2018人教版高中物理选修(3-3)第十章《热力学定律》章末检测1

高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章热力学定律(人教版)高中物理选修3-3知识点总结：第十章热力学定律（人教版）冷热变化是最常见的一种物理现象，本章主要将的就是热力学的有关问题，其中热力学的第一和第二定律是比较重要得，对于能量守恒定律必须要深刻的理解。

考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。

Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。

要求Ⅰ：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第二定律的微观结构等内容。

要求Ⅱ：这一章这项要求考察比较少。

知识网络：内容详解：一、功、热与内能●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。

●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。

●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。

●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。

二、热力学第一定律、第二定律●第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。

表达式uWQ符号+-W外界对系统做功系统对外界做功Q系统从外界吸热系统向外界放热u系统内能增加系统内能减少●第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。

另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。

●应用热力学第一定律解题的思路与步骤：一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。

二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。

三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。

高中物理学习材料桑水制作双基限时练(十四)热力学第一定律能量守恒定律1．(多选题)下列关于物体内能的说法正确的是( )A．物体吸收热量，内能一定增加B．物体放出热量，内能一定减少C．当做功和热传递同时存在时，物体的内能可能不变D．物体对外做功，内能可能增加解析当物体从外界吸收的热量Q与对外做的功W正好相等时，物体的内能不变，C正确；当物体对外做功时，如果同时吸收热量Q，且吸收的热量比对外做的功多时，内能就可能增加，D正确．答案CD2．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( )A．内能增大，放出热量B．内能减小，吸收热量C．内能增大，对外界做功D．内能减小，外界对其做功解析不计分子势能，故瓶内空气的内能随温度降低，内能一定减小，体积减小了，外界对瓶内气体做功，此过程为放热过程，故D选项正确．答案 D3．在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中( )A．气泡内的气体向外界放出热量B．气泡内的气体与外界不发生热传递，其内能不变C．气泡内的气体对外界做功，其内能减少D．气泡内的气体对外界做功，同时从水中吸收热量，其内能不变解析小气泡可视为理想气体，在缓慢上升过程中，保持温度与水温相同，即温度保持不变．理想气体的内能由温度决定．可知，气泡上升过程中内能不变．即ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气泡体积增大，W为负值，则Q为正值，即上升过程为吸热过程．故D选项正确．答案 D4．一定质量气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体内能减少了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 JB．W＝8×104 J ΔU＝－1.2×105 J Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J ΔU＝1.2×105 J Q＝2×105 JD．W＝8×104 J ΔU＝－1.2×105 J Q＝－4×104 J解析由热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，外界对气体做功，W＝8×104J，内能减少ΔU＝－1.2×105J，则Q＝－2×105 J．故B选项正确．答案 B5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有( )A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1>Q2解析由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，即在此过程中ΔU＝W1－W2＋Q1－Q2＝0，则Q1－Q2＝W2－W1，故A 选项正确．答案 A6．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中( )A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小解析本题考查了热力学第一定律，理解做功和热传递可以改变物体的内能．筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A正确．答案 A7．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是( )A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量解析该永动机叶片进入水中，吸收热量而伸展划水，推动转轮转动，离开水面后向空气中放热，叶片形状迅速恢复，所以转动的能量来自热水，由于不断向空气释放热量，所以水温逐渐降低，A、B、C错，D对．答案 D8．某校开展探究性课外活动，一同学用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三量之间的变化关系．该同学选用导热良好的气缸将其开口向下，内装理想气体，并将气缸固定不动，但缸内活塞可自由滑动且不漏气，他把一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止．他把沙桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出，外部环境温度恒定，由此可确定( ) A．外界对气体做功，内能增大B．外界对气体做功，温度计示数不变C．气体体积减小，温度计示数减小D．外界对气体做功，温度计示数增大解析因细沙慢慢漏出，沙桶重力减少，故活塞上移，外界对气体做功，因气缸导热性能良好，细沙是慢慢漏出，外部环境温度又不变，故此过程气缸内气体及时向外界放热而保持缸内气体温度不变．答案 B9．给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加解析缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，选项B错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；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；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，选项A正确．答案 A10．如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走．若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )A．气体对外做功，气体温度可能不变B．气体对外做功，内能一定减少C．气体压强可能增大，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能一定增加解析由于气缸为导热的，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变．答案 A11．(多选题)如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad 平行于横坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法正确的是( )A．从状态d到c，气体不吸热也不放热B．从状态c到b，气体放热C．从状态a到d，气体对外做功D．从状态b到a，气体吸热解析从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错．气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)就一定要伴随放热的过程，故B对．气体从状态a 到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C正确．气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D对．答案BCD12．(多选题)一定质量的理想气体自状态A经状态C变化到状态B.这一过程在V－T图上表示如图所示，则( )A．在过程AC中，外界对气体做功B．在过程CB中，外界对气体做功C．在过程AC中，气体压强不断变大D．在过程CB中，气体压强不断变小解析A→C过程，等温变化，体积变小，外界对气体做功，A正确．C→B过程，体积不变，外界对气体不做功，B错误．A→C过程中，体积变小，分子密集程度变大，压强变大，C正确．C→B，体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能变大，故压强变大，D错误．答案AC13．一定质量的气体从外界吸收热量2.66×105 J，内能增加4.25×105 J，是气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？解析选择一定量的气体为研究对象．根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得W＝ΔU－Q＝4.25×105 J－2.66×105 J＝1.59×105 J.W为正值，表示是外界对气体做功，做功的大小是1.59×105 J.答案外界对气体做功 1.59×105 J14．喷雾器内有10 L水，上部封闭有1 atm的空气2 L．关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3 L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)．(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因．(2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由．解析(1)设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2 代入数据得p2＝2.5 atm微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加．(2)吸热．气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热．答案(1)2.5 atm 原因见解析(2)吸热理由见解析。

第十章第4、5节1．(多选)(河北省邢台市第一中学2017～2018学年高二下学期月考)下列说法正确的是( AC )A．1kg的0℃的冰比1kg的0℃的水的内能小些B．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能C．热力学第一定律也可表述为“第一类永动机不可能制成”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”解析：1kg的0℃的冰熔化成0℃的水要吸收热量，则1kg的0℃的冰比1kg的0℃的水的内能小些，选项A正确；第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化，故B错误；热力学第一定律也可表述为“第一类永动机不可能制成”，选项C正确；热力学第二定律可描述为“不可能使热量自发地由低温物体传递到高温物体”，故D错误。

2．(江西省南昌三中2017年高二下学期期末)根据热力学定律判断下列说法中正确的是( D )A．第一类永动机不违反能量守恒定律B．当人类的科学技术发展到一定程度时永动机是可以制造出来的C．冰箱可以自发地使热量由温度较低的冰箱内向温度较高的冰箱外转移D．墒增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行解析：第一类永动机制不成，是因为它违反能量守恒定律，A错误；第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，所以永动机是永远不能制造出来的，B错误；冰箱通过电流做功使热量由温度较低的冰箱内向温度较高的冰箱外转移，不能自发的进行，C错误；墒增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行，D正确。

3．(多选)(湖北省孝感一中、应城一中等五校2018届高三上学期期末)下列说法正确的是( ABD )A．液晶的光学性质为各向异性B．自然发生的热传递过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行C．所有晶体的物理性质表现为各向异性D．理想气体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加E．分子热运动各速率区间的分子数与总分子数的百分比是常数，与温度无关解析：液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，故A正确；根据热力学第二定律，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B正确；单晶体的物理性质表现为各向异性，多晶体的物理性质表现为各向同性，故C 错误；对一定质量的理想气体，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，当气体对外做功时(体积增大)，W是负值，气体从外界吸热，Q为正值，则ΔU可能是正值，也可能是负值，所以内能可能增加，故D正确；气体分子运动的统计规律：中间多，两头少。

章末检测试卷(第十章)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分)1．(多选)在下列现象中是通过做功使物体内能改变的是()A．用打气筒给自行车打气时，筒壁温度升高B．在阳光照射下，水的温度升高C．铁锤锤打铁块，使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉一些答案AC2．(多选)(2019·衡阳市第八中学月考)下列说法正确的是()A．第二类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加C．一定质量理想气体对外做功，内能不一定减少，但密度一定减小D．对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热答案BCD解析第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，故A错误；绝热条件下压缩气体，根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q＞0，即内能增加，故B正确；一定质量理想气体对外做功，若气体吸收热量，则内能不一定减少，由于气体的体积增大，所以密度一定减小，故C正确；对于一定量的理想气体，如果压强不变，当体积增大，气体对外做功，而温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，它一定从外界吸热，故D正确．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1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()图1A．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，内能减小答案 A解析气体膨胀对外做正功，而缸内气体与外界无热交换，由热力学第一定律知，其内能一定减小，温度降低，故分子的平均动能减小，A正确，B、C、D错误．4.如图2所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前()图2A．外界对管内气体做功，气体内能增大B．管内气体对外界做功，气体内能减小C．管内气体内能不变，压强变大D．管内气体内能增大，压强变大答案 D解析管体积不变，则气体体积不变，外界没有对管内气体做功，管内气体也没有对外界做功，A、B项错误；绳子与管壁摩擦生热，使管内气体温度升高，内能增大，根据理想气体状态方程，可知温度升高，体积不变时，气体压强增大，故C项错误，D项正确．5．(多选)煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法正确的是()A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C．该技术实现了煤的清洁利用D．该技术实现了煤的高效利用答案ACD解析煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确．6．一木块沿斜面向下滑，下列说法正确的是()A．不管斜面是否光滑，下滑过程中重力对木块做了功，它的内能将增大B．若斜面光滑且不计空气阻力，木块滑到斜面底部时，速度增大，内能也将增大C．若斜面粗糙，木块在重力作用下虽速度增大，但它的内能并不改变D．若斜面粗糙，木块的机械能减小，而它的内能将增大答案 D解析斜面光滑且不计空气阻力时，木块下滑过程中机械能守恒，内能不变；斜面粗糙，木块下滑时要克服摩擦力做功，故木块的机械能减小，由能量守恒定律知它的内能将增大，故D正确．7．一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′.如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则()A．W1＞W2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2B．W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2C．W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2D．W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2答案 B解析由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，若通过压强不变的过程实现体积膨胀，则由pVT为恒量，可知温度必定升高，对理想气体，内能必定增大，则气体膨胀对外做功，并从外界吸收热量，即ΔU1＝－W1＋Q＞0，故Q1＞W1.若通过温度不变的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，从外界吸收热量，即ΔU2＝－W2＋Q2＝0，故Q2＝W2，且ΔU1＞ΔU2.由于气体对外做功的过程中，体积膨胀，通过温度不变的方式，由pVT为恒量，可知压强必定减小，则平均压强比通过压强不变的过程时的压强要小，故W1＞W2，Q1＞Q2，选项B正确．8．根据热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是()A．为了节约能源，可将汽车行驶中散失的内能全部收集起来，再作为汽车运动的能源B．电冰箱制冷是因为电冰箱能自发地将内部热量传递给外界C．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子在永不停息地做无规则运动D．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行答案 D解析热力学第二定律告诉我们，一切宏观热现象都是有方向的，故汽车行驶中散失的内能不可能再全部收集起来作为汽车运动的能源，故A错误；电冰箱制冷并不是因为电冰箱能自发地将内部热量传递给外界，而是要耗电，故B错误；布朗运动是悬浮的固体小颗粒的无规则运动，故C错误；热力学第二定律告诉我们，一切宏观热现象都是有方向的，故满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行，故D正确．9．如图3所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是()图3A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量答案 D解析形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．10．(多选)(2019·武汉市模拟)我国航天员漫步太空已成为现实．飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图4所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B 中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则()图4A．气体体积膨胀，对外做功B．气体分子势能减小，内能增加C．气体体积变大，温度不变D．B中气体不可能自发地全部退回到A中答案CD解析当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，但对外不做功，故A错误；又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，则气体的温度也不变，B错误，C正确；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确．11．(多选)如图5所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左、右两边气体温度相等．现给电热丝提供一较弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比()图5A．右边气体温度升高，左边气体温度不变B．左、右两边气体温度都升高C．左边气体压强增大D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量答案BC解析当电热丝通电后，右边气体温度升高气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，左边气体内能增加，气体的温度升高，压强增大，选项B、C正确，A错误；右边气体内能的增加量为电热丝放出的热量减去对左边的气体所做的功，选项D错误．12．(多选)如图6所示，一导热性能良好的金属汽缸放置在水平面上，汽缸内封闭了一定质量的理想气体，现缓慢地在活塞上堆放一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，在此过程中()图6A．气体的内能增大B．气体吸热C．单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多D．若汽缸和活塞换成绝热材料，汽缸内气体分子平均动能增大答案CD解析 金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，在活塞上堆放一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故A 错误；气体温度不变，内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体要向外放出热量，故B 错误；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子密度增大，单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多，故C 正确；若汽缸和活塞换成绝热材料，气体不吸热也不放热，气体体积减小，对气体做功，由热力学第一定律可以知道，气体内能增大，气体温度升高，汽缸内气体分子平均动能增大，故D 正确．二、非选择题(本题共6小题，共52分)13．(6分)在将空气(可看成理想气体)压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ 的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ 的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ ，空气__________(填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.答案 5(2分) 放出(2分) 29(2分)解析 理想气体的内能仅与温度有关，故将空气压缩装入气瓶的过程中并不改变空气的内能，只有潜入海底过程才改变内能，所以两个过程中，空气的内能共减小5 kJ ，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，知Q ＝－29 kJ ，故空气放出的总热量为29 kJ.14.(6分)如图7所示，内壁光滑的圆柱形金属容器内有一个质量为m 、面积为S 的活塞．容器固定放置在倾角为θ的斜面上．一定量的气体被密封在容器内，温度为T 0，活塞底面与容器底面平行，距离为h .已知大气压强为p 0，重力加速度为g .图7(1)容器内气体压强为________；(2)由于环境温度变化，活塞缓慢下移h 2时气体温度为________；此过程中容器内气体________(选填“吸热”或“放热”)．答案 (1)p 0＋mg cos θS (2分) (2)T 02(2分) 放热(2分) 解析 (1)对活塞受力分析如图所示，根据力的平衡条件有pS ＝p 0S ＋mg cos θ，解得p ＝p 0＋mg cos θS.(2)根据题意，气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律得hS T 0＝h 2S T ，解得T ＝T 02.外界对气体做功，W ＞0，气体温度降低，内能减小ΔU ＜0，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，Q ＜0，气体放热．15.(9分)如图8所示为一汽缸内封闭的一定质量气体的p －V 图线，当该系统从状态a 沿过程a →c →b 到达状态b 时，有335 J 热量传入系统，系统对外界做功126 J ．求：图8(1)若沿a →d →b 过程，系统对外做功42 J ，则有多少热量传入系统？(2)若系统由状态b 沿曲线返回状态a 的过程中，外界对系统做功84 J ，则系统是吸热还是放热？传递的热量是多少？答案 (1)251 J (2)放热 293 J解析 (1)由热力学第一定律可得a →c →b 过程系统增加的内能ΔU ＝W ＋Q ＝(－126＋335) J ＝209 J ，(2分)由a →d →b 过程有ΔU ＝W ′＋Q ′(1分)得Q ′＝ΔU －W ′＝[209－(－42)] J ＝251 J ，(1分)为正，即有251 J 的热量传入系统．(1分)(2)由题意知系统由b →a 过程内能的增量ΔU ′＝－ΔU ＝－209 J(1分)根据热力学第一定律有Q ″＝ΔU ′－W ″＝(－209－84) J＝－293 J(2分)负号说明系统放出热量，传递的热量为293 J ．(1分)16．(10分)如图9，一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V 0，开始时内部封闭气体的压强为p 0.经过太阳曝晒，气体温度由T 0＝300 K 升至T 1＝350 K.图9(1)求此时气体的压强．(2)保持T 1＝350 K 不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p 0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．答案 (1)76p 0 (2)67 吸热 原因见解析 解析 (1)由题意知，气体体积不变，由查理定律得p 0T 0＝p 1T 1(2分) 所以此时气体的压强p 1＝T 1T 0p 0＝350300p 0＝76p 0(2分) (2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V 2，由玻意耳定律可得p 1V 0＝p 0V 2(2分)可得V 2＝p 1V 0p 0＝76V 0(1分) 所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为ρV 0ρ·76V 0＝67(1分) 因为抽气过程中气体温度不变，故内能不变，而气体的体积膨胀对外做功．由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，气体一定从外界吸收热量．(2分)17.(10分)如图10所示，一长为L 、内横截面积为S 的绝热汽缸固定在水平地面上，汽缸内用一质量为M 的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞光滑且不漏气，开始时活塞固定在汽缸正中央，汽缸内被封闭气体压强为p ，外界大气压为p 0(p ＞p 0)．现释放活塞，测得活塞被缸内气体推到缸口时的速度为v .求：图10(1)此过程克服大气压力所做的功．(2)活塞从释放到将要离开缸口，缸内气体内能改变了多少？答案 (1)p 0SL 2 (2)减少了12M v 2＋12p 0SL 解析 (1)设大气作用在活塞上的压力为F ，则F ＝p 0S (2分)则此过程大气压力所做的功W ＝－F ·L 2＝－p 0SL 2(2分) 故此过程克服大气压力所做的功为p 0SL 2(2分) (2)设活塞离开缸口时动能为E k ，则E k ＝M v 22(1分) 根据能量守恒定律得：缸内气体内能改变ΔU ＝－M v 22－p 0SL 2(2分) 即内能减少了12M v 2＋12p 0SL .(1分) 18.(11分)某压力锅结构如图11所示．盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热．图11(1)假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1 J ，并向外界释放了2 J 的热量．锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？(2)已知大气压强p 随海拔高度H 的变化满足p ＝p 0(1－αH )，其中常数α>0.结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同． 答案 (1)减少 3 J (2)温度随着海拔高度的增加而降低．解析 (1)根据热力学第一定律：ΔU ＝W ＋Q ，气体对外做功，W ＝－1 J(1分)气体向外放热，热量为负，Q ＝－2 J ．(1分)则有：ΔU ＝W ＋Q ＝－3 J ，负号表示内能减少．(2分)锅内原有气体内能减少，减少了3 J ．(1分)(2)由p ＝p 0(1－αH )(其中α>0)，随着海拔高度的增加，大气压强减小；锅内气体压强p 1＝p＋mg S ＝p 0(1－αH )＋mg S，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小；(4分) 根据查理定律p 1T 1＝p 2T 2＝C 可知，阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．(2分)。