀態體積為;匕氣體在be

過程中體積的變化量小于da過程中體積的變化量，故C正確,D錯誤。

9.(10分)(2023?河北選擇考)如圖,某實驗小組為測量一個葫蘆的容積，在葫蘆開口處豎直插入

一根兩端開口、內部橫截面積為0」cn?的均勻透明長塑料管，密封好接口，用氮氣排空內部氣

體,并用一小段水柱封閉氮氣。外界溫度為300K時,氣柱長度/為10cm;當外界溫度緩慢升高

到310K時,氣柱長度變為50cm。已知外界大氣壓恒為1.0義1()5pa,水柱長度不計。

r

_1卜口處

(1)求溫度變化過程中氮氣對外界做的功；

答案:(1)O.4J

【解析】(1)由于水柱的長度不計，故封閉氣體的壓強始終等于大氣壓強。設大氣壓強為po,塑

料管的橫截面積為S,初、末態氣柱的長度分別為/1、/2,氣體對外做的功為沙。根據功的定義

有吃%S(/2-/i),解得竹0.4J

⑵求葫蘆的容積；

答案:⑵H9cm3

【解析】(2)設葫蘆的容積為匕封閉氣體的初、末態溫度分別為八、A,體積分別為外、外,根

據蓋-呂薩克定律有些=",人=%長1尸2=四應2

1112

聯立以上各式并代入題給數據得F=119cm3

(3)試估算被封閉氮氣分子的個數。已知1mol氮氣在l.OxlO5Pa、273K狀態下的體積約為22.4

L,阿伏伽德羅常數NA取6.0x1023mol-io(結果保留2位有效數字)

答案:(3)2.9x1021

【解析】⑶設在1.0x105pa、273K狀態下,1mol氮氣的體積為To、溫度為To,封閉氣體的體

積為匕,被封閉氮氣的分子個數為〃。

根據蓋-呂薩克定律有dT

其中〃中NA,聯立以上各式并代入題給數據得片2.9x1021個

【情境創新練】

10.(12分)(2023?廣東選擇考)在駐波聲場作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發生周期性變

化,使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內氣體可視為質量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過程可

簡化為如圖所示的P-V圖像，氣泡內氣體先從壓強為夕0、體積為無、溫度為To的狀態Z等溫

膨脹到體積為5%、壓強為外的狀態8,