物理实验定律与热力学规律综合解析

【知识梳理】

1.研究对象

气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体.

2.气体变化过程处理方式

解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，并且把气态参量分状态填写在状态表格中，利用相关规律（等温、等压、等容方程）解决.

3.等压过程做功

对理想气体，只要体积变化，外界对气体（或气体对外界）要做功，如果是等压变化，W=pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化.

4.结合热力学第一定律ΔU=W+Q求解问题

【例题与变式】

例题.如图所示，在绝热汽缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27℃，封闭气柱长9cm，活塞横截面积S=50cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22J，稳定后气体温度变为127℃.已知大气压强等于105Pa，求：

（1）加热后，活塞到汽缸底端的距离；

（2）此过程中，气体内能的改变量.

变式.如图所示，汽缸A、B的长度均为60cm，截面积均为40cm2，C是可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门.整个装置均由导热材料制成.原来阀门关闭，A内有压强pA=2.4×105Pa的氧气.B内有压强pB=1.2×105Pa的氢气.阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡.求：

（1）活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；

（2）活塞C移动过程中，B中气体是吸热还是放热（简要说明理由）.（假定氧气和氢气均视为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略）

【高考对接】

1.（2016·全国卷Ⅰ）（多选）关于热力学定律，下列说法正确的是（　）.

A.气体吸热后温度一定升高

B.对气体做功可以改变其内能

C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

2.（2017·新课标Ⅱ卷）（多选）如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法正确的是（　）.

A.气体自发扩散前后内能相同

B.气体在被压缩的过程中内能增大

C.在自发扩散过程中，气体对外界做功

D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

3.（2017·新课标Ⅲ卷）（多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是（　）.　

A.在过程ab中，气体的内能增加

B.在过程ca中，外界对气体做功

C.在过程ab中，气体对外界做功

D.在过程bc中，气体从外界吸收热量E.在过程ca中，气体从外界吸收热量

4.（2014·全国卷Ⅰ）（多选）一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图像如图所示.下列判断正确的是（　）.

A.过程ab中，气体一定吸热

B.过程bc中，气体既不吸热也不放热(www.xing528.com)

C.过程ca中，外界对气体所做的功等于气体所放的热

D.a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小

E.b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

练　习

1.（多选）下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（　）.　

A.第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律

B.能量耗散过程中，能量不守恒

C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律

D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

2.（多选）如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态.现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　）.

A.气体A吸热，内能增加

B.气体B吸热，对外做功，内能不变

C.气体A分子的平均动能增大

D.气体A和气体B内每个分子的动能都增大

E.气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少

3.如图甲所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m.现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，汽缸内的气体从状态A变化到状态　B.若该过程中气体内能发生了变化，气体柱高度增加了ΔL.外界大气压强为p0.

（1）（多选）下列说法中正确的是（　）.

A.该过程中，汽缸内气体的压强始终为p0

B.该过程中，气体的内能不断增大

C.该过程中，气体不断从外界吸收热量

D.气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功

E.A和B两个状态，汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同

（2）汽缸内气体的温度为T1时，气体柱的高度为L=__________（用图中和题目中给出的字母表示）.

（3）若气体从状态A变化到状态B的过程中从外界吸收的热量为Q，则被封闭气体的内能变化了多少？

4.（1）（多选）关于热力学定律，下列说法正确的是（　）.

A.为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

C.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功

D.不可能使热量从低温物体传向高温物体

E.机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程

（2）如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S.开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0.现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d，然后再次平衡，问：

①外界空气的温度是多少？

②在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？