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热力考试题库及答案解析一、选择题1. 热力学第一定律的数学表达式是：A. ΔU = Q - WB. ΔH = Q + WC. ΔG = Q - WD. ΔS = Q/T答案：A2. 在绝热条件下，气体膨胀时，其温度将：A. 增加B. 减少C. 保持不变D. 先增加后减少答案：B3. 理想气体状态方程为：A. PV = nRTB. PV = nTC. PV = RTD. PV = nR答案：A二、填空题4. 根据热力学第二定律，不可能制造一个循环动作的机器，其_______全部用来做功而不引起其他变化。
答案：能量5. 热机效率是指热机输出的功与_______之比。
答案：输入的热量三、简答题6. 简述热力学系统与外界交换能量的两种基本方式。
答案：热力学系统与外界交换能量的两种基本方式是做功和热交换。
7. 解释什么是熵，并简述熵增加原理。
答案：熵是热力学系统中无序度的量度，熵增加原理表明，在自发过程中，一个孤立系统的熵总是趋向于增加。
四、计算题8. 已知理想气体的初始状态为P1 = 2 atm，V1 = 3 m³，最终状态为P2 = 1 atm，V2 = 6 m³，求气体经历的功W。
答案：首先应用理想气体状态方程 PV = nRT，由于是理想气体，我们可以忽略温度和摩尔数的影响，直接通过体积和压力的关系来计算功。
根据等温过程的功的公式 W = P1V1 ln(V2/V1)，代入数值得到W = 2 * 3 * ln(6/3) = 6 * ln(2)。
9. 一个绝热容器内装有100克的冰，其温度为0°C，求冰完全融化成水后水的温度。
答案：冰的熔化热为334 J/g。
首先计算冰完全融化所需的热量 Q= 334 * 100 = 33400 J。
由于是绝热过程，根据能量守恒，这些热量将转化为水的内能，导致水温度的升高。
设水的比热容为 c，水的质量为 m，最终温度为 T，初始温度为 T0。
第一章热力学第一定律四、简答1.一隔板将一刚性绝热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。
现将隔板抽去，左右气体的压力达到平衡。
若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正？为负？或为零？答：以全部气体为系统，经过指定的过程，系统既没有对外做功，也无热量传递。
所以ΔU、Q、W均为零。
2.若一封闭体系从某一始态变化到某一终态.(1）Q、W、Q-W、ΔU是否已完全确定;答:ΔU＝Q-W能够完全确定，因内能为状态函数,只与系统的始态和终态有关。
Q、W不能完全确定，因它们是与过程有关的函数。
（2)若在绝热条件下,使系统从某一始态变化到某一终态，则（1）中的各量是否已完全确定，为什么！答:Q、W、Q-W、ΔU均完全确定，因绝热条件下Q＝0，ΔU＝Q+W＝W。
五、计算题1.计算下述两个过程的相关热力学函数。
(1）若某系统从环境接受了160kJ的功,热力学能增加了200kJ,则系统将吸收或是放出了多少热量？（2）如果某系统在膨胀过程中对环境作了100kJ的功，同时系统吸收了260kJ的热，则系统热力学能变化为多少?解析：（1)W＝-160kJ，ΔU = 200kJ，根据热力学第一定律：Q＝ΔU＋W得：Q＝200—160＝40 kJ（2）W ＝100kJ,Q ＝260 kJΔU ＝Q -W ＝260-100＝160 kJ2.试证明1mol 理想气体在等压下升温1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R. 解：2111W p p p p n mol T T K W R===-==2121外外外nRT nRT （V -V ）=（-）p p3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103kg/m 3和1。
0×103kg/m 3，现有1mol 的水发生如下变化：(1）在100℃、101.325kPa 下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； （2）在0℃、101。
325kPa 下变为冰。
试求上述过程系统所作的体积功。
热力学第一定律高考解析1. 在恒定温度下，理想气体系统的内能变化与其对外做的功和吸收的热量之间的关系是：A. 内能变化=功+热量B. 内能变化=功-热量C. 内能变化=热量-功D. 内能变化=热量+功2. 以下哪个过程是等温过程？A. 气体的压强保持不变，温度升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强和温度都升高D. 气体的温度和压强都降低3. 在等压条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加4. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低5. 以下哪个过程是等温等容过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低6. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少7. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低8. 以下哪个过程是等容等压过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低9. 在等容条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少10. 以下哪个过程是等温等容过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低11. 在等容条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加12. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低13. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低14. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少15. 以下哪个过程是等容等压过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低16. 在等容条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加17. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低18. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低19. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少20. 以下哪个过程是等容等压过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低21. 在等容条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加22. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低23. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低24. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少25. 以下哪个过程是等容等压过程？B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低26. 在等容条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加27. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低28. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高29. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少30. 以下哪个过程是等容等压过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低31. 在等容条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加32. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低33. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低34. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少35. 以下哪个过程是等容等压过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低36. 在等容条件下，理想气体吸收热量导致内能增加，这一过程中：A. 气体分子的平均动能增加B. 气体分子的平均势能增加C. 气体分子的平均动能和平均势能都增加D. 气体分子的平均动能和平均势能都不增加37. 以下哪个过程是等压过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低38. 以下哪个过程是等容过程？A. 气体的温度保持不变，压强升高B. 气体的压强保持不变，温度升高C. 气体的温度和压强都升高D. 气体的温度和压强都降低39. 在等压条件下，理想气体对外做功导致内能减少，这一过程中：A. 气体分子的平均动能减少B. 气体分子的平均势能减少C. 气体分子的平均动能和平均势能都减少D. 气体分子的平均动能和平均势能都不减少40. 以下哪个过程是等容等压过程？A. 气体的温度和压强都升高B. 气体的温度保持不变，压强升高C. 气体的压强保持不变，温度升高D. 气体的温度和压强都降低答案：1. A2. B3. A4. A5. B6. A7. B8. C10. D11. A12. B13. B14. A15. C16. A17. B18. B19. A20. C21. A22. B23. B24. A25. C26. A27. B28. B29. A30. C32. B33. B34. A35. C36. A37. B38. B39. A40. C。
高中物理热力学第一定律课后习题答案及解析练习与应用1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能改变了多少？解析：依题意可得：W=900J，Q=-210J由△U=W+Q得：△U=900+(-210)J=690J答：汽缸里空气的内增加了690J.2．如图3.2-4，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。
把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。
如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。
图 3.2-4（1）Q1和Q2哪个大些？（2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？解析：（1）题中两种不同情况下，质量的一定的气体升高相同的温度，气体内能增加量相同(温度是分子平均动能的标志)，第一种情况气体对外不做功，W1=0第二种情况下，气体对外做功，W2＜0。
由热力学第一定律可知，△U=W1+Q1，△U=W2+Q2，比较两式可知，Q2大些；（2）由于在一定量的空气升高相同温度的情况下，Q2＞Q1，由根据比热容公式Q=Cm△t得：Q1=C1m△t，Q2=C2m△t，故C2＞C1，即气体在定容下的比热容小于在定压下的比热容。
3．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。
请估计：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为4.2×103 J/（kg·℃）。
解析：设水的质量为m，上、下水潭的水温差为△t，由能量守恒定律有：mgh=Cm△t；△t=gℎ代入数据解得：△t≈0.14℃；C答：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差0.14℃。
4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1 h内体温由37.0 ℃降低到33.5 ℃。
请你由此估算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一个体重400 kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能为它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是水。
热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。
1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。
( )2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。
( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
( )4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。
( )5. 稳定态单质的∆f H(800 K) = 0。
( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。
（A）Q > 0；（B）∆U < 0；（C）W <0；（D）∆H = 0。
2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。
( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。
3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( )(A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程；( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。
4. 在隔离系统内：( )。
( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒；(C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。
5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。
( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态；( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。
6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。
( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加；( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。
7. 已知反应H2(g) +12O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为∆r H(T)，下列说法中不正确的是：（）。
第3节 热力学第一定律 能量守恒定律1．理解热力学第一定律，能应用热力学第一定律分析和解决实际问题。
2．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的根本规律。
3．知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
一、热力学第一定律1．功和热：□01做功和□02热传递这两种方法在改变内能方面是等效的，即一定数量的功与确定数量的热相对应。
2．内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的□03热量与外界对它所做的□04功的和。
3．数学表达式：ΔU ＝□05Q ＋W 。
二、能量守恒定律1．大量事实证明：各种形式的能可以相互转化，并且在转化过程中□01总量不变。
2．能量守恒定律：□02能量既不会凭空产生，也不会凭空□03消失，它只能从一种形式□04转化为另一种形式，或者从一个物体□05转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的□06总量保持不变。
3．定律说明(1)各种形式的能可以互相□07转化。
(2)各种互不相关的物理现象可以用能量转化和守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成1．第一类永动机：它不需要任何□01动力或□02燃料，却能不断地对外做功。
2．失败原因：违背了□03能量守恒定律。
判一判(1)对物体做功，其内能必定改变；物体向外传出一定热量，其内能必定改变。
( ) (2)能量既可以转移又可以转化，故能的总量是可以变化的。
( ) (3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。
( ) 提示：(1)× (2)× (3)√课堂任务热力学第一定律对热力学第一定律的理解1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了做功和热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位统一为国际单位制中的焦耳。
2．对公式ΔU ＝Q ＋W 符号的规定符号 WQΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 －物体对外界做功物体放出热量内能减少3(1)假设过程是绝热的，那么Q＝0，外界对物体所做的功等于物体内能的增量。
专题18 热学中的气缸问题①热力学温度与摄氏温度的关系：K t T 15.273+=；②玻意耳定律：1C pV =；（1C 是常量）或2211V p V p =③盖—吕萨克定律：T C V 2=（2C 是常量）；或2211T V T V =或2121T T p p =； ④查理定律：T C p 3=（3C 是常量）；或2211T p T p =或2121T T p p =； ⑤理想气体状态方程：222111T V p T V p =或C TpV =； ⑥热力学第一定律：W Q U +=∆；在解决热力学中的汽缸问题题时，首先要确定力学和热学的研究对象：①力学对象一般为汽缸、活塞、连杆、液柱等，确定研究对象后，要对其进行受力分析；②热学对象一般是封闭气团，要分析其初、末状态参量值及其变化过程。
第二步列出方程：①根据牛顿运动定律或平衡条件列出力学方程；②根据理想气体状态方程或气体实验室定律方程列出热学方程；③进一步挖掘题目中的隐含条件或集合关系。
最后对所列的多个方程联立求解，检验结果的合理性。
常考的关联气体汽缸模型 模型一（如图）：上图模型中，A 、B 两部分气体在状态变化过程中的体积之和不变。
模型二（如图）：上图模型中，压缩气体，使隔板缓慢移动的过程中，A 、B 两侧的压强差恒定。
模型三（如图）：上图模型中，连杆活塞移动相同距离，A 、B 两部分气体体积的变化量之比等于活塞面积之比，即BA B A S S V V =∆∆。
典例1：（2022·河北·高考真题）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。
设汽缸内、外压强均为大气压强0p 。
活塞面积为S ，隔板两侧气体体积均为0SL ，各接触面光滑。
连杆的截面积忽略不计。
现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的12，设整个过程温度保持不变，求：（i ）此时上、下部分气体的压强；（ii ）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g ）。
热力学第一定律习题及答案热力学第一定律习题一、单选题1) 如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为体系有：( )A. W =0，Q <0，U <0B. W <0，Q <0，U >0C. W <0，Q <0，U >0D. W <0，Q =0，U >02) 如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气(视为理想气体)，已知p右> p左，将隔板抽去后: ( )A. Q＝0, W ＝0, U ＝0B. Q＝0, W <0, U >0C. Q >0, W <0, U >0D. U ＝0, Q＝W03）对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的：( )A. (U/T)V＝0B. (U/V)T＝0C. (H/p)T＝0D. (U/p)T＝04）凡是在孤立孤体系中进行的变化，其U 和H 的值一定是：( )A. U >0, H >0B. U ＝0, H＝0C. U <0, H <0D. U ＝0，H 大于、小于或等于零不能确定。
5）在实际气体的节流膨胀过程中，哪一组描述是正确的: ( )A. Q >0, H＝0, p < 0B. Q＝0, H <0, p >0C. Q＝0, H ＝0, p <0D. Q <0, H ＝0, p <06）如图，叙述不正确的是：( )A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小B.H1表示无限稀释积分溶解热C.H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热7）H＝Q p此式适用于哪一个过程: ( )A.理想气体从101325Pa反抗恒定的膨胀到B.在0℃、101325Pa下，冰融化成水C.电解CuSO4的水溶液D.气体从(298K，101325Pa)可逆变化到(373K， )8) 一定量的理想气体，从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态，终态体积分别为V1、V2。
热力考试题库及答案解析一、选择题1. 热力学第一定律表明，能量守恒，其数学表达式为：A. ΔU = Q - WB. ΔU = Q + WC. ΔH = Q - PD. ΔS = Q/T答案：B解析：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学过程中的体现，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据能量守恒原理，系统内能的变化等于系统吸收的热量与对外做功的和。
2. 下列哪种情况会导致熵增？A. 冰融化成水B. 水蒸发成蒸汽C. 气体压缩成液体D. 液体压缩成固体答案：B解析：熵是表示系统无序程度的物理量。
当系统从有序状态向无序状态转变时，熵会增加。
水蒸发成蒸汽是一个从有序到无序的过程，因此熵会增加。
二、填空题1. 热力学第二定律表明，不可能从单一热源______，并将全部能量转化为有用的工作。
答案：吸热解析：热力学第二定律指出，不可能构造一种循环过程的热机，其唯一作用是从单一热源吸热，并将全部能量转化为有用的工作，而不引起其他变化。
2. 理想气体状态方程为 PV = nRT，其中P代表______，V代表体积，n代表摩尔数，R是______，T代表温度。
答案：压强；理想气体常数解析：理想气体状态方程是描述理想气体状态的方程，其中P代表气体的压强，V代表气体的体积，n代表气体的摩尔数，R是理想气体常数，T代表气体的绝对温度。
三、简答题1. 什么是卡诺循环，它在热力学中的意义是什么？答案：卡诺循环是一种理想化的热机循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。
它的意义在于，卡诺循环的效率是所有在相同温度范围内工作的热机中最高的，这为热机的设计和效率的提高提供了理论基础。
解析：卡诺循环由法国物理学家尼古拉·卡诺提出，它是理想化的循环，不涉及实际的机械摩擦和热传导损失。
卡诺循环的效率只与工作介质的高温和低温热源有关，与工作介质的种类无关。
四、计算题1. 假设有一个理想气体，其摩尔数为2摩尔，初始状态下的压强为1大气压，体积为1立方米，温度为300K。
2020年高考物理（选修3-3、3-4）第一部分热学（选修3-3）专题1.18 与热力学第一定律相关的计算题1.(10分) （2019洛阳二模）如图所示，用导热性能良好的气缸和活塞封闭一定质量的理想气体，气体的体积V1=8.0×10－3m3，温度T1=4.0×102K现使外界环境温度缓慢降低至T2，此过程中气体放出热最7.0×102J，内能减少了5.0×102J。
不计活塞的质量及活塞与气缸间的摩擦，外界大气压强P0=1.0×105Pa求：①此过程外界对气体做了多少功；②T2的值。
【命题意图】本题考查热力学第一定律、气体实验定律及其相关知识点。
【解题思路】2．（10分）（2019湖北四地七校考试联盟期末）如图所示，导热性能良好的柱形金属容器竖直放置，容器上端的轻质塞子将容器密闭，内有质量为m的活塞将容器分为A、B两个气室，A、B两个气室的体积均为V．活塞与容器内壁间气密性好，且没有摩擦，活塞的截面积为S．已知重力加速度大小为g，大气压强大小为，A气室内气体的压强大小为。
（i）拔去容器上端的塞子，求活塞稳定后B气室的体积V B；（ii）拔去塞子待活塞稳定后，室温开始缓慢升高，从活塞稳定到其恰好上升到容器顶端的过程中B室气体从外界吸热为Q，求这个过程中B气室气体内能增量△U。
【思路分析】（i）拔去塞子待活塞稳定后，B室中的气体初末状态温度不变，根据玻意耳定律解答；（ii）根据功的公式求出气体对外做功，由热力学第一定律求解。
【名师解析】（i）拔去塞子待活塞稳定后，B室中的气体初末状态温度不变根据玻意耳定律，（+）•V＝（+）•V B解得V B＝V（ii）B气室气体吸收的热量，一部分用来对外做功，一部分为其内能增量，室温缓慢升高的过程中，气体对外做功为W＝（+）•S•＝根据热力学第一定律，△U＝Q﹣W＝Q﹣答：（i）拔去容器上端的塞子，活塞稳定后B气室的体积为V；（ii）拔去塞子待活塞稳定后，室温开始缓慢升高，从活塞稳定到其恰好上升到容器顶端的过程中B室气体从外界吸热为Q，这个过程中B气室气体内能增量为Q﹣。
【名师点评】本题考查气体实验定律的应用以及气体压强的计算，要注意正确选择研究对象，分析好对应的状态，再选择正确的物理规律求解即可。
3.（2019年3月山东烟台一模））如图所示，上端带卡环的绝热圆柱形气缸竖直放置在水平地面上，气缸内部的高度为h，气缸内部被厚度不计、质量均为m的活塞A和B分成高度相等的三部分，下边两部分封闭有理想气体M和N，活塞A导热性能良好，活塞B绝热，两活塞均与气缸接触良好，不计一切摩擦，N部分气体内有加热装置，初始状态温度为T0，气缸的横截面积为S，外界大气压强大小为且保持不变。
现对N部分气体缓慢加热（1）当活塞A恰好到达气缸上端卡环时，N部分气体从加热装置中吸收的热量为Q，求该过程中N部分气体内能的变化量；（2）活塞A 恰好接触气缸上端卡环后，继续给N 部分气体加热，当M 部分气体的高度达到时，求此时N 部分气体的温度。
【名师解析】⑵(10分)解：(ⅰ)活塞A 到达气缸上端卡环前，气体M 和N 均做等压变化，活塞A 、B 之间的距离不变。
当活塞A 恰好到达气缸上端卡环时，N 部分气体的压强 p N 2= p M 1+S mg = p 0+S mg 2=S mg 3 ……………………①（1分） N 部分气体增加的体积 ΔV =3Sh …………………………………………②（1分） N 部分气体对外做功 W =p N 2·ΔV =mgh ……………………………………③（1分）N 部分气体内能的变化量 ΔU =Q -W = Q -mgh ………………………………④（1分）(ⅱ) 活塞A 恰好接触气缸上端卡环后，继续给N 部分气体加热，气体M 做等温变化，由玻意耳定律 S mg 2·3h S = p M 2·9h S …………………………………………………………⑤（1分） 解得 p M 2=Smg 6 ………………………………………………………………⑥（1分） 此时N 部分气体的压强 p N 3= p M 2+S mg =S mg 7 ……………………………⑦（1分） N 部分气体的体积 V N 3=98h S ……………………………………………⑧（1分） 对N 部分气体由理想气体状态方程 033T S h S mg ⋅=3987N T S h Smg ⋅ ……………⑨（1分） 解得 03956T T N = …………………………………………………………⑩（1分） 4. （2019山东临沂期中）一定质量的理想气体由状态C 经状态B 变化到状态A 的P-V 图象如图所示。
（1）若已知在状态C 时，理想气体的温度为127℃，求处于状态B 时气体的摄氏温度；（2）从状态C 变化到状态A 气体是吸热还是放热？并求出吸收或放出的热量的数值。
(已知)【名师解析】（1）B 和 C 之间:（2分） 解得：（2分） 所以 （2分）（2）C 到 A ，等温压缩，所以放热，由热力学第一定律，（2分） 做功等于图象的面积：（2分）5.(2016·山西忻州一中等四校联考)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 图象如图所示。
已知该气体在状态A 时的温度为27 ℃。
(1)求该气体在状态B 、C 时的温度；(2)该气体从状态A 到状态C 的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？【名师解析】(1)气体从状态A 到状态B 做等容变化，由查理定律有p A T A ＝p B T B ，解得T B ＝200 K ，即t B ＝－73 ℃；气体从状态B 到状态C 做等压变化，由盖－吕萨克定律有V B T B ＝V C T C ，解得T C ＝300 K ，即t C ＝27 ℃。
(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ΔU ＝0，由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 得Q ＝－W 。
在整个过程中，气体在B 到C 过程对外做功，故W ＝－p B ΔV ＝－200 J 。
即Q ＝－W ＝200 J ，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Q ＝200 J 。
【参考答案】 (1)－73 ℃ 27 ℃ (2)吸收热量 200 J6.（10分）（2016石家庄二模）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p-V 图象如图所示。
已知该气体在状态A 时的温度为27℃，求：①该气体在状态B 和C 时的温度分别为多少K?②该气体从状态A 经B 再到C 的全过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少？【名师解析】①对一定质量的理想气体由图象可知，A →B 为等容变化，由查理定律得p A T A ＝p B T B (2分)即代入数据得T B ＝600 K (1分)A →C 由理想气体状态方程得p A V A T A ＝p C V C T C (2分)代入数据得 T C ＝300 K (1分)②从A 到C 气体体积减小，外界对气体做正功，由p －V 图线与横轴所围成的面积可得W ＝（p B ＋p C ）（V B －V C ）2＝1000 J (2分) 由于T A ＝T C ，该气体在状态A 和状态C 内能相等，ΔU ＝0由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q (1分)可得Q ＝－1000J ，即气体向外界放出热量，传递的热量为1000 J (1分)7.（2019南京三模）如图所示，一定质量的理想气体先从状态A 经等容过程到状态B ，再经等压过程到状态C ．在状态C 时气体的体积V ＝3.0×10﹣3m 3，温度与状态A 相同。
求： ①气体在状态B 时的体积；②气体在A→B→C 的过程中放出的热量。
【名师解析】①由题，气体由状态B到状态C，发生了等压过程，根据查理定律得＝则V B＝＝×3×10﹣3m3＝5×10﹣3m3②由题，A、C两状态温度，则气体的内能相同，即有△U＝0。
A→B过程，气体发生了等容变化，体积不变，气体不做功；B→C过程，气体的体积减小，外界对气体做功为W＝P△V＝P（V B﹣V C）＝3×105（5﹣3）×10﹣3J＝600J根据热力学第一定律△U＝Q+W得Q＝△U﹣W＝0﹣600J＝﹣600J。
即在整个过程中放出的热量600J。
答：①在状态B时的体积是5×10﹣3m3；②在整个过程中放出的热量是600J8.（2019湖南长沙长郡中学二模）如图，一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，在此过程中气体的内能增加了135J，外界对气体做了90J的功。
已知状态A时气体的体积V A=600cm3．求：（i）从状态A到状态C的过程中，气体与外界热交换的热量；（ii）状态A时气体的压强p A。
【名师解析】（i）根据热力学第一定律有△U=W+Q①由①代入数据得Q =+45J ②即气体从外界吸收热量45 J 。
（ii ）从状态A 到状态B 为等容变化过程，根据查理定律有A A p T =B Bp T ③ 从状态B 到状态C 为等压变化过程，根据盖吕萨克定律有B B V T =C CV T ④ 从状态A 到状态B ，外界对气体不做功；从状态B 到状态C ，外界对气体做的功W =P B △⑤又△V =V B -V C ⑥由③④⑤⑥式代入数据得 p A =1.5×105P a 答：（i ）从状态A 到状态C 的过程中，气体与外界热交换的热量为45J ；（ii ）状态A 时气体的压强p A 为1.5×105P a 。
9.（2018江苏盐城期末）一定质量的理想气体，其状态变化的p -V 图象如图所示，已知气体在状态A 时的温度为－73°C ，从状态A 变化到状态C 的过程中气体内能变化了200J ．已知标准状态（1个大气压，273K ）下1mol 理想气体体积为22.4L ，N A =6.0×1023mol -1．求： ①气体在状态C 的温度；②气体的分子个数（保留两位有效数字）；③从状态A 变化到状态C 的过程中，气体与外界交换的热量Q ．【名师解析】①由理想气体状态方程得：CC C A A A T V p T V p3)解得C T =267K②把A 状态转化成标准状态00T V p T V p A A A = AA A T p T V p V 000= V 0 =4.1LA mN V V N 0= N =1.1×1023个③从状态A 到状态C,图线与水平轴围成的面积为气体对外做的功()0A B A W p V V =--+W =-900J从状态A 到状态C ，由热力学第一定律得，U Q W ∆=+200J U ∆=解得Q =1100J 即吸收热量1100焦10．(2016·兰州市诊断)一定质量的理想气体体积V 与热力学温度T 的关系图象如图所示，气体在状态A 时的压强p A ＝p 0，温度T A ＝ T 0，线段AB 与V 轴平行，BC 的延长线过原点。
