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第34講　熱力學定律與能量守恒
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．
（2024 石家莊二模）如圖所示，在空的鋁制飲料罐中插入一根粗細均勻的透明吸管，接口處用蠟密封，吸管中注入一段長度可忽略的油柱，在吸管上標上溫度值，就制作成了一個簡易氣溫計。若外界大氣壓不變，下列說法正確的是（　?。?br/>A．吸管上的溫度刻度分布不均勻
B．吸管上標的溫度值由下往上減小
C．溫度升高時，罐內氣體增加的內能大于吸收的熱量
D．溫度升高時，飲料罐內壁單位面積、單位時間受到氣體分子撞擊次數減少
【解答】解：A．氣體發生等壓變化，由蓋呂薩克定律可知，則，即ΔT＝CΔV，因此吸管上的溫度刻度值是均勻的，故A錯誤；
B．若溫度升高，氣體體積變大，油柱向上移動，則吸管上的溫度刻度值由下往上增大，故B錯誤；
C．氣溫升高時，氣體內能增加，氣體體積增大，對外做功，根據熱力學第一定律ΔU＝Q+W
氣體吸收的熱量大于對外做的功，罐內氣體增加的內能小于吸收的熱量，故C錯誤；
D．隨溫度升高，分子產生的平均撞擊力變大，而氣體發生等壓變化，則單位時間內罐內壁單位面積上受到氣體分子撞擊的次數減小，故D正確。
故選：D。
（2024 泰州模擬）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圖像如圖所示。下列判斷正確的是（　　）
A．氣體在a→b過程中做等溫變化
B．氣體在b→c過程中內能增加
C．氣體在a→b過程和b→c過程對外界做的功相等
D．氣體在一次循環過程中會向外界放出熱量
【解答】解：A．氣體在a→b過程中因pV乘積變大，根據理想氣體狀態方程pV＝CT可知，溫度升高，故A錯誤；
B．氣體在b→c過程中因pV乘積變小，可知溫度降低，內能減小，故B錯誤；
C．在p﹣V圖像中，圖像與坐標軸圍成的面積等于氣體對外做功，可知氣體在a→b過程和b→c過程對外界做的功相等，故C正確；
D．氣體在一次循環過程中從a到b再到c過程對外做功，從c到a過程外界對氣體做功，整個過程中氣體對外做功，且內能不變，則氣體會從外界吸收熱量，故D錯誤。
故選：C。
（2024 海門區校級二模）孔明燈俗稱許愿燈，祈天燈，古代多用于軍事通訊，而現代人多用于祈福。在燈底部的支架上綁上一塊沾有煤油的粗布，點燃后燈內的熱空氣膨脹，放手后，整個燈冉冉升空，當底部的煤油燒完后又會自動下降。關于孔明燈，下列說法正確的是（　　）
A．點燃后，孔明燈所受浮力增大從而升空
B．點燃后，燈內氣體的溫度升高，內能增大
C．點燃后升空過程中，燈內氣體分子間的平均撞擊力增大
D．點燃后升空過程中，燈內氣體的壓強不變
【解答】解：A、孔明燈是利用熱空氣上升的原理制成的。點燃后，燈內空氣受熱膨脹，因而空氣的密度變小，比同體積的冷空氣輕，而浮力不變，從而升空，故A錯誤；
B、點燃后，燈內氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大。燈內空氣受熱后體積膨脹，燈內氣體質量減少，減少量不能確定，所以燈內氣體內能的變化不能確定，故B錯誤；
C、點燃后升空過程中，由于燈內氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，所以分子間的平均撞擊力增大，故C正確；
D、點燃后升空過程中，在燈底部冷空氣向上的壓力大于燈內熱空氣向下的壓力，因此燈內氣體的壓強減小，故D錯誤。
故選：C。
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
（2024 江蘇模擬）下列說法正確的是（　?。?br/>A．空中的小雨滴呈球形是水的重力作用的結果
B．物體的內能變化時，其溫度一定變化
C．電冰箱通電后把冰箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體，沒有違背熱力學第二定律
D．春季，柳絮像雪花般在空中飛舞是一種布朗運動
【解答】解：A．液體表面分子間距離大于液體內部分子間的距離，液面分子間表現為引力，空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結果，故A錯誤；
B．物體的內能變化時，其溫度不一定變化，例如0℃的冰融化成同溫度的水時，故B錯誤；
C．電冰箱可以把熱量從箱內低溫物體傳到箱外高溫物體是在壓縮機的作用下導致的，并不是自發的，而是消耗了電能，所以沒有違背熱力學第二定律，故C正確；
D．布朗運動用肉眼是觀察不到的，則春季，柳絮像雪花般在空中飛舞不是一種布朗運動，故D錯誤。
故選：C。
（多選）（2024 溫州二模）下列說法正確的是（　　）
A．大量處于激發態的氫原子可以向外輻射紫外線，也可向外輻射γ射線
B．盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子核式結構模型，也可估算出原子核的大小
C．擴散現象說明組成物質的分子在做永不停息地熱運動，也可說明分子間存在空隙
D．從單一熱庫吸收熱量可以自發地全部傳遞給低溫物體，也可以自發地完全變成功
【解答】解：A.大量處于激發態的氫原子可以向外輻射紫外線，不能向外輻射γ射線，故A錯誤；
B.盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子核式結構模型，也可估算出原子核的大小，故B正確；
C.擴散現象說明組成物質的分子在做永不停息地熱運動，也可說明分子間存在空隙，故C正確；
D.根據熱力學第二定律，不可能從單一熱庫吸收熱量可以自發地全部傳遞給低溫物體，也不可能自發地完全變成功，故D錯誤。
故選：BC。
（2023 南京模擬）將一件裙子放進死海，3年后成了一件精美的藝術品（如圖）。其形成原因是海水中的鹽，不斷在衣服表面結晶所產生的。根據這一現象下列說法不正確的是（　　）
A．結晶過程看似是自發的，其實要受到環境的影響
B．結晶過程是無序向有序轉變的過程
C．鹽在溶解的過程中熵是增加的
D．這件藝術品被精心保存在充滿惰性氣體的密閉櫥窗里，可視為孤立系統，經過很長時間后，該藝術品的熵可能減小
【解答】解：AB．自然界中凡是自發進行的現象都是有效向無序的變化，結晶過程不是自發的，通常是由于水溫降低或水的蒸發引起，受到環境的影響，是由無序向有序的轉變過程，故AB正確；
C．鹽在溶解是固態溶解為氯離子和金屬離子，變為鹽的溶液，是自發過程，自發過程是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，即熵增加，故C正確；
D．孤立系統的熵永不減小，總是增大或者不變，故D錯誤。
本題選錯誤項。
故選：D。
命題點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
（2024 湖州模擬）某同學采用如圖裝置測量某一不規則實心礦石的體積V，導熱良好的氣缸上部高L1＝20cm，橫截面積S1＝100cm2，下部高L2＝20cm，橫截面積S2＝450cm2，質量為m的活塞初始輕放到氣缸的頂部，封閉了空氣后繼續緩慢下落，待平衡后，活塞下表面正好距氣缸頂部h1＝10cm。將礦石放入氣缸底部，再次封上活塞后，發現最終活塞靜止時下表面距氣缸頂部h2＝8cm。已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，活塞氣缸緊密接觸且不計兩者間的摩擦，封閉的空氣可視為理想氣體，環境溫度恒定。
（1）活塞下降過程中，被封閉空氣對外做 　 　功（選填“正”或“負”），被封閉空氣待溫度穩定后，其內能將 　 ?。ㄟx填“增加”、“減少”或“不變”）；
（2）求活塞的質量m；
（3）求礦石的體積V。
【解答】解：（1）活塞下降過程中，氣體體積減小，被封閉空氣對外做負功，被封閉空氣待溫度穩定后，由于氣缸導熱良好，即溫度不變，封閉的空氣可視為理想氣體，其內能將不變。
（2）對活塞進行分析有
mg+p0S1＝p1S1
氣缸導熱良好，溫度不變，即氣體發生的是等溫變化，根據玻意耳定律有
p0（L1S1+L2S2）＝p1[（L1﹣h1）S1+L2S2]
解得.
m＝10kg
（3）再次平衡時，對活塞有
mg+p0S1＝p2S1
根據玻意耳定律有.
p0（L1S1+L2S2﹣V）＝p1[（L1﹣h2）S1+L2S2﹣V]
解得
V＝2200cm3
故答案為：（1）負；不變；（2）活塞的質量為10kg；（3）礦石的體積為2200cm3。
（2024 金華二模）“拔火罐”是一種中醫的傳統療法，某實驗小組為了探究“火罐”的“吸力”，設計了如圖所示的實驗。圓柱狀汽缸（橫截面積為S）被固定在鐵架臺上，輕質活塞通過細線與置于鐵架臺平面上的重物m相連，將一團燃燒的輕質酒精棉球從缸頂的閥門K處扔到汽缸內，酒精棉球熄滅時關閉閥門K。一段時間后，當活塞下的細線繃緊，且重物對鐵架臺平面壓力剛好為零，此時活塞距缸頂距離為L。汽缸導熱性能良好，重物緩慢升高，最后穩定在距鐵架臺平面處。已知環境溫度恒為T0，大氣壓強恒為p0，重力加速度為g，汽缸內的氣體可視為理想氣體，活塞厚度忽略不計。
（1）閉合閥門K，重物緩慢升高過程，缸內氣體所經歷過程為 　 　過程（選填“等溫”、“等容”、“等壓”），此過程中缸內氣體分子平均動能 　 （選填“變大”、“變小”、“不變”）；
（2）求重物對鐵架臺平面壓力剛好為零時，缸內氣體的溫度T；
（3）若從酒精棉球熄滅到最終穩定的過程中氣體放出的熱量為Q，求該過程缸內氣體內能的變化。
【解答】解：（1）對活塞進行受力分析有
p＝p0
重物緩慢升高過程，缸內氣體所經歷過程為等壓過程；
根據蓋—呂薩克定律C可知，氣體溫度降低，缸內氣體分子平均動能變??；
（2）重物緩慢升高過程中，氣缸內壓強不變，初狀態體積未V＝LS，溫度為T，末狀態體積為V'＝LSLSLS，設溫度為T0，根據蓋—呂薩克定律可知
解得T
（3）閉開關K，此時活塞下的細線剛好能拉起重物，則p＝p0
外界對氣體做功為W＝p，氣體放出的熱量為Q，根據熱力學第一定律有
ΔU＝﹣Q+W，
得ΔU（p0S﹣mg）L﹣Q
故答案為：（1）等壓；變??；（2）缸內氣體的溫度為；（3）該過程缸內氣體內能的變化為（p0S﹣mg）L﹣Q
（2024 鹿城區校級模擬）如圖所示，一粗細均勻且一端密閉的細玻璃管開口向下豎直放置，管內有一段長為l0＝25.0cm的水銀柱，水銀柱上方封閉了長度為l1＝14.0cm的理想氣體，此時封閉在管內的氣體處于狀態A，溫度TA＝280K。先緩慢加熱封閉氣體使其處于狀態B，此時封閉氣體長度為l2＝15.0cm。然后保持封閉氣體溫度不變，將玻璃管緩慢倒置后使氣體達到狀態C。已知大氣壓強恒為p0＝75.0cmHg，求：
（1）判斷氣體從狀態A到狀態B的過程是吸熱還是放熱，并說明理由；
（2）氣體處于狀態B時的溫度TB；
（3）氣體處于狀態C時的長度l3。
【解答】解：（1）氣體從狀態A到狀態B，溫度升高，內能增大，ΔU＞0。氣體體積變大，氣體對外做功，W＜0。
由熱力學第一定律有
ΔU＝Q+W
可知：Q＞0，即氣體吸熱。
（2）設玻璃管橫截面積為S，氣體從狀態A到狀態B的過程為等壓變化，由蓋—呂薩克定律有
解得：TB＝300K
（3）根據題意，氣體處于狀態B時，有
pB+ρgl0＝p0
可得：pB＝50cmHg
氣體處于狀態C時，有
pC＝p0+ρgl0
可得：pC＝100cmHg
氣體從狀態B到狀態C的過程為等溫變化，由玻意耳定律有
pBl2S＝pCl3S
解得：l3＝7.5cm
答：（1）氣體從狀態A到狀態B的過程是吸熱，理由見解析；
（2）氣體處于狀態B時的溫度TB為300K；
（3）氣體處于狀態C時的長度l3為7.5cm。
（2024 杭州二模）如圖所示，在一個絕熱的氣缸中，用一個橫截面S＝80cm2的絕熱活塞A和固定的導熱隔板B密封了兩份氮氣Ⅰ和Ⅱ，氮氣Ⅰ、Ⅱ物質的量相等。當氮氣I和氮氣Ⅱ達到熱平衡時，體積均為，氮氣I壓強為溫度為T1＝300K?，F通過電熱絲緩慢加熱，當氮氣Ⅱ的溫度增加到T2＝450K時停止加熱，該過程氮氣Ⅱ內能增加了ΔU＝60J，已知大氣壓活塞A與氣缸之間的摩擦不計。
（1）緩慢加熱過程中，氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ具有相同的 　 ?。ㄟx填“壓強”、“體積”或“溫度”）。
（2）求活塞A的質量；
（3）求氮氣Ⅰ最終的體積；
（4）求氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量。
【解答】解：（1）隔板B導熱，所以緩慢加熱過程中，氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ具有相同的溫度；
（2）開始時活塞處于平衡狀態，則有：mg+p0S＝p1S
代入數據可得：m＝1.6kg；
（3）氮氣Ⅰ、Ⅱ溫度始終相等，氮氣Ⅰ初始狀態體積：V1，溫度：T1＝300K
末狀態溫度：T2＝450K，設氮氣Ⅰ最終的體積為V2
由蓋﹣呂薩克定律有：
代入數據可得：V2＝720cm3
（3）氮氣Ⅰ和氮氣Ⅱ升高的溫度相等，所以氮氣Ⅰ內能增加量ΔU′＝ΔU＝60J
氮氣Ⅰ升溫過程中壓強不變，氣體對外界做的功：W＝p1ΔV＝p1（V2﹣V1）
代入數據可得：W＝24.72J
氣體對外做功，W應為負值，即W＝﹣24.72J
由熱力學第一定律有：ΔU′＝W+Q
代入數據可得：Q＝84.72J
氮氣Ⅱ體積不變，所以W′＝0，由熱力學第一定律可得氮氣Ⅱ吸收的熱量Q′＝ΔU＝60J
氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量Q總＝Q+Q′＝84.72J+60J＝144.72J
答：（1）緩慢加熱過程中，氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ具有相同的溫度；
（2）活塞A的質量為1.6kg；
（3）氮氣Ⅰ最終的體積為720cm3；
（4）氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量為144.72J。
（2024 安徽模擬）一定質量的理想氣體從狀態a開始。第一次經絕熱過程到狀態b；第二次先經等壓過程到狀態c，再經等容過程到狀態b。p﹣V圖像如圖所示。則（　?。?br/>A．c→b過程。氣體從外界吸熱
B．a→c→b過程比a→b過程氣體對外界所做的功多
C．氣體在狀態a時比在狀態b時的分子平均動能小
D．氣體在狀態a時比在狀態c時單位時間內撞擊在單位面積上的分子數少
【解答】解：A、c→b過程，氣體體積不變，即氣體發生等容變化過程，氣體壓強變小，溫度降低，故氣體的內能減小。該過程氣體對外不做功，由熱力學第一定律可知氣體向外界放熱，故A錯誤；
B、p﹣V圖像與橫坐標圍成的面積表示為氣體做功的多少，由圖像可知，a→c→b過程比a→b過程氣體對外界所做的功多，故B正確；
C、a→b過程為絕熱過程，氣體體積變大，氣體對外做功，由熱力學第一定律可知，氣體內能減小，溫度降低。結合溫度是分子平均動能的標志，可知氣體在狀態a時比在狀態b時的分子平均動能大，故C錯誤；
D、a→c過程，氣體的壓強不變，溫度升高，分子的平均動能變大，平均每次分子撞擊容器壁的沖力變大。由氣體壓強的微觀解釋可知，在狀態a時比在狀態c時單位時間內撞擊在單位面積上的分子數多，故D錯誤。
故選：B。
（2024 鹽城一模）氣壓式電腦桌的簡易結構如圖所示。導熱性能良好的汽缸與活塞之間封閉一定質量的理想氣體，活塞可在汽缸內無摩擦運動。設氣體的初始狀態為A，將電腦放在桌面上，桌面下降一段距離后達到穩定狀態B，打開空調一段時間后，桌面回到初始高度，此時氣體狀態為C。下列說法正確的是（　　）
A．從A到B的過程中，內能減小
B．從A到B的過程中，氣體會從外界吸熱
C．從B到C的過程中，氣體分子平均動能增大
D．從B到C的過程中，氣體分子在單位時間內對單位面積的碰撞次數變多
【解答】解：AB.因為汽缸導熱性能良好，所以從A到B的過程中，氣體溫度不變，內能不變。但體積減小，外界對氣體做了功，由熱力學第一定律ΔU＝W+Q知，氣體會向外界放熱，故AB錯誤；
C.從B到C的過程中，壓強不變，但氣體體積增大，故應是溫度升高，所以氣體分子平均動能增大。氣體分子在單位時間內對單位面積的碰撞次數變少，故C正確，D錯誤。
故選：C。
（2024 朝陽區一模）如圖是一定質量的理想氣體由狀態A經過狀態B變為狀態C的V﹣T圖像。已知氣體在狀態A時的壓強是1.5×105Pa。下列說法正確的是（　　）
A．氣體在狀態A的溫度為200K
B．氣體在狀態C的壓強為3×105Pa
C．從狀態A到狀態B的過程中，氣體的壓強越來越大
D．從狀態B到狀態C的過程中，氣體的內能保持不變
【解答】解：ABC、氣體質量不變，在V﹣T圖像中，AB為過坐標原點的直線，由理想氣體狀態方程：pV＝C，可T知從狀態A到狀態B氣體做等壓變化；
從A到B，根據理想氣體狀態方程，代入數據，解得：TA＝200K；
從B到C，根據理想氣體狀態方程，其中pB＝pA＝1.5×105Pa，代入數據，解得：pc＝2×105Pa，故BC錯誤，A正確；
D、從B到C，氣體溫度升高，內能增大，故D錯誤；
故選：A。
（2024 香坊區校級二模）如圖所示，導熱性能良好的氣缸豎直放置，氣缸內用輕質活塞封閉了一定質量的理想氣體，活塞可沿氣缸無摩擦滑動，現往活塞上緩慢增加砂子，當砂子的質量為m1時，活塞下降的高度為h，此過程中氣體向外放出的熱量為Q1，繼續緩慢添加砂子，當砂子的質量為m2時，活塞又下降了高度h，此過程中氣體向外放出的熱量為Q2，整個過程中環境的氣壓和溫度均保持不變。關于上述各量的關系，下列說法正確的是（　?。?br/>A．m2＝2m1 B．m2＞2m1 C．Q1＝Q2 D．Q1＝2Q2
【解答】解：AB、設初始時氣體的壓強與外界大氣壓強均為p0，活塞第一次下降高度h時氣體壓強為p1，活塞橫截面積為S，活塞到氣缸底的初始高度為H，則有：
p1S＝m1g+p0S
該過程是等溫變化，則有：
p0HS＝p1（H﹣h）S
解得：
設活塞第二次下降高度h時氣體壓強為p2，則有：
p2S＝m2g+p0S
從活塞第一次下降高度h后到第二次下降高度h的過程，同理有：
p1（H﹣h）S＝p2（H﹣2h）S
解得：，故B正確，A錯誤；
CD、由于加砂子是緩慢過程，所以氣體壓強是均勻增加的，活塞第一次下降高度h的過程的平均壓強為：
該過程氣體的做功為：
由于理想氣體溫度不變，所以該過程氣體內能不變，由熱力學第一定律有：
ΔU1＝W1+Q1
解得：
同理，活塞第二次下降高度h的過程的平均壓強為：
該過程氣體的做功為：
同理，由熱力學第一定律有：
ΔU2＝W2+Q2
解得：
可知：Q1≠Q2，Q1≠2Q2，故CD錯誤。
故選：B。
（2024 遼寧一模）某校物理學科周活動中，出現了不少新穎靈巧的作品。如圖所示為高二某班同學制作的《液壓工程類作業升降機模型》，通過針筒管活塞的伸縮推動針筒內的水，進而推動支撐架的展開與折疊，完成貨物平臺的升降。在某次實驗中，針筒連接管的水中封閉了一段空氣柱（空氣可視為理想氣體），該同學先緩慢推動注射器活塞將針筒內氣體進行壓縮，若壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，裝置不漏氣，則下列說法中正確的是（　　）
A．針筒內氣體壓強減小
B．針筒內氣體吸熱
C．單位時間、單位面積撞擊針筒內壁的氣體分子數減少
D．用國際單位制單位表示的狀態參量在圖中圖線可能如圖中a→b
【解答】解：A．壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，空氣柱體積變小，則壓強變大，故A錯誤；
B．壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，則氣體內能不變，即有ΔU＝0，壓縮過程中，氣體體積變小，外界對氣體做功，即有W＞0，則根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知Q＜0，即針筒內氣體放熱，故B錯誤；
C．由于壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，氣柱體積變小，壓強變大，則單位時間、單位面積撞擊針筒內壁的氣體分子數增大，故C錯誤；
D．由于壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，空氣柱體積變小，壓強變大。則根據理想氣體狀態方程
C
整理可得
p＝TC
可知用國際單位制單位表示的狀態參量在p中圖線可能如圖中a→b，故D正確。
故選：D。
（2024 朝陽區校級模擬）關于質量一定的理想氣體，下列說法正確的是（　?。?br/>A．氣體溫度降低，其壓強一定減小
B．氣體體積減小，其壓強一定增大
C．氣體不斷被壓縮的過程中，其溫度一定升高
D．氣體與外界不發生熱量交換的過程中，其內能也可能改變
【解答】解：A、根據一定質量的理想氣體狀態方程pV＝CT可知，氣體的溫度降低，其壓強不一定減小，故A錯誤；
B、根據一定質量的理想氣體狀態方程pV＝CT可知氣體體積減小，其壓強不一定增大，故B錯誤；
C、氣體不斷被壓縮過程中，外界對氣體做功，根據熱力學第一定律ΔU＝Q+W可知，氣體的溫度不一定升高，故C錯誤；
D、氣體與外界不發生熱量交換的過程中，外界對氣體的做功情況未知，則氣體的內能可能改變，故D正確；
故選：D。
（2024 瓊山區一模）真空輪胎在輪胎和輪圈之間封閉著一定質量的空氣。海南夏天天氣炎熱，胎內氣體開始升溫，假設此過程胎內氣體的體積不變，則此過程中（　　）
A．每個氣體分子動能均增大
B．氣體對外做功
C．速率大的區間內分子數減少
D．氣體壓強增大
【解答】解：A、氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，但并不是每個氣體分子動能都增大，故A錯誤；
B、氣體的體積不變，所以氣體不對外做功，故B錯誤；
C、根據一定質量的理想氣體狀態方程pV＝CT可知，當氣體的溫度升高且氣體的體積不變時，則氣體的溫度升高，所以速率大的區間內分子數增加，故C錯誤；
D、根據一定質量的理想氣體狀態方程pV＝CT可知，氣體的壓強增大，故D正確；
故選：D。
（2024 撫順三模）如圖所示的P﹣V圖象中，一定質量的理想氣體從狀態A開始，經過狀態B、C、D，最后回到狀態A。其中AD和BC平行于OV，AB和CD平行，AB延長線過坐標原點O，下列說法正確的是（　?。?br/>A．A→B過程中，氣體的溫度不變
B．A→B過程中，氣體一定向外界放出熱量
C．C→D過程中，單位體積內氣體分子數增加
D．C→D過程中，氣體一定向外界放出熱量
【解答】解：AB、由p﹣V圖像可知A→B過程氣體的壓強和體積均減小，由pV＝CT可知A→B過程氣體溫度降低，因此分子內能減小；同時該過程氣體體積減小，外界對系統做正功，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知氣體一定向外界放出熱量，故A錯誤，B正確；
C、C→D過程體積增大，分子數量保持不變，故氣體分子數密度減小，故C錯誤；
D、由pV＝CT可知C→D過程氣體溫度升高，氣體內能增大，同時由于氣體體積增加，外界對氣體做負功，即W＜0，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知氣體一定從外界吸收熱量，故D錯誤。
故選：B。
（2024 北京一模）一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷三個過程，先后到達狀態b和c，最后回到原狀態a，其p﹣T圖像如圖所示。下列判斷正確的是（　?。?br/>A．從狀態a到狀態b的過程中，氣體既不吸熱也不放熱
B．從狀態b到狀態c的過程中，氣體的內能增加
C．從狀態c到狀態a的過程中，氣體的體積不變
D．a、b和c三個狀態中，狀態a時分子的平均動能一定最大
【解答】解：A.從狀態a到狀態b的過程中，氣體壓強不變，溫度升高，內能增加，體積變大，氣體對外做功，則根據ΔU＝W+Q，則氣體吸熱，故A錯誤；
B.從狀態b到狀態c的過程中，氣體的溫度不變，則內能不變，故B錯誤；
C.根據pV＝CT可知，從狀態c到狀態a的過程中，氣體的體積不變，故C正確；
D.a、b和c三個狀態中，狀態a時溫度最低，可知該狀態下分子的平均動能一定最小，故D錯誤。
故選：C。
（2024 開福區校級模擬）如圖所示，圓柱形汽缸內用活塞封閉了一定質量的理想氣體，汽缸的高度為l，缸體內底面積為S，缸體重力為G。輕桿下端固定在桌面上，上端連接活塞?；钊诘钠矫媸冀K水平。當熱力學溫度為T0時，缸內氣體高為，已知大氣壓強為p0，不計活塞質量及活塞與缸體的摩擦?，F緩慢升溫至活塞剛要脫離汽缸。
（1）求初始時氣體的壓強；
（2）求活塞剛要脫離汽缸時缸內氣體的溫度；
（3）已知此理想氣體的內能跟熱力學溫度成正比，即U＝kT，k已知，求該過程缸內氣體吸收的熱量Q。
【解答】解：（1）設缸內氣體原來壓強為p1，汽缸受力平衡得：p1s＝p0S+G
解得：
（2）發生等壓變化，
解得：T1＝3T0
（3）根據氣體實驗定律，氣體發生等壓變化，氣體對缸做功為：
由熱力學第一定律可知，溫度升高氣體內能變大，得缸內氣體內能增量為：ΔU＝3kT0﹣kT0＝Q﹣W
解得：Q
（2024 洛陽一模）如圖所示為一超重報警裝置示意圖，高為L、橫截面積為S、質量為m、導熱性能良好的薄壁容器豎直倒置懸掛，容器內有一厚度不計、質量為m的活塞，穩定時正好封閉一段長度為的理想氣柱。活塞可通過輕繩連接受監測重物，當活塞下降至位于離容器底部位置的預警傳感器處時，系統可發出超重預警。已知初始時環境熱力學溫度為T0，大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計摩擦阻力。
（1）求輕繩未連重物時封閉氣體的壓強；
（2）求剛好觸發超重預警時所掛重物的質量M；
（3）在（2）條件下，若外界溫度緩慢降低1%，氣體內能減少ΔU0，求氣體向外界放出的熱量Q。
【解答】解：（1）輕繩未連重物時，對活塞，受到重力和內外氣體壓力作用，根據平衡條件得：p1S+mg＝p0S
解得：
（2）剛好觸發超重預警時，對活塞受力分析得：p2S+（M+m）g＝p0S
由玻意耳定律得：
聯立解得：
（3）由蓋﹣呂薩克定律得：
其中：
從而解得：V3＝0.99V2
則：
此過程外界對氣體做的功為：W＝p2ΔV
由熱力學第一定律有：﹣ΔU0＝﹣Q+W
聯立可知：
（2023 湖南模擬）長郡中學某實驗小組受酒店煙霧報警器原理啟發，探究設計了氣體報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內用面積S＝20cm2、質量m＝0.5kg的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動，整個裝置倒貼在水平天花板上，開始時房間的溫度為T0＝300K，活塞與容器頂部的距離l0＝15cm，環境溫度升高時容器內氣體溫度也隨之升高，在活塞下方d＝1cm處有一壓力傳感器制成的卡口，當傳感器受到壓力大于2N時，就會啟動報警裝置．已知大氣壓強為1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2。計算結果均保留三位有效數字。
（1）觸發報警裝置的室溫為多少？此過程中氣體對外做功為多少？
（2）室內溫度升高到剛觸發報警裝置的過程，氣體吸收了3J的熱量，則此過程氣體的內能改變了多少？
【解答】解：（1）氣體的初始壓強
報警時壓強
由理想氣體狀態方程得
解得T≈323K
活塞下降至卡口位置過程中，氣體經歷一個等壓膨脹過程，氣體對外做功
W外＝p1Sd，解得W外＝1.95J
后面等容變化不做功，所以整個過程氣體對外做功為1.95J。
（2）由熱力學第一定律ΔU＝W+Q
其中W＝﹣W外＝﹣1.95J，Q＝3J
可得ΔU＝1.05J第34講　熱力學定律與能量守恒
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?；虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C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．
（2024 石家莊二模）如圖所示，在空的鋁制飲料罐中插入一根粗細均勻的透明吸管，接口處用蠟密封，吸管中注入一段長度可忽略的油柱，在吸管上標上溫度值，就制作成了一個簡易氣溫計。若外界大氣壓不變，下列說法正確的是（　?。?br/>A．吸管上的溫度刻度分布不均勻
B．吸管上標的溫度值由下往上減小
C．溫度升高時，罐內氣體增加的內能大于吸收的熱量
D．溫度升高時，飲料罐內壁單位面積、單位時間受到氣體分子撞擊次數減少
（2024 泰州模擬）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圖像如圖所示。下列判斷正確的是（　?。?br/>A．氣體在a→b過程中做等溫變化
B．氣體在b→c過程中內能增加
C．氣體在a→b過程和b→c過程對外界做的功相等
D．氣體在一次循環過程中會向外界放出熱量
（2024 海門區校級二模）孔明燈俗稱許愿燈，祈天燈，古代多用于軍事通訊，而現代人多用于祈福。在燈底部的支架上綁上一塊沾有煤油的粗布，點燃后燈內的熱空氣膨脹，放手后，整個燈冉冉升空，當底部的煤油燒完后又會自動下降。關于孔明燈，下列說法正確的是（　　）
A．點燃后，孔明燈所受浮力增大從而升空
B．點燃后，燈內氣體的溫度升高，內能增大
C．點燃后升空過程中，燈內氣體分子間的平均撞擊力增大
D．點燃后升空過程中，燈內氣體的壓強不變
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
（2024 江蘇模擬）下列說法正確的是（　?。?br/>A．空中的小雨滴呈球形是水的重力作用的結果
B．物體的內能變化時，其溫度一定變化
C．電冰箱通電后把冰箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體，沒有違背熱力學第二定律
D．春季，柳絮像雪花般在空中飛舞是一種布朗運動
（多選）（2024 溫州二模）下列說法正確的是（　?。?br/>A．大量處于激發態的氫原子可以向外輻射紫外線，也可向外輻射γ射線
B．盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子核式結構模型，也可估算出原子核的大小
C．擴散現象說明組成物質的分子在做永不停息地熱運動，也可說明分子間存在空隙
D．從單一熱庫吸收熱量可以自發地全部傳遞給低溫物體，也可以自發地完全變成功
（2023 南京模擬）將一件裙子放進死海，3年后成了一件精美的藝術品（如圖）。其形成原因是海水中的鹽，不斷在衣服表面結晶所產生的。根據這一現象下列說法不正確的是（　?。?br/>A．結晶過程看似是自發的，其實要受到環境的影響
B．結晶過程是無序向有序轉變的過程
C．鹽在溶解的過程中熵是增加的
D．這件藝術品被精心保存在充滿惰性氣體的密閉櫥窗里，可視為孤立系統，經過很長時間后，該藝術品的熵可能減小
命題點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
（2024 湖州模擬）某同學采用如圖裝置測量某一不規則實心礦石的體積V，導熱良好的氣缸上部高L1＝20cm，橫截面積S1＝100cm2，下部高L2＝20cm，橫截面積S2＝450cm2，質量為m的活塞初始輕放到氣缸的頂部，封閉了空氣后繼續緩慢下落，待平衡后，活塞下表面正好距氣缸頂部h1＝10cm。將礦石放入氣缸底部，再次封上活塞后，發現最終活塞靜止時下表面距氣缸頂部h2＝8cm。已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，活塞氣缸緊密接觸且不計兩者間的摩擦，封閉的空氣可視為理想氣體，環境溫度恒定。
（1）活塞下降過程中，被封閉空氣對外做 　 　功（選填“正”或“負”），被封閉空氣待溫度穩定后，其內能將 　 ?。ㄟx填“增加”、“減少”或“不變”）；
（2）求活塞的質量m；
（3）求礦石的體積V。
（2024 金華二模）“拔火罐”是一種中醫的傳統療法，某實驗小組為了探究“火罐”的“吸力”，設計了如圖所示的實驗。圓柱狀汽缸（橫截面積為S）被固定在鐵架臺上，輕質活塞通過細線與置于鐵架臺平面上的重物m相連，將一團燃燒的輕質酒精棉球從缸頂的閥門K處扔到汽缸內，酒精棉球熄滅時關閉閥門K。一段時間后，當活塞下的細線繃緊，且重物對鐵架臺平面壓力剛好為零，此時活塞距缸頂距離為L。汽缸導熱性能良好，重物緩慢升高，最后穩定在距鐵架臺平面處。已知環境溫度恒為T0，大氣壓強恒為p0，重力加速度為g，汽缸內的氣體可視為理想氣體，活塞厚度忽略不計。
（1）閉合閥門K，重物緩慢升高過程，缸內氣體所經歷過程為 　 　過程（選填“等溫”、“等容”、“等壓”），此過程中缸內氣體分子平均動能 　 （選填“變大”、“變小”、“不變”）；
（2）求重物對鐵架臺平面壓力剛好為零時，缸內氣體的溫度T；
（3）若從酒精棉球熄滅到最終穩定的過程中氣體放出的熱量為Q，求該過程缸內氣體內能的變化。
（2024 鹿城區校級模擬）如圖所示，一粗細均勻且一端密閉的細玻璃管開口向下豎直放置，管內有一段長為l0＝25.0cm的水銀柱，水銀柱上方封閉了長度為l1＝14.0cm的理想氣體，此時封閉在管內的氣體處于狀態A，溫度TA＝280K。先緩慢加熱封閉氣體使其處于狀態B，此時封閉氣體長度為l2＝15.0cm。然后保持封閉氣體溫度不變，將玻璃管緩慢倒置后使氣體達到狀態C。已知大氣壓強恒為p0＝75.0cmHg，求：
（1）判斷氣體從狀態A到狀態B的過程是吸熱還是放熱，并說明理由；
（2）氣體處于狀態B時的溫度TB；
（3）氣體處于狀態C時的長度l3。
（2024 杭州二模）如圖所示，在一個絕熱的氣缸中，用一個橫截面S＝80cm2的絕熱活塞A和固定的導熱隔板B密封了兩份氮氣Ⅰ和Ⅱ，氮氣Ⅰ、Ⅱ物質的量相等。當氮氣I和氮氣Ⅱ達到熱平衡時，體積均為，氮氣I壓強為溫度為T1＝300K?，F通過電熱絲緩慢加熱，當氮氣Ⅱ的溫度增加到T2＝450K時停止加熱，該過程氮氣Ⅱ內能增加了ΔU＝60J，已知大氣壓活塞A與氣缸之間的摩擦不計。
（1）緩慢加熱過程中，氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ具有相同的 　 ?。ㄟx填“壓強”、“體積”或“溫度”）。
（2）求活塞A的質量；
（3）求氮氣Ⅰ最終的體積；
（4）求氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量。
（2024 安徽模擬）一定質量的理想氣體從狀態a開始。第一次經絕熱過程到狀態b；第二次先經等壓過程到狀態c，再經等容過程到狀態b。p﹣V圖像如圖所示。則（　?。?br/>A．c→b過程。氣體從外界吸熱
B．a→c→b過程比a→b過程氣體對外界所做的功多
C．氣體在狀態a時比在狀態b時的分子平均動能小
D．氣體在狀態a時比在狀態c時單位時間內撞擊在單位面積上的分子數少
（2024 鹽城一模）氣壓式電腦桌的簡易結構如圖所示。導熱性能良好的汽缸與活塞之間封閉一定質量的理想氣體，活塞可在汽缸內無摩擦運動。設氣體的初始狀態為A，將電腦放在桌面上，桌面下降一段距離后達到穩定狀態B，打開空調一段時間后，桌面回到初始高度，此時氣體狀態為C。下列說法正確的是（　?。?br/>A．從A到B的過程中，內能減小
B．從A到B的過程中，氣體會從外界吸熱
C．從B到C的過程中，氣體分子平均動能增大
D．從B到C的過程中，氣體分子在單位時間內對單位面積的碰撞次數變多
（2024 朝陽區一模）如圖是一定質量的理想氣體由狀態A經過狀態B變為狀態C的V﹣T圖像。已知氣體在狀態A時的壓強是1.5×105Pa。下列說法正確的是（　?。?br/>A．氣體在狀態A的溫度為200K
B．氣體在狀態C的壓強為3×105Pa
C．從狀態A到狀態B的過程中，氣體的壓強越來越大
D．從狀態B到狀態C的過程中，氣體的內能保持不變
（2024 香坊區校級二模）如圖所示，導熱性能良好的氣缸豎直放置，氣缸內用輕質活塞封閉了一定質量的理想氣體，活塞可沿氣缸無摩擦滑動，現往活塞上緩慢增加砂子，當砂子的質量為m1時，活塞下降的高度為h，此過程中氣體向外放出的熱量為Q1，繼續緩慢添加砂子，當砂子的質量為m2時，活塞又下降了高度h，此過程中氣體向外放出的熱量為Q2，整個過程中環境的氣壓和溫度均保持不變。關于上述各量的關系，下列說法正確的是（　　）
A．m2＝2m1 B．m2＞2m1 C．Q1＝Q2 D．Q1＝2Q2
（2024 遼寧一模）某校物理學科周活動中，出現了不少新穎靈巧的作品。如圖所示為高二某班同學制作的《液壓工程類作業升降機模型》，通過針筒管活塞的伸縮推動針筒內的水，進而推動支撐架的展開與折疊，完成貨物平臺的升降。在某次實驗中，針筒連接管的水中封閉了一段空氣柱（空氣可視為理想氣體），該同學先緩慢推動注射器活塞將針筒內氣體進行壓縮，若壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，裝置不漏氣，則下列說法中正確的是（　　）
A．針筒內氣體壓強減小
B．針筒內氣體吸熱
C．單位時間、單位面積撞擊針筒內壁的氣體分子數減少
D．用國際單位制單位表示的狀態參量在圖中圖線可能如圖中a→b
（2024 朝陽區校級模擬）關于質量一定的理想氣體，下列說法正確的是（　?。?br/>A．氣體溫度降低，其壓強一定減小
B．氣體體積減小，其壓強一定增大
C．氣體不斷被壓縮的過程中，其溫度一定升高
D．氣體與外界不發生熱量交換的過程中，其內能也可能改變
（2024 瓊山區一模）真空輪胎在輪胎和輪圈之間封閉著一定質量的空氣。海南夏天天氣炎熱，胎內氣體開始升溫，假設此過程胎內氣體的體積不變，則此過程中（　?。?br/>A．每個氣體分子動能均增大
B．氣體對外做功
C．速率大的區間內分子數減少
D．氣體壓強增大
（2024 撫順三模）如圖所示的P﹣V圖象中，一定質量的理想氣體從狀態A開始，經過狀態B、C、D，最后回到狀態A。其中AD和BC平行于OV，AB和CD平行，AB延長線過坐標原點O，下列說法正確的是（　?。?br/>A．A→B過程中，氣體的溫度不變
B．A→B過程中，氣體一定向外界放出熱量
C．C→D過程中，單位體積內氣體分子數增加
D．C→D過程中，氣體一定向外界放出熱量
（2024 北京一模）一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷三個過程，先后到達狀態b和c，最后回到原狀態a，其p﹣T圖像如圖所示。下列判斷正確的是（　　）
A．從狀態a到狀態b的過程中，氣體既不吸熱也不放熱
B．從狀態b到狀態c的過程中，氣體的內能增加
C．從狀態c到狀態a的過程中，氣體的體積不變
D．a、b和c三個狀態中，狀態a時分子的平均動能一定最大
（2024 開福區校級模擬）如圖所示，圓柱形汽缸內用活塞封閉了一定質量的理想氣體，汽缸的高度為l，缸體內底面積為S，缸體重力為G。輕桿下端固定在桌面上，上端連接活塞。活塞所在的平面始終水平。當熱力學溫度為T0時，缸內氣體高為，已知大氣壓強為p0，不計活塞質量及活塞與缸體的摩擦?，F緩慢升溫至活塞剛要脫離汽缸。
（1）求初始時氣體的壓強；
（2）求活塞剛要脫離汽缸時缸內氣體的溫度；
（3）已知此理想氣體的內能跟熱力學溫度成正比，即U＝kT，k已知，求該過程缸內氣體吸收的熱量Q。
（2024 洛陽一模）如圖所示為一超重報警裝置示意圖，高為L、橫截面積為S、質量為m、導熱性能良好的薄壁容器豎直倒置懸掛，容器內有一厚度不計、質量為m的活塞，穩定時正好封閉一段長度為的理想氣柱?；钊赏ㄟ^輕繩連接受監測重物，當活塞下降至位于離容器底部位置的預警傳感器處時，系統可發出超重預警。已知初始時環境熱力學溫度為T0，大氣壓強為p0，重力加速度為g，不計摩擦阻力。
（1）求輕繩未連重物時封閉氣體的壓強；
（2）求剛好觸發超重預警時所掛重物的質量M；
（3）在（2）條件下，若外界溫度緩慢降低1%，氣體內能減少ΔU0，求氣體向外界放出的熱量Q。
（2023 湖南模擬）長郡中學某實驗小組受酒店煙霧報警器原理啟發，探究設計了氣體報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內用面積S＝20cm2、質量m＝0.5kg的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動，整個裝置倒貼在水平天花板上，開始時房間的溫度為T0＝300K，活塞與容器頂部的距離l0＝15cm，環境溫度升高時容器內氣體溫度也隨之升高，在活塞下方d＝1cm處有一壓力傳感器制成的卡口，當傳感器受到壓力大于2N時，就會啟動報警裝置．已知大氣壓強為1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2。計算結果均保留三位有效數字。
（1）觸發報警裝置的室溫為多少？此過程中氣體對外做功為多少？
（2）室內溫度升高到剛觸發報警裝置的過程，氣體吸收了3J的熱量，則此過程氣體的內能改變了多少？

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