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第34講　熱力學定律與能量守恒
目錄
[基礎過關] 1
一、熱力學第一定律 1
二、能量守恒定律 1
[命題點研究] 2
命題點一　熱力學第一定律的理解及應用 2
命題點二　熱力學第二定律的理解 6
命題點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題 11
[課時訓練] 14
[基礎過關]
一、熱力學第一定律
1．改變物體內能的兩種方式
(1)做功；(2)熱傳遞。
2．熱力學第一定律
(1)內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。
(2)表達式：ΔU＝Q＋W。
(3)ΔU＝Q＋W中正、負號法則：
W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
二、能量守恒定律
1．內容
能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者是從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。
2．條件性
能量守恒定律是自然界的普遍規律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。
3．第一類永動機是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。
知識點三、熱力學第二定律
1．熱力學第二定律的兩種表述
(1)克勞修斯表述：熱量不能自發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，而不產生其他影響。或表述為“第二類永動機是不可能制成的”。
2．用熵的概念表示熱力學第二定律：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小。
3．熱力學第二定律的微觀意義
一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。
4．第二類永動機不可能制成的原因是違背了熱力學第二定律。
[命題點研究]
命題點一　熱力學第一定律的理解及應用
1．熱力學第一定律的理解
不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系．
2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規定
符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
3.幾種特殊情況
(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加量．
(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加量．
(3)若過程的初、末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.外界對物體做的功等于物體放出的熱量．
（2022春 嘉興期末）如圖所示，固定汽缸內由面積為400cm2的活塞封閉一定質量的理想氣體，開始時活塞處于靜止狀態，與氣缸右端相距30cm，氣缸內氣體溫度為300K，用電熱絲對氣體加熱后活塞緩慢向左移動，移動過程中活塞與汽缸的摩擦忽略不計，且氣體與外界環境沒有熱交換，某時刻電熱絲停止通電，最終氣缸內氣體與電熱絲達到熱平衡時溫度達到400K，已知大氣壓強為1.0×105Pa，則（　　）
A．達到熱平衡時氣缸內氣體體積比原體積增大了
B．氣缸內的氣體內能增加，每一個氣體分子的動能均增加了
C．整個過程氣缸內氣體對外界做功4000J
D．整個過程中氣缸內氣體吸收的熱量大于氣體對外界做的功
【解答】解：A、氣體加熱時進行等壓變化，則由蓋 呂薩克定律可得；即；解得；達到熱平衡時氣缸內氣體體積比原體積增大了，故A錯誤；
B、氣缸內的氣體溫度升高，氣體的平均動能增加，但并非每一個氣體分子的動能均增加，故B錯誤；
C、整個過程氣缸內氣體對外界做功，故C錯誤；
D、整個過程中因氣體的溫度升高，內能增加，根據熱力學第一定律可得ΔU＝W+Q，可知，氣缸內氣體吸收的熱量大于氣體對外界做的功，故D正確。
故選：D。
（2022春 溫州期末）如圖所示，向一個空的鋁制飲料罐中插入一根內部粗細均勻透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽略），如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易的氣溫計。當溫度由T1變為T2時，油柱從離接口5cm處緩慢移到離接口15cm的位置。則下列說法中錯誤的是（　　）
A．溫度T2大于溫度T1
B．溫度由T1變為T2的過程，飲料罐內氣體的壓強變大
C．溫度由T1變為T2的過程，飲料罐內氣體對外做的功W小于氣體向外界吸收的熱量Q
D．若給吸管標上溫度刻度值，刻度是均勻的
【解答】解：AB、由于油柱受內外氣壓的作用處于平衡狀態，所以在溫度變化時，罐內氣體做等壓變化，壓強不變；根據蓋—呂薩克定律可知，罐內氣體溫度越高，體積越大，油柱從離接口5cm處緩慢移到離接口15cm的位置說明溫度升高了，故A正確，B錯誤；
C、溫度由T1變為T2的過程，罐內氣體溫度升高，內能增大；則由熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知，飲料罐內氣體對外做的功W小于氣體向外界吸收的熱量，故C正確；
D、根據蓋—呂薩克定律可知，空氣的體積和溫度成正比，即C，
則有：Δt＝ΔT ΔL，其中：C（定值），所以溫度的變化量與距離的變化量成正比，則吸管上的溫度刻度分布均勻，故D正確。
本題選錯誤的，
故選：B。
（多選）（2022春 海曙區校級期中）下列說法正確的是（　　）
A．氣體體積變化時，其內能可能不變
B．布朗運動就是分子的熱運動
C．酒精與水混合總體積減小說明分子間存在空隙
D．壓縮氣體時氣體會表現出抗拒壓縮的力是由于氣體分子間存在斥力的緣故
【解答】解：A、氣體體積變化時，分子勢能發生變化，若氣體溫度也發生變化，則分子勢能和分子動能的和可能不變，即內能可能不變，故A正確；
B、布朗運動是漂浮在液體表面微粒的運動，說明了液體分子在不停做無規則運動，故B錯誤；
C、酒精與水混合總體積減小說明分子間存在空隙，故C正確；
D、縮氣體時氣體會表現出抗拒壓縮的力是由于氣體壓強產生的，故D錯誤；
故選：AC。
（多選）（2022春 寧波月考）如圖，一定質量的理想氣體從狀態a（p0、V0、T0）經熱力學過程ab、bc、ca后又回到狀態a，且外界環境為非真空狀態。則下列說法正確的是（　　）
A．b、c兩個狀態氣體溫度相同
B．ca過程中，氣體對外做功
C．bc過程中，氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外界所做的功
D．ab過程中，氣體內能一定增加
【解答】解：A、根據圖像可知，b點的壓強是c點壓強的2倍，而c點的體積是b點體積的2倍，根據一定質量的理想氣體的狀態方程pV＝CT可知，bc兩個狀態氣體溫度相同，故A正確；
B、從c→a過程中，氣體的體積減小，所以外界對氣體做功，故B錯誤；
C、根據上述分析可知，bc兩點的溫度相等，則內能相同，因此過程中氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外界所做的功，故C正確；
D、ab過程中，氣體的體積不變，壓強增大，根據公式pV＝CT可知氣體的溫度升高，則氣體的內能增加，故D正確；
故選：ACD。
（2023 臺州二模）一導熱汽缸內用活塞封閉著一定質量的理想氣體。如圖甲所示，汽缸水平橫放時，缸內空氣柱長為l0。已知大氣壓強為p0，環境溫度為T0，活塞橫截面積為S，汽缸的質量，不計活塞與汽缸之間的摩擦。現將氣缸懸掛于空中，如圖乙所示。求：
（1）穩定后，汽缸內空氣柱長度；
（2）汽缸懸在空中時，大氣壓強不變，環境溫度緩慢地降至多少時能讓活塞回到初始位置；
（3）第（2）小題過程中，若氣體內能減少了ΔU，此氣體釋放了多少熱量。
【解答】解：（1）設氣缸豎直懸掛時，內部氣體壓強為p1，空氣柱長度為l1，根據玻意耳定律可知：
p0l0＝p1l1
對氣缸受力分析，由平衡條件可得：
p1S+mg＝p0S
聯立可得：
（2）氣體發生等壓變化，根據蓋—呂薩克定律可知：
解得：
（3）根據熱力學第一定律可知：
﹣ΔU＝Q+W
其中W＝p1S（l1﹣l0）
得
則氣體釋放的熱量為：Q
答：（1）穩定后，汽缸內空氣柱長度為；
（2）汽缸懸在空中時，大氣壓強不變，環境溫度緩慢地降至時能讓活塞回到初始位置；
（3）第（2）小題過程中，若氣體內能減少了ΔU，此氣體釋放的熱量為。
命題點二　熱力學第二定律的理解
1．熱力學第二定律的理解
(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．
(2)“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產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
熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．
特別提醒　熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．
3．熱力學過程方向性實例：
①高溫物體低溫物體
②功熱
③氣體體積V1氣體體積V2(較大)
④不同氣體A和B混合氣體AB
4．兩類永動機的比較
第一類永動機 第二類永動機
不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器
違背能量守恒定律，不可能制成 不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成
（多選）（2022春 寧波月考）把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。但是相反的過程，即原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發地降低，而雞蛋的溫度上升，這樣的現象我們從來沒看到過。燃料燃燒時一旦把熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新利用。電池中的化學能轉化為電能，電能又通過燈泡轉化為內能和光能，熱和光被其他物質吸收之后變成周圍環境的內能，我們很難把這些內能收集起來重新利用。這些現象說明（　　）
A．在能源的利用過程中，能量會減少，能量守恒定律不成立
B．我們在利用能源時，能量會耗散，自然界可利用的能源會越來越少
C．與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的，能量轉化具有方向性
D．自然界中發生的能量轉化都是不可逆的，各種能量最終都會轉化為內能
【解答】解：A、能量雖然有耗散但總的能量是守恒的在轉化的過程中總量不會減少，故A錯誤；
B、能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數量上并未減少，但是在可利用的品質上降低了，即自然界可利用的能源會越來越少，故B正確；
C、根據熱力學第二定律可知，一切與熱現象有關的宏觀過程具有方向性，且都是不可逆的，故C正確；
D、能量的轉化和轉移都是有方向性的，但不是所有的能量轉化都是不可逆的，故D錯誤。
故選：BC。
（多選）（2022春 麗水期末）下列說法正確的是（　　）
A．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功
B．布朗運動實驗記錄的是分子無規則運動的情況
C．分子熱運動的平均動能與分子間勢能分別取決于氣體的溫度和體積
D．氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子單位時間作用在器壁上的平均沖量
【解答】解：A、根據熱力學第二定律可知，在外界的影響下物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，故A正確；
B、布朗運動是懸浮微粒的無規則運動，不是分子的無規則運動，形成的原因是由于液體分子對懸浮微粒無規則撞擊引起的，溫度越高，分子熱運動越劇烈，故B錯誤；
C、實際氣體分子熱運動的平均動能取決于氣體的溫度，而氣體分子間的勢能由體積決定來決定，故C正確；
D、由于大量氣體分子都在不停地做無規則熱運動，氣體分子與器壁頻繁碰撞，使器壁受到一個平均持續的沖力，會使氣體對器壁產生一定的壓強，根據壓強的定義氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力，故D錯誤。
故選：AC。
（2023 黃埔區三模）壓縮空氣儲能（CAES）是一種利用壓縮空氣來儲存能量的新型儲能技術，絕熱壓縮空氣儲能方式是壓縮空氣并將產生的熱能儲存在各種介質當中，比如混凝土、石頭、礦洞礦石中等。需要發電的時候讓壓縮空氣推動發電機工作，這種方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升。對于上述過程的理解，下列說法正確的是（　　）
A．絕熱壓縮空氣，分子平均動能不變
B．絕熱壓縮空氣，溫度升高，氣體內能一定增大
C．該方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升到100%
D．壓縮空氣推動發電機工作，是氣體對外做功，內能增大
【解答】解：AB．絕熱壓縮空氣前后，與外界無熱量交換，Q＝0，外界對氣體做功，W＞0，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q，內能增大，溫度升高，分子平均動能增大，故A錯誤，B正確；
C．壓縮空氣儲能的過程涉及熱運動的能量轉換過程，根據熱力學第二定律可知，任何轉換過程效率都不可能達到100%，故C錯誤；
D．壓縮空氣膨脹推動發電機工作，是氣體體積增大對外做功，W＜0，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知，內能減少，故D錯誤。
故選：B。
（2023春 沙河口區校級期中）如圖所示，這是中國傳統玩具飲水鳥。在鳥的面前放上一杯水，用手把鳥嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起來。之后，無需人的干預，小鳥直立一會兒就會自己俯下身去使鳥嘴浸入水中“喝”水，然后又會直立起來。就這樣周而復始，小鳥不停地點頭“喝”水，則下列說法正確的是（　　）
A．飲水鳥上下運動的能量來源于周圍空氣的內能
B．水杯中的水干了之后，小鳥還能點頭“喝”水
C．這種玩具飲水鳥是一架永動機
D．此現象違背了熱力學第二定律
【解答】解：A．玩具飲水鳥的內部結構如圖所示：
飲水鳥的頭和軀體分別為兩個薄壁玻璃球，其間以一個玻璃管連接，內部裝有易揮發的液體。其原理是先在鳥嘴上滴一些水，水分蒸發后吸熱使得頭部氣壓小于肚子中的氣壓，從而使肚子中的部分液體壓入頭部，使重心上移，鳥的身體變得不穩定而發生傾斜，傾斜的過程中肚子中的玻璃管口脫離液面，從而使頭部的液體又回流到肚子中，使鳥的身體再回到開始的豎直狀態，而剛才傾斜的過程中鳥嘴剛好又沾到了水，之后鳥回到豎直狀態后，鳥嘴的水分蒸發，重復前方的運動，即飲水鳥上下運動的能量來源于周圍空氣的內能，故A正確；
B．根據上述可知，當水杯中的水干了之后，由于不能形成頭部和肚子的壓強差，小鳥不能再上下運動，也就是說小鳥不能點頭“喝”水，故B錯誤；
C．這種玩具飲水鳥仍然遵循能量守恒定律，但不是一架永動機，故C錯誤；
D．根據上述分析可知，該過程沒有違背熱力學第二定律，故D錯誤。
故選：A。
（多選）（2023 菏澤二模）如圖所示，某醫用氧氣生產工廠要將氧氣瓶M中氧氣分裝到瓶N中，兩瓶的容積相同，閥門K打開前瓶N已抽成真空。現將閥門K打開，當兩瓶內氧氣的壓強相等時再關閉閥門。兩瓶、閥門及連接管都看作絕熱，瓶中的氧氣看作理想氣體且不計連接管的容積，對此次分裝過程以下說法正確的是（　　）
A．氧氣自發地由M向N的流動過程是不可逆的
B．分裝完畢后M中氧氣的壓強為分裝前的
C．分裝完畢后氧氣分子熱運動的平均速率減小
D．分裝完畢后兩瓶內氧氣的總內能減小
【解答】解：A．由熱力學第二定律，自發的熱現象具有方向性，氧氣自發地由M向N的流動過程是不可逆的，故A正確；
B．由題意知，分裝過程溫度不變，由玻意耳定律知，氣體體積變為兩倍，壓強減小為原來的一半，故B正確；
C．由于整個過程溫度不變，溫度是衡量分子平均動能的標志，故分裝完畢后氧氣分子熱運動的平均速率不變，故C錯誤；
D．理想氣體溫度不變，分裝完畢后兩瓶內氧氣的總內能不變，故D錯誤。
故選：AB。
命題點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
（2023 寧波二模）如圖所示，質量m＝0.5kg的金屬圓柱形氣缸內封閉有長為l0＝1m的空氣，氣缸與水平面的動摩擦因數μ＝0.4，截面為T字形的活塞與豎直墻面接觸且無擠壓力，活塞底面積S＝1×10﹣3m2。忽略活塞與氣缸間的摩擦，環境溫度穩定，氣缸內的空氣可視為理想氣體，大氣壓強Pa。現用水平外力F使氣缸緩慢向右運動，當氣缸向右運動l＝0.6m時。
（1）求此時氣缸內空氣的壓強；
（2）求此時外力F的大小；
（3）在氣缸緩慢向右運動的過程中，請判斷氣體是吸熱還是放熱？并比較外界對氣缸內氣體所做的功W與氣體跟外界交換的熱量Q的大小并說明理由。
【解答】解：（1）根據玻意耳定律可得：p0l0S＝p（l0﹣l）S
代入數據解得壓強：p＝2.5×105Pa
（2）對圓柱形氣缸受力分析，水平方向根據平衡條件可得：p0S+F＝pS+μmg
代入數據解得：F＝152N
（3）氣缸內的空氣可以看成是理想氣體，環境溫度不變，其內能持不變，根據熱力學第一定律可得：ΔU＝W+Q
因ΔU＝0，所以氣體放出熱量
外界對氣體所做的功與氣體放出熱量的代數為零，即壓縮氣體所做的功W等于氣體對外釋放的熱量Q，即W＝|Q|。
答：（1）時氣缸內空氣的壓強為2.5×105Pa；
（2）此時外力F的大小為152N；
（3）在氣缸緩慢向右運動的過程中，氣體是放熱；壓縮氣體所做的功W等于氣體對外釋放的熱量，理由見解析。
（2023 杭州二模）如圖甲、乙，是某一強力吸盤掛鉤，其結構原理如圖丙、丁所示。使用時，按住鎖扣把吸盤緊壓在墻上（如圖甲和丙），空腔內氣體壓強仍與外界大氣壓強相等。然后再扳下鎖扣（如圖乙和丁），讓鎖扣通過細桿把吸盤向外拉起，空腔體積增大，從而使吸盤緊緊吸在墻上。已知吸盤掛鉤的質量m＝0.02kg，外界大氣壓強p0＝1×105Pa，丙圖空腔體積為V0＝1.5cm3，丁圖空腔體積為V1＝2.0cm3，如圖戊，空腔與墻面的正對面積為S1＝8cm2，吸盤與墻面接觸的圓環面積S2＝8cm2，吸盤與墻面間的動摩擦因數μ＝0.5，最大靜摩擦力可視為等于滑動摩擦力。吸盤空腔內氣體可視為理想氣體，忽略操作時溫度的變化，全過程盤蓋和吸盤之間的空隙始終與外界連通。
（1）扳下鎖扣過程中空腔內氣體吸熱還是放熱？
（2）求板下鎖扣后空腔內氣體的壓強p1；
（3）若掛鉤掛上重物時恰好不脫落，求所掛重物的質量M。
【解答】解：（1）整個過程中，溫度不變，空腔內氣體內能不變，扳下鎖扣過程中外力對空腔內氣體做負功，根據熱力學第一定律，空腔內氣體吸熱。
（2）根據玻意耳定律可得：
p0V0＝p1V1
代入數據解得：p1＝7.5×104Pa
（3）若掛鉤掛上重物時恰好不脫落，對掛鉤受力分析
（m+M）g＝μFN
掛鉤對墻面的壓力
FN＝p0S2+（p0﹣p1）S1
聯立解得；M＝4.98kg
答：（1）扳下鎖扣過程中空腔內氣體吸熱；
（2）板下鎖扣后空腔內氣體的壓強為7.5×104Pa；
（3）若掛鉤掛上重物時恰好不脫落，所掛重物的質量M為4.98kg。
（2023 浙江）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用面積S＝100cm2、質量m＝1kg的活塞密封一定質量的理想氣體，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A。環境溫度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內的卡口處，此時氣體達到狀態B。活塞保持不動，氣體被繼續加熱至溫度Tc＝363K的狀態C時觸動報警器。從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158J。取大氣壓，求氣體：
（1）在狀態B的溫度；
（2）在狀態C的壓強；
（3）由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q。
【解答】解：（1）從狀態A到狀態B的過程中氣體發生等壓變化，根據蓋—呂薩克定律得
代入數據解得：TB＝330K
（2）氣體在狀態B的壓強為pB＝p00.99×105PaPa＝1×105Pa
從狀態B到狀態C的過程中氣體發生等容變化，根據查理定律得
代入數據解得：pC＝1.1×105Pa
（3）從狀態A到狀態B的過程中氣體對外做的功為W＝pBSd＝1×105×100×10﹣4×0.03J＝30J
從狀態B到狀態C的過程中氣體不做功。由狀態A到狀態C過程中，根據熱力學第一定律得
ΔU＝Q﹣W
代入數據解得：ΔU＝188J
答：（1）氣體在狀態B的溫度為330K；
（2）氣體在狀態C的壓強為1.1×105Pa；
（3）由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q為188J。
[課時訓練]
（2022 浙江開學）下列關于熱現象的說法正確的是（　　）
A．夏天可以將冰箱門打開，使密閉房間的溫度降下來
B．一定質量的氣體通過等壓變化和等容變化升高1℃需要吸收相同的熱量
C．部分行星的大氣中相對分子質量小的成分會隨著時間推移而變少
D．疊放在一起的兩個裝有空氣的封閉氣缸，在真空中靜止釋放，它們之間沒有壓力，同時也不會受到內部空氣的壓力
【解答】解：A．冰箱制冷時放出的熱量大于吸收的熱量，所以溫度會更高，故A錯誤；
B．一定質量的氣體溫度都升高1℃，內能增加量相等，等壓變化時，氣體體積變大，氣體對外界做功，等容變化時因為體積沒發生變化，則氣體做功為零，根據熱力學第一定律可知，氣體等壓變化的過程中吸收的熱量更多，故B錯誤；
C．行星上的大氣中，相對分子質量小的成分逃逸速度更小，因為平均速率更大，所以隨著時間的推移不斷變少，故C正確；
D．兩個氣缸內部存在空氣，因此仍然會受到氣體的壓力，故D錯誤。
故選：C。
（2022秋 紹興期中）下列說法錯誤的是（　　）
A．分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，分子間的引力增大、斥力減小
B．擴散現象在氣體、液體和固體中均能發生
C．做功和傳熱在改變物體的內能上是等價的
D．熱量在一定條件下可能由低溫物體傳遞給高溫物體
【解答】解：A、分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，分子間的引力和斥力都減小，故A錯誤；
B、擴散現象是物體分子彼此進入對方的現象，在氣體、液體和固體中均能發生，故B正確；
C、改變內能的方法有做功和熱傳遞，在改變物體的內能上是等價的，故C正確；
D、熱量在一定條件下可能由低溫物體傳遞給高溫物體，例如冰箱，故D正確；
本題選擇錯誤選項，
故選：A。
（2022 浙江開學）如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣．擠壓礦泉水瓶，小瓶緩慢下沉到底部：松開后，小瓶緩慢上浮。下沉過程中，小瓶內氣體（　　）
A．內能減少
B．氣體對外界做功
C．內能的變化量的絕對值大于放出的熱量
D．內能的變化量的絕對值等于放出的熱量
【解答】解：A、由題，越靠近瓶口水的溫度越高，則小瓶下沉遠離瓶口的過程中溫度降低，則氣體的溫度降低，由于一定量的理想氣體的內能僅僅與溫度有關，可知小瓶內氣體的內能減小，故A正確；
B、設大氣壓強為p0，瓶內氣體的壓強為p，瓶內氣體下側到水面的高度差為h，則瓶內氣體的壓強：p＝p0+ρgh，其中ρ為水的密度；小瓶下沉的過程中瓶內氣體下側到水面的高度差增大，則瓶內氣體的壓強增大；由理想氣體的狀態方程：C，可知小瓶下沉的過程中瓶內氣體的體積一定減小，則外界對小瓶內氣體做功，故B錯誤；
CD、氣體的內能減小，則ΔU為負，外界對小瓶內氣體做功，則W為正，根據熱力學第一定律：ΔU＝Q+W，可知氣體增大的內能大于氣體吸收的熱量，故CD錯誤。
故選：A。
（2022春 紹興期末）從湖底形成的一個氣泡，緩慢上升到湖面。已知越接近水面，湖水的溫度越高，假設大氣壓不變，氣泡內氣體視作理想氣體。氣泡緩慢上升過程中（　　）
A．湖水對氣泡內氣體做了正功
B．氣泡內氣體的內能增大
C．氣泡內氣體溫度升高導致放熱
D．氣泡內氣體的壓強不變
【解答】解：AD、氣泡內的壓強為
p＝p0+ρgh
氣泡上升過程中，其壓強減小，而其溫度又在升高，根據一定質量的理想氣體的狀態方程pV＝CT可知，氣泡體積一定增大，故氣泡內的氣體對外界做功，故AD錯誤；
B、溫度越高，氣體分子的平均動能越大，故在這個過程中，氣體分子的內能增大，故B正確；
C、由上述分析可知，氣體分子對外界做功，所以W＜0，根據熱力學第一定律ΔU＝Q+W可知，Q＞0，即氣泡是吸熱的，故C錯誤；
故選：B。
（2022春 紹興期末）下列說法正確的是（　　）
A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體
B．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化
C．功可以全部轉化為熱，但熱不能全部轉化為功
D．凡是不違反能量守恒定律的過程都一定能實現
【解答】解：A、根據熱力學第二定律，熱量能夠自發地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。故A錯誤；
B、根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化。故B正確；
C、根據熱力學第二定律，功可以全部轉化為熱，但熱不能全部轉化為功，而不引起其它變化。故C錯誤；
D、第二類永動機不違反能量守恒定律，但卻違反了熱力學第二定律。故D錯誤；
故選：B。
（多選）（2022秋 嘉興月考）一定質量的理想氣體從狀態A開始，經A→B、B→C、C→A三個過程后回到初始狀態A，其p﹣V圖象如圖所示，已知狀態A的氣體溫度為TA＝200K，則（　　）
A．狀態B的氣體溫度為800K
B．在A→B過程中，氣體分子的平均動能減小
C．在C→A過程中，外界對氣體做功300J
D．在A→B→C→A一個循環過程中，氣體從外界吸收450J熱量
【解答】解：A、理想氣體從狀態A→B的變化為等容變化，根據查理定律得：，結合p﹣V圖象，代入數據解得狀態B的氣體溫度為：TB＝800K，故A正確；
B、理想氣體從狀態A→B的過程中，氣體溫度升高，根據溫度是分子平均動能的標志，可得氣體分子的平均動能增大，故B錯誤；
C、理想氣體從狀態C→A過程為等壓變化，氣體體積變小，外界對氣體做功為：WCA＝pΔV＝1×105×（5﹣2）×10﹣3J＝300J，故C正確；
D、理想氣體從狀態B→C過程中，氣體對外界做功等于圖像與橫坐標圍成的面積，做的功為：WBCJ＝750J，則在A→B→C→A的一個循環過程中，外界對氣體做功為：W＝﹣WBC+WCA＝﹣750J+300J＝﹣450J，氣體內能不變，即ΔU＝0，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q，可得：Q＝450J，氣體從外界吸收450J的熱量，故D正確。
故選：ACD。
（2022秋 浙江月考）如圖所示，在標準大氣壓強p0＝1.0×105Pa的低溫實驗室中有一豎直放置的圓柱形容器，用質量為m＝10kg的活塞密封一部分氣體，活塞與容器壁間能無摩擦滑動，容器的橫截面積為：S＝200cm2，活塞與容器底的距離為h0＝20cm。將整個裝置靜置于標準大氣壓，溫度為T1＝300K的空氣中，氣體從外界吸收熱量Q＝180J，活塞緩慢上升d＝5cm后再次達到熱平衡。求：
（1）低溫實驗室的溫度T0是多少？
（2）在此過程中密閉氣體的內能增加了多少？
【解答】解：（1）由蓋—呂薩克定律得：
解得：T0＝240K
（2）活塞上升的過程，密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功，所以外界對系統做的功：
W＝﹣（mg+p0S）d
代入數據解得：W＝﹣105J
根據熱力學第一定律得密閉氣體增加的內能ΔU＝Q+W
得ΔU＝（180﹣105）J＝75J
答：（1）低溫實驗室的溫度T0是240K；
（2）在此過程中密閉氣體的內能增加了75J。
（2023 浙江）如圖所示，導熱良好的固定直立圓筒內用面積S＝100cm2、質量m＝1kg的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。圓筒與溫度300K的熱源接觸，平衡時圓筒內氣體處于狀態A，其體積VA＝600m3。緩慢推動活塞使氣體達到狀態B，此時體積VB＝500m3。固定活塞，升高熱源溫度，氣體達到狀態C，此時壓強pC＝1.4×105Pa。已知從狀態A到狀態C，氣體從外界吸收熱量Q＝14J；從狀態B到狀態C，氣體內能增加ΔU＝25J；大氣壓p0＝1.01×105Pa。
（1）氣體從狀態A到狀態B，其分子平均動能 　 　（選填“增大”、“減小”或“不變”），圓筒內壁單位面積受到的壓力 　 　（選填“增大”、“減小”或“不變”）；
（2）求氣體在狀態C的溫度TC；
（3）求氣體從狀態A到狀態B過程中外界對系統做的功W。
【解答】解：（1）狀態A到狀態B的過程中，圓筒內氣體與熱源處于熱平衡狀態，則圓筒內氣體的溫度保持不變，其分子平均動能不變；
根據一定質量的理想氣體狀態方程pV＝CT可知，因為從狀態A到狀態B過程，氣體的溫度不變，體積減小，所以氣體的壓強增大，所以圓筒內壁單位面積受到的壓力增大；
（2）從狀態A到狀態B的過程中，氣體的溫度保持不變，根據玻意耳定律可得：
pAVA＝pBVB
在A狀態時，根據活塞的平衡狀態可得：
p0S＝mg+pAS
其中，S＝100cm2＝0.01m2
從狀態B到狀態C的過程中，氣體的體積保持不變，根據查理定律可得：
聯立解得：TC＝350K
（3）因為A到B過程中氣體的溫度保持不變，則ΔUAB＝0
從狀態A到狀態C的過程中，根據熱力學第一定律可得：
ΔUAC＝Q+WAC
因為狀態B到狀態C過程氣體的體積不變，則WAC＝WAB
根據題意可得：ΔUAC＝ΔU
聯立解得：WAB＝11J
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第34講　熱力學定律與能量守恒
目錄
[基礎過關] 1
一、熱力學第一定律 1
二、能量守恒定律 2
[命題點研究] 2
命題點一　熱力學第一定律的理解及應用 2
命題點二　熱力學第二定律的理解 4
命題點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題 8
[課時訓練] 9
[基礎過關]
一、熱力學第一定律
1．改變物體內能的兩種方式
(1)做功；(2)熱傳遞。
2．熱力學第一定律
(1)內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。
(2)表達式：ΔU＝Q＋W。
(3)ΔU＝Q＋W中正、負號法則：
W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
二、能量守恒定律
1．內容
能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者是從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。
2．條件性
能量守恒定律是自然界的普遍規律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。
3．第一類永動機是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。
知識點三、熱力學第二定律
1．熱力學第二定律的兩種表述
(1)克勞修斯表述：熱量不能自發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，而不產生其他影響。或表述為“第二類永動機是不可能制成的”。
2．用熵的概念表示熱力學第二定律：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小。
3．熱力學第二定律的微觀意義
一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。
4．第二類永動機不可能制成的原因是違背了熱力學第二定律。
[命題點研究]
命題點一　熱力學第一定律的理解及應用
1．熱力學第一定律的理解
不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系．
2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規定
符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
3.幾種特殊情況
(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加量．
(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加量．
(3)若過程的初、末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.外界對物體做的功等于物體放出的熱量．
（2022春 嘉興期末）如圖所示，固定汽缸內由面積為400cm2的活塞封閉一定質量的理想氣體，開始時活塞處于靜止狀態，與氣缸右端相距30cm，氣缸內氣體溫度為300K，用電熱絲對氣體加熱后活塞緩慢向左移動，移動過程中活塞與汽缸的摩擦忽略不計，且氣體與外界環境沒有熱交換，某時刻電熱絲停止通電，最終氣缸內氣體與電熱絲達到熱平衡時溫度達到400K，已知大氣壓強為1.0×105Pa，則（　　）
A．達到熱平衡時氣缸內氣體體積比原體積增大了
B．氣缸內的氣體內能增加，每一個氣體分子的動能均增加了
C．整個過程氣缸內氣體對外界做功4000J
D．整個過程中氣缸內氣體吸收的熱量大于氣體對外界做的功
（2022春 溫州期末）如圖所示，向一個空的鋁制飲料罐中插入一根內部粗細均勻透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽略），如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易的氣溫計。當溫度由T1變為T2時，油柱從離接口5cm處緩慢移到離接口15cm的位置。則下列說法中錯誤的是（　　）
A．溫度T2大于溫度T1
B．溫度由T1變為T2的過程，飲料罐內氣體的壓強變大
C．溫度由T1變為T2的過程，飲料罐內氣體對外做的功W小于氣體向外界吸收的熱量Q
D．若給吸管標上溫度刻度值，刻度是均勻的
（多選）（2022春 海曙區校級期中）下列說法正確的是（　　）
A．氣體體積變化時，其內能可能不變
B．布朗運動就是分子的熱運動
C．酒精與水混合總體積減小說明分子間存在空隙
D．壓縮氣體時氣體會表現出抗拒壓縮的力是由于氣體分子間存在斥力的緣故
（多選）（2022春 寧波月考）如圖，一定質量的理想氣體從狀態a（p0、V0、T0）經熱力學過程ab、bc、ca后又回到狀態a，且外界環境為非真空狀態。則下列說法正確的是（　　）
A．b、c兩個狀態氣體溫度相同
B．ca過程中，氣體對外做功
C．bc過程中，氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外界所做的功
D．ab過程中，氣體內能一定增加
（2023 臺州二模）一導熱汽缸內用活塞封閉著一定質量的理想氣體。如圖甲所示，汽缸水平橫放時，缸內空氣柱長為l0。已知大氣壓強為p0，環境溫度為T0，活塞橫截面積為S，汽缸的質量，不計活塞與汽缸之間的摩擦。現將氣缸懸掛于空中，如圖乙所示。求：
（1）穩定后，汽缸內空氣柱長度；
（2）汽缸懸在空中時，大氣壓強不變，環境溫度緩慢地降至多少時能讓活塞回到初始位置；
（3）第（2）小題過程中，若氣體內能減少了ΔU，此氣體釋放了多少熱量。
命題點二　熱力學第二定律的理解
1．熱力學第二定律的理解
(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．
(2)“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產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
熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．
特別提醒　熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．
3．熱力學過程方向性實例：
①高溫物體低溫物體
②功熱
③氣體體積V1氣體體積V2(較大)
④不同氣體A和B混合氣體AB
4．兩類永動機的比較
第一類永動機 第二類永動機
不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器
違背能量守恒定律，不可能制成 不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成
（多選）（2022春 寧波月考）把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。但是相反的過程，即原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發地降低，而雞蛋的溫度上升，這樣的現象我們從來沒看到過。燃料燃燒時一旦把熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新利用。電池中的化學能轉化為電能，電能又通過燈泡轉化為內能和光能，熱和光被其他物質吸收之后變成周圍環境的內能，我們很難把這些內能收集起來重新利用。這些現象說明（　　）
A．在能源的利用過程中，能量會減少，能量守恒定律不成立
B．我們在利用能源時，能量會耗散，自然界可利用的能源會越來越少
C．與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的，能量轉化具有方向性
D．自然界中發生的能量轉化都是不可逆的，各種能量最終都會轉化為內能
（多選）（2022春 麗水期末）下列說法正確的是（　　）
A．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功
B．布朗運動實驗記錄的是分子無規則運動的情況
C．分子熱運動的平均動能與分子間勢能分別取決于氣體的溫度和體積
D．氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子單位時間作用在器壁上的平均沖量
（2023 黃埔區三模）壓縮空氣儲能（CAES）是一種利用壓縮空氣來儲存能量的新型儲能技術，絕熱壓縮空氣儲能方式是壓縮空氣并將產生的熱能儲存在各種介質當中，比如混凝土、石頭、礦洞礦石中等。需要發電的時候讓壓縮空氣推動發電機工作，這種方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升。對于上述過程的理解，下列說法正確的是（　　）
A．絕熱壓縮空氣，分子平均動能不變
B．絕熱壓縮空氣，溫度升高，氣體內能一定增大
C．該方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升到100%
D．壓縮空氣推動發電機工作，是氣體對外做功，內能增大
（2023春 沙河口區校級期中）如圖所示，這是中國傳統玩具飲水鳥。在鳥的面前放上一杯水，用手把鳥嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起來。之后，無需人的干預，小鳥直立一會兒就會自己俯下身去使鳥嘴浸入水中“喝”水，然后又會直立起來。就這樣周而復始，小鳥不停地點頭“喝”水，則下列說法正確的是（　　）
A．飲水鳥上下運動的能量來源于周圍空氣的內能
B．水杯中的水干了之后，小鳥還能點頭“喝”水
C．這種玩具飲水鳥是一架永動機
D．此現象違背了熱力學第二定律
（多選）（2023 菏澤二模）如圖所示，某醫用氧氣生產工廠要將氧氣瓶M中氧氣分裝到瓶N中，兩瓶的容積相同，閥門K打開前瓶N已抽成真空。現將閥門K打開，當兩瓶內氧氣的壓強相等時再關閉閥門。兩瓶、閥門及連接管都看作絕熱，瓶中的氧氣看作理想氣體且不計連接管的容積，對此次分裝過程以下說法正確的是（　　）
A．氧氣自發地由M向N的流動過程是不可逆的
B．分裝完畢后M中氧氣的壓強為分裝前的
C．分裝完畢后氧氣分子熱運動的平均速率減小
D．分裝完畢后兩瓶內氧氣的總內能減小
命題點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
（2023 寧波二模）如圖所示，質量m＝0.5kg的金屬圓柱形氣缸內封閉有長為l0＝1m的空氣，氣缸與水平面的動摩擦因數μ＝0.4，截面為T字形的活塞與豎直墻面接觸且無擠壓力，活塞底面積S＝1×10﹣3m2。忽略活塞與氣缸間的摩擦，環境溫度穩定，氣缸內的空氣可視為理想氣體，大氣壓強Pa。現用水平外力F使氣缸緩慢向右運動，當氣缸向右運動l＝0.6m時。
（1）求此時氣缸內空氣的壓強；
（2）求此時外力F的大小；
（3）在氣缸緩慢向右運動的過程中，請判斷氣體是吸熱還是放熱？并比較外界對氣缸內氣體所做的功W與氣體跟外界交換的熱量Q的大小并說明理由。
（2023 杭州二模）如圖甲、乙，是某一強力吸盤掛鉤，其結構原理如圖丙、丁所示。使用時，按住鎖扣把吸盤緊壓在墻上（如圖甲和丙），空腔內氣體壓強仍與外界大氣壓強相等。然后再扳下鎖扣（如圖乙和丁），讓鎖扣通過細桿把吸盤向外拉起，空腔體積增大，從而使吸盤緊緊吸在墻上。已知吸盤掛鉤的質量m＝0.02kg，外界大氣壓強p0＝1×105Pa，丙圖空腔體積為V0＝1.5cm3，丁圖空腔體積為V1＝2.0cm3，如圖戊，空腔與墻面的正對面積為S1＝8cm2，吸盤與墻面接觸的圓環面積S2＝8cm2，吸盤與墻面間的動摩擦因數μ＝0.5，最大靜摩擦力可視為等于滑動摩擦力。吸盤空腔內氣體可視為理想氣體，忽略操作時溫度的變化，全過程盤蓋和吸盤之間的空隙始終與外界連通。
（1）扳下鎖扣過程中空腔內氣體吸熱還是放熱？
（2）求板下鎖扣后空腔內氣體的壓強p1；
（3）若掛鉤掛上重物時恰好不脫落，求所掛重物的質量M。
（2023 浙江）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用面積S＝100cm2、質量m＝1kg的活塞密封一定質量的理想氣體，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A。環境溫度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內的卡口處，此時氣體達到狀態B。活塞保持不動，氣體被繼續加熱至溫度Tc＝363K的狀態C時觸動報警器。從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158J。取大氣壓，求氣體：
（1）在狀態B的溫度；
（2）在狀態C的壓強；
（3）由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q。
[課時訓練]
（2022 浙江開學）下列關于熱現象的說法正確的是（　　）
A．夏天可以將冰箱門打開，使密閉房間的溫度降下來
B．一定質量的氣體通過等壓變化和等容變化升高1℃需要吸收相同的熱量
C．部分行星的大氣中相對分子質量小的成分會隨著時間推移而變少
D．疊放在一起的兩個裝有空氣的封閉氣缸，在真空中靜止釋放，它們之間沒有壓力，同時也不會受到內部空氣的壓力
（2022秋 紹興期中）下列說法錯誤的是（　　）
A．分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，分子間的引力增大、斥力減小
B．擴散現象在氣體、液體和固體中均能發生
C．做功和傳熱在改變物體的內能上是等價的
D．熱量在一定條件下可能由低溫物體傳遞給高溫物體
（2022 浙江開學）如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣．擠壓礦泉水瓶，小瓶緩慢下沉到底部：松開后，小瓶緩慢上浮。下沉過程中，小瓶內氣體（　　）
A．內能減少
B．氣體對外界做功
C．內能的變化量的絕對值大于放出的熱量
D．內能的變化量的絕對值等于放出的熱量
（2022春 紹興期末）從湖底形成的一個氣泡，緩慢上升到湖面。已知越接近水面，湖水的溫度越高，假設大氣壓不變，氣泡內氣體視作理想氣體。氣泡緩慢上升過程中（　　）
A．湖水對氣泡內氣體做了正功
B．氣泡內氣體的內能增大
C．氣泡內氣體溫度升高導致放熱
D．氣泡內氣體的壓強不變
（2022春 紹興期末）下列說法正確的是（　　）
A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體
B．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化
C．功可以全部轉化為熱，但熱不能全部轉化為功
D．凡是不違反能量守恒定律的過程都一定能實現
（多選）（2022秋 嘉興月考）一定質量的理想氣體從狀態A開始，經A→B、B→C、C→A三個過程后回到初始狀態A，其p﹣V圖象如圖所示，已知狀態A的氣體溫度為TA＝200K，則（　　）
A．狀態B的氣體溫度為800K
B．在A→B過程中，氣體分子的平均動能減小
C．在C→A過程中，外界對氣體做功300J
D．在A→B→C→A一個循環過程中，氣體從外界吸收450J熱量
（2022秋 浙江月考）如圖所示，在標準大氣壓強p0＝1.0×105Pa的低溫實驗室中有一豎直放置的圓柱形容器，用質量為m＝10kg的活塞密封一部分氣體，活塞與容器壁間能無摩擦滑動，容器的橫截面積為：S＝200cm2，活塞與容器底的距離為h0＝20cm。將整個裝置靜置于標準大氣壓，溫度為T1＝300K的空氣中，氣體從外界吸收熱量Q＝180J，活塞緩慢上升d＝5cm后再次達到熱平衡。求：
（1）低溫實驗室的溫度T0是多少？
（2）在此過程中密閉氣體的內能增加了多少？
（2023 浙江）如圖所示，導熱良好的固定直立圓筒內用面積S＝100cm2、質量m＝1kg的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。圓筒與溫度300K的熱源接觸，平衡時圓筒內氣體處于狀態A，其體積VA＝600m3。緩慢推動活塞使氣體達到狀態B，此時體積VB＝500m3。固定活塞，升高熱源溫度，氣體達到狀態C，此時壓強pC＝1.4×105Pa。已知從狀態A到狀態C，氣體從外界吸收熱量Q＝14J；從狀態B到狀態C，氣體內能增加ΔU＝25J；大氣壓p0＝1.01×105Pa。
（1）氣體從狀態A到狀態B，其分子平均動能 　 　（選填“增大”、“減小”或“不變”），圓筒內壁單位面積受到的壓力 　 　（選填“增大”、“減小”或“不變”）；
（2）求氣體在狀態C的溫度TC；
（3）求氣體從狀態A到狀態B過程中外界對系統做的功W。
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