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章末综合检测（三）　热力学定律
（满分：100分）
一、单项选择题（本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求）
1.做功和热传递都可以改变物体的内能，以下说法正确的是（　　）
A.物体放出热量，内能一定减少
B.物体对外做功，内能一定减少
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能一定增加
D.物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
2.关于内能，以下说法正确的是（　　）
A.做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的
B.只要物体的温度不变，它的内能就不变
C.每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和
D.焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系
3.热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程（　　）
A.有的只遵守热力学第一定律
B.有的只遵守热力学第二定律
C.有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D.所有的都遵守热力学第一、第二定律
4.如图所示，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（　　）
A.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.管内气体内能增加，压强变大
5.下列现象不能发生的是（　　）
A.蒸汽机把内能全部转化成机械能
B.空调把热量从低温物体传到高温物体
C.电水壶把电能全部转化为内能
D.两种气体混合时自发形成均匀气体
6.关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A.气体吸热后温度一定升高
B.理想气体等压压缩过程可能吸热
C.理想气体绝热膨胀过程内能一定减少
D.在自发过程中，分子一定从高温区域扩散到低温区域
7.图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ab的延长线过原点，则下列说法不正确的是（　　）
A.气体从状态a到b的过程，气体体积不变
B.气体从状态b到c的过程，一定从外界吸收热量
C.气体从状态d到a的过程，气体的内能减小
D.气体从状态d到a的过程，气体对外界做功
8.有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上。若吸盘内气体可视为理想气体，且温度始终保持不变。则此过程中（　　）
A.吸盘内气体压强增大
B.吸盘内气体的密度增大
C.吸盘内气体分子的平均速率增大
D.吸盘内气体要吸收热量
　　
二、多项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
9.根据学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（　　）
A.机械能可以全部转化为内能
B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
C.制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
D.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
10.当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。在一次缓慢压缩打气筒的充气过程中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是（　　）
A.此过程中气体的内能增大
B.此过程中气体向外界放出热量
C.此过程中每个气体分子的动能均不变
D.此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多
11.能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。然而，无数事实告诉我们，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。下列说法正确的是（　　）
A.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
B.第二类永动机不违反能量守恒定律
C.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
D.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
12.如图所示为某窑炉的温控原理示意图。质量为M的窑炉开口向下挂在一根轻杆上，用质量为m、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体在炉内。活塞下面连接一根弹簧，弹簧下端连接质量为m0的物体，物体与地面间有一压力传感器。当炉内温度为T0时，压力传感器的示数等于m0g，对炉内停止加热，当炉内温度降为T时，压力传感器的示数等于0，加热设备就会立即重新启动。不计一切摩擦，活塞处密封性良好。则在炉内温度从T0变为T的过程中，下列说法正确的是（　　）
A.气体的体积增大，每个分子对器壁的撞击力均减小
B.气体的压强减小，单位体积的分子数增多
C.气体的温度降低，吸收热量
D.外界对气体做功，封闭气体的内能减小
三、非选择题（本题共6小题，共60分）
13.（4分）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度　　　　（选填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度　　　　（选填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。
14.（6分）一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体　　　　（选填“吸收”或“放出”）　　　　J热量。
15.（10分）某同学利用废旧物品制作了一个简易气温计：在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱，瓶口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图所示。已知该酒瓶容积为480 cm3，玻璃管内部横截面积为0.4 cm2，瓶口外的有效长度为48 cm。当气温为7 ℃时，水银柱刚好处在瓶口位置。
（1）求该气温计能够测量的最高气温；
（2）假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收了3 J热量，则在这一过程中该气体的内能变化了多少？（已知大气压强p0＝1.0×105 Pa）
16.（12分）如图所示，封闭有一定质量理想气体的内壁光滑的导热汽缸固定在水平桌面上，且开口向右放置；缸内有一横截面积为0.01 m2的活塞，其到汽缸底部的距离为10 cm；活塞通过轻绳连接了一个质量为1 kg 的小物体，轻绳跨在定滑轮上，滑轮左侧细绳水平，右侧连接小物体的细绳竖直，轻绳恰好处于伸直状态。开始时汽缸内、外压强相同，且均为1.01×105 Pa，汽缸内气体温度为101 K，现缓慢降低汽缸内气体的温度（不计一切摩擦，g＝10 m/s2）。
（1）求小物体刚离开地面时缸内气体的温度；
（2）从开始降低温度到活塞移动至距汽缸底部 6 cm 时，缸内气体共放出热量10 J，求此过程中缸内气体内能的变化量（活塞移动过程中汽缸不漏气）。
17.（14分）如图所示为某学习小组制作的“水火箭”，其主体是一个容积为1.5 L的饮料瓶，现装入0.5 L体积的水，再倒放安装在发射架上，用打气筒通过软管向箭体内充气，打气筒每次能将200 mL、压强为p0的外界空气压入瓶内，当瓶内气体压强达到4p0时，火箭可发射升空。已知大气压强为p0，整个装置气密性良好，忽略饮料瓶体积的变化和饮料瓶内、外空气温度的变化，求：
（1）为了使“水火箭”能够发射，该小组成员需要打气的次数；
（2）“水火箭”发射过程中，当水刚好全部被喷出前瞬间，瓶内气体压强的大小；喷水过程中瓶内气体吸热还是放热？
18.（14分）如图，为了研究某种导热性能良好的新型材料对温度和压强的耐受性，用该种材料制成高度为60 cm的汽缸进行试验。现在用轻活塞在汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，汽缸处于温度为－53 ℃、外界大气压为p0'＝1×105 Pa的环境下，此时活塞距离汽缸底部L1＝44 cm，汽缸内气体内能为U1＝1 100 J。现将此汽缸移至温度为127 ℃，外界大气压强为p'0＝1.2×105 Pa的高温环境下，并在活塞上方放置一铅块，待气体温度升高活塞稳定后，活塞距汽缸底部的距离L2＝50 cm，该升温过程气体对活塞做功80 J。已知汽缸内壁光滑，活塞的横截面积S＝100 cm2，重力加速度取g＝10 m/s2。求：
（1）活塞上方放置铅块的质量；
（2）已知一定质量的理想气体的内能与热力学温度成正比，即U＝kT。求升温过程中气体通过缸壁传递的热量。
章末综合检测（三）　热力学定律
1.D　物体放出热量，若外界对物体做的功更多，则内能增加，故A错误。物体对外做功，若从外界吸收的热量更多，则内能增加，故B错误。物体吸收的热量为Q，同时对外做的功为W，若二者相等，则内能不变；若Q＞W，则内能增加；若W＞Q，则内能减少，故C错误。物体放出热量，同时对外做功，则内能一定减少，故D正确。
2.A　做功和热传递在改变物体内能的实质上不同，但在效果上是等效的，故A正确；内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，宏观上取决于温度和体积，物体温度不变，但体积变化导致分子势能发生变化，那么物体的内能就要变化，故B错误；内能是一个宏观量，是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，对单个分子没有意义，故C错误；焦耳通过大量实验提出了热和功的当量关系，故D错误。
3.D　热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，选项D正确。
4.D　人克服绳与紫铜管间的摩擦做功，使管壁内能增加，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增加，压强变大，故D正确。
5.A　机械能可以全部转化为内能，内能不能全部转化为机械能，故A不能发生；空调可以把热量从低温物体传到高温物体，需要消耗电能，故B能发生；电水壶可以把电能全部转化为内能，故C能发生；两种气体混合时自发形成均匀气体，故D能发生。
6.C　根据热力学第一定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，故A错误；气体等压压缩过程，压强不变，体积减小，根据理想气体状态方程＝C可知，温度一定降低，内能也减小，即ΔU＜0，再根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，体积减小，外界对气体做功，W＞0，则Q＜0，所以理想气体等压压缩过程一定放热，故B错误；理想气体绝热膨胀过程，Q＝0，W＜0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＜0，所以理想气体绝热膨胀过程内能一定减少，故C正确；扩散现象是分子的无规则热运动，分子可以从高温区域扩散到低温区域，也可以从低温区域扩散到高温区域，故D错误。
7.D　从状态a到b，气体发生的是等容变化，气体的体积不变，故A正确，不符合题意；从状态b到c，温度升高，压强不变，根据理想气体状态方程＝C可知，体积增加，体积增加说明对外做功，温度升高说明内能增加，根据热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q，气体吸收热量，故B正确，不符合题意；从状态d到a，各点与原点连线的斜率变大，体积变小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。
8.D　吸盘内封闭了一定质量的理想气体，由图可知，吸盘内的气体体积变大，吸盘内气体的密度减小；温度不变，吸盘内气体分子的平均动能不变，平均速率不变；温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知，吸盘内气体压强减小，故A、B、C错误。理想气体温度不变，内能不变，体积变大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，吸盘内气体要吸收热量，故D正确。
9.AC　机械能可以全部转化为内能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；由能量守恒定律知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量，C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误。
10.BD　在缓慢充气过程中，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误；充气前，气体在篮球和气筒之间，充气后，气体在篮球中，由于篮球的体积不变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，W＞0，气体的温度不变，则ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q＜0，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确；温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，故C错误；压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，此过程中气体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，D正确。
11.BD　根据热力学第二定律，即使科技再进步也不可以使内燃机成为单一热源的热机，选项A错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，只是违反了热力学第二定律，选项B正确；自然界的总能量是守恒的，能源危机不是因为能量消耗，而是可用能源在减少，选项C错误；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，选项D正确。
12.BD　弹簧由原长变为伸长，活塞向上运动了，说明温度降低后，气体的体积减小，分子平均动能减小，分子对器壁的平均撞击力减小，并不是每个分子对器壁的撞击力均减小，故A错误；对活塞受力分析，当气体的温度为T0时，由平衡条件得p1S＝p0S－mg，解得p1＝p0－，当气体的温度为T时，由平衡条件得p2S＝p0S－（m＋m0）g，解得p2＝p0－，比较两个状态的压强可知压强减小，又因为气体的体积减小了，所以单位体积的分子数增多，故B正确；理想气体的温度降低，内能减少，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，内能减少，且外界对气体做功，所以放出热量，故C错误，D正确。
13.低于　大于
解析：由于初始时容器中的空气压强大于外界，活塞光滑、容器绝热，容器内空气推动活塞对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。
14.吸收　260
解析：对该理想气体由状态a沿abc变化到状态c的过程，由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W＝340 J－120 J＝220 J，即从a状态到c状态，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能增加还是220 J，所以可以判定此过程是吸收热量，再根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W'＝220 J＋40 J＝260 J。
15.（1）18.2 ℃　（2）增加了1.08 J
解析：（1）封闭气体发生等压变化，则＝，
即＝
解得T2＝291.2 K，则t2＝（291.2－273）℃＝18.2 ℃。
（2）根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，外界对气体做功W＝－p0·ΔV＝－1.92 J，解得ΔU＝1.08 J。
16.（1）100 K　（2）30 J
解析：（1）当重物刚离开地面时，地面对重物的支持力为零，设此时绳的拉力为F，活塞受力平衡，则p0S＝p2S＋F
小物体受力平衡，则F＝mg
解得p2＝1×105 Pa
汽缸内气体等容变化，根据查理定律得＝
其中p1＝p0
T1＝101 K
解得T2＝100 K。
（2）气体温度从101 K降温至100 K过程中，外界对气体做功W1＝0
继续降温，活塞向左移动过程中，外界对气体做功
W2＝p2S（h1－h2）
解得W2＝40 J
根据热力学第一定律得ΔU＝W＋Q
其中Q＝－10 J，W＝W1＋W2
解得ΔU＝30 J。
17.（1）15　（2）p0　吸热
解析：（1）设至少需要打n次气，打气前箭体内空气体积为V0＝1.5 L－0.5 L＝1 L，
打气前箭体内空气压强为p0，末状态气体的压强为p＝4p0，
根据玻意耳定律可得p0（V0＋nΔV）＝pV0
代入数据解得n＝15
所以该小组成员至少需要打气15次才能使“水火箭”发射。
（2）小组成员对“水火箭”加压到发射，在水刚好全部被喷出时气体的体积为V＝1.5 L
根据玻意耳定律可得4p0V0＝p'V
解得p'＝p0
喷水过程中，瓶内气体体积增大，对外做功，而瓶内气体温度不变，瓶内气体内能不变，根据热力学第一定律可知，瓶内气体从外界吸热。
18.（1）40 kg　（2）980 J
解析：（1）根据理想气体状态方程得＝
且p2S＝p0'S＋mg
解得m＝40 kg。
（2）设气体在T2时的内能为U2，由题意得
U1＝kT1，U2＝kT2
气体内能的变化为ΔU＝U2－U1＝900 J
根据题意知W＝－80 J
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q
得Q＝980 J。
4 / 5(共40张PPT)
章末综合检测（三）　热力学定律
（满分：100分）
一、单项选择题（本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一
个选项符合题目要求）
1. 做功和热传递都可以改变物体的内能，以下说法正确的是（　　）
A. 物体放出热量，内能一定减少
B. 物体对外做功，内能一定减少
C. 物体吸收热量，同时对外做功，内能一定增加
D. 物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
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解析：　物体放出热量，若外界对物体做的功更多，则内能增
加，故A错误。物体对外做功，若从外界吸收的热量更多，则内能
增加，故B错误。物体吸收的热量为Q，同时对外做的功为W，若
二者相等，则内能不变；若Q＞W，则内能增加；若W＞Q，则内
能减少，故C错误。物体放出热量，同时对外做功，则内能一定减
少，故D正确。
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2. 关于内能，以下说法正确的是（　　）
A. 做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的
B. 只要物体的温度不变，它的内能就不变
C. 每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和
D. 焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系
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解析：　做功和热传递在改变物体内能的实质上不同，但在效果
上是等效的，故A正确；内能是物体内所有分子的动能和分子势能
的总和，宏观上取决于温度和体积，物体温度不变，但体积变化导
致分子势能发生变化，那么物体的内能就要变化，故B错误；内能
是一个宏观量，是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，对单
个分子没有意义，故C错误；焦耳通过大量实验提出了热和功的当
量关系，故D错误。
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3. 热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程（　　）
A. 有的只遵守热力学第一定律
B. 有的只遵守热力学第二定律
C. 有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D. 所有的都遵守热力学第一、第二定律
解析：　热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉
及热现象的宏观过程都成立，选项D正确。
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4. 如图所示，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（　　）
A. 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. 管内气体内能增加，压强变大
解析：　人克服绳与紫铜管间的摩擦做功，使管壁内能增加，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增加，压强变大，故D正确。
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5. 下列现象不能发生的是（　　）
A. 蒸汽机把内能全部转化成机械能
B. 空调把热量从低温物体传到高温物体
C. 电水壶把电能全部转化为内能
D. 两种气体混合时自发形成均匀气体
解析：　机械能可以全部转化为内能，内能不能全部转化为机械
能，故A不能发生；空调可以把热量从低温物体传到高温物体，需
要消耗电能，故B能发生；电水壶可以把电能全部转化为内能，故
C能发生；两种气体混合时自发形成均匀气体，故D能发生。
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6. 关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A. 气体吸热后温度一定升高
B. 理想气体等压压缩过程可能吸热
C. 理想气体绝热膨胀过程内能一定减少
D. 在自发过程中，分子一定从高温区域扩散到低温区域
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解析：　根据热力学第一定律，气体吸热后如果对外做功，则温
度不一定升高，故A错误；气体等压压缩过程，压强不变，体积减
小，根据理想气体状态方程＝C可知，温度一定降低，内能也减
小，即 ΔU＜0，再根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，体积减小，外
界对气体做功，W＞0，则Q＜0，所以理想气体等压压缩过程一定
放热，故B错误；理想气体绝热膨胀过程，Q＝0，W＜0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＜0，所以理想气体绝热膨胀过程内能一定减少，故C正确；扩散现象是分子的无规则热运动，分子可以从高温区域扩散到低温区域，也可以从低温区域扩散到高温区域，故D错误。
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7. 图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中
ab的延长线过原点，则下列说法不正确的是（　　）
A. 气体从状态a到b的过程，气体体积不变
B. 气体从状态b到c的过程，一定从外界吸收热量
C. 气体从状态d到a的过程，气体的内能减小
D. 气体从状态d到a的过程，气体对外界做功
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解析：　从状态a到b，气体发生的是等容变化，气体的体积不
变，故A正确，不符合题意；从状态b到c，温度升高，压强不变，
根据理想气体状态方程 ＝C可知，体积增加，体积增加说明对外
做功，温度升高说明内能增加，根据热力学第一定律公式ΔU＝W
＋Q，气体吸收热量，故B正确，不符合题意；从状态d到a，各点
与原点连线的斜率变大，体积变小，外界对气体做功，温度降低，
内能减小，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。
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8. 有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙
是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图
乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向
外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上。若吸盘内气体可视为理想
气体，且温度始终保持不变。则此过程中（　　）
A. 吸盘内气体压强增大
B. 吸盘内气体的密度增大
C. 吸盘内气体分子的平均速率增大
D. 吸盘内气体要吸收热量
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解析：　吸盘内封闭了一定质量的理想气体，由图可知，吸盘内
的气体体积变大，吸盘内气体的密度减小；温度不变，吸盘内气体
分子的平均动能不变，平均速率不变；温度不变，体积变大，由玻
意耳定律可知，吸盘内气体压强减小，故A、B、C错误。理想气
体温度不变，内能不变，体积变大，气体对外做功，根据热力学第
一定律可知，吸盘内气体要吸收热量，故D正确。
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二、多项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
9. 根据学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（　　）
A. 机械能可以全部转化为内能
B. 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只
能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
C. 制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
D. 第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒
定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
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解析：　机械能可以全部转化为内能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；由能量守恒定律知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量，C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误。
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10. 当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打
气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将
空气压入篮球内，如图所示。在一次缓慢压缩打气筒的充气过程
中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒
内的气体全部压入篮球内，没有漏气，气体可视为理想气体，对
于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正
确的是（　　）
A. 此过程中气体的内能增大
B. 此过程中气体向外界放出热量
C. 此过程中每个气体分子的动能均不变
D. 此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多
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解析：　在缓慢充气过程中，气体温度不变，打气筒内的气体
全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不
变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误；充气前，气体在
篮球和气筒之间，充气后，气体在篮球中，由于篮球的体积不
变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，W＞0，
气体的温度不变，则ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q
＜0，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确；温度是分子平
均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个
分子的动能都不变，故C错误；压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，此过程中气体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，D正确。
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11. 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守
恒的。然而，无数事实告诉我们，并不是所有符合能量守恒定律
的宏观过程都能真的发生。下列说法正确的是（　　）
A. 科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
B. 第二类永动机不违反能量守恒定律
C. 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
D. 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
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解析：　根据热力学第二定律，即使科技再进步也不可以使内
燃机成为单一热源的热机，选项A错误；第二类永动机不违反能
量守恒定律，只是违反了热力学第二定律，选项B正确；自然界
的总能量是守恒的，能源危机不是因为能量消耗，而是可用能源
在减少，选项C错误；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温
物体向高温物体传递，选项D正确。
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12. 如图所示为某窑炉的温控原理示意图。质量为M的窑炉开口向下
挂在一根轻杆上，用质量为m、横截面积为S的活塞封闭一定质量
的理想气体在炉内。活塞下面连接一根弹簧，弹簧下端连接质量
为m0的物体，物体与地面间有一压力传感器。当炉内温度为T0
时，压力传感器的示数等于m0g，对炉内停止加热，当炉内温度
降为T时，压力传感器的示数等于0，加热设备就会立即重新启
动。不计一切摩擦，活塞处密封性良好。则在炉内温度从T0变为T
的过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 气体的体积增大，每个分子对器壁的撞击力均减小
B. 气体的压强减小，单位体积的分子数增多
C. 气体的温度降低，吸收热量
D. 外界对气体做功，封闭气体的内能减小
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解析：　弹簧由原长变为伸长，活塞向上运动了，说明温度降
低后，气体的体积减小，分子平均动能减小，分子对器壁的平均
撞击力减小，并不是每个分子对器壁的撞击力均减小，故A错
误；对活塞受力分析，当气体的温度为T0时，由平衡条件得p1S＝
p0S－mg，解得p1＝p0－，当气体的温度为T时，由平衡条件得
p2S＝p0S－（m＋m0）g，解得p2＝p0－，比较两个状
态的压强可知压强减小，又因为气体的体积减小了，所以单位体
积的分子数增多，故B正确；理想气体的温度降低，内能减少，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，内能减少，且外界对气体做功，所以放出热量，故C错误，D正确。
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三、非选择题（本题共6小题，共60分）
13. （4分）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良
好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相
同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强
与外界相同。此时，容器中空气的温度 （选填“高
于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度
（选填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。
低于　
大
于　
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解析：由于初始时容器中的空气压强大于外界，活塞光滑、容器
绝热，容器内空气推动活塞对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内
能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有
关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器
中空气的密度大于外界空气的密度。
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14. （6分）一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了
340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿adc变化到状
态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体 （选填“吸
收”或“放出”） J热量。
吸收　
260　
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解析：对该理想气体由状态a沿abc变化到状态c的过程，由热力学
第一定律可得ΔU＝Q＋W＝340 J－120 J＝220 J，即从a状态到c状
态，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿adc变化到
状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能增加还是220 J，
所以可以判定此过程是吸收热量，再根据热力学第一定律ΔU＝Q
＋W，得 Q＝ΔU－W'＝220 J＋40 J＝260 J。
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15. （10分）某同学利用废旧物品制作了一个简易气温计：在一个空
葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可
忽略的水银柱，瓶口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图所示。
已知该酒瓶容积为480 cm3，玻璃管内部横截面积为0.4 cm2，瓶
口外的有效长度为48 cm。当气温为7 ℃时，水银柱刚好处在瓶口
位置。
（1）求该气温计能够测量的最高气温；
答案：18.2 ℃　
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解析：封闭气体发生等压变化，则＝，
即＝
解得T2＝291.2 K，则t2＝（291.2－273）℃＝18.2 ℃。
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（2）假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体
从外界吸收了3 J热量，则在这一过程中该气体的内能变化
了多少？（已知大气压强p0＝1.0×105 Pa）
答案：增加了1.08 J
解析：根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，外界对气体做功W
＝－p0·ΔV＝－1.92 J，解得ΔU＝1.08 J。
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16. （12分）如图所示，封闭有一定质量理想气体的内壁光滑的导热
汽缸固定在水平桌面上，且开口向右放置；缸内有一横截面积为
0.01 m2的活塞，其到汽缸底部的距离为10 cm；活塞通过轻绳连
接了一个质量为1 kg 的小物体，轻绳跨在定滑轮上，滑轮左侧细
绳水平，右侧连接小物体的细绳竖直，轻绳恰好处于伸直状态。
开始时汽缸内、外压强相同，且均为1.01×105 Pa，汽
缸内气体温度为101 K，现缓慢降低汽缸内气体的温度
（不计一切摩擦，g＝10 m/s2）。
（1）求小物体刚离开地面时缸内气体的温度；
答案：100 K　
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解析：当重物刚离开地面时，地面对重物的支持力为
零，设此时绳的拉力为F，活塞受力平衡，则
p0S＝p2S＋F
小物体受力平衡，则F＝mg
解得p2＝1×105 Pa
汽缸内气体等容变化，根据查理定律得＝
其中p1＝p0
T1＝101 K
解得T2＝100 K。
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（2）从开始降低温度到活塞移动至距汽缸底部 6 cm 时，缸内气
体共放出热量10 J，求此过程中缸内气体内能的变化量（活
塞移动过程中汽缸不漏气）。
答案：30 J
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解析： 气体温度从101 K降温至100 K过程中，外界对气体做
功W1＝0
继续降温，活塞向左移动过程中，外界对气体做功
W2＝p2S（h1－h2）
解得W2＝40 J
根据热力学第一定律得ΔU＝W＋Q
其中Q＝－10 J，W＝W1＋W2
解得ΔU＝30 J。
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17. （14分）如图所示为某学习小组制作的“水火箭”，其主体
是一个容积为1.5 L的饮料瓶，现装入0.5 L体积的水，再倒放
安装在发射架上，用打气筒通过软管向箭体内充气，打气筒每
次能将200 mL、压强为p0的外界空气压入瓶内，当瓶内气体压
强达到4p0时，火箭可发射升空。已知大气压强为p0，整个装
置气密性良好，忽略饮料瓶体积的变化和饮
料瓶内、外空气温度的变化，求：
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答案：15　
（1）为了使“水火箭”能够发射，该小组成员需要打气的次数；
解析：设至少需要打n次气，打气前箭体内空气体积为
V0＝1.5 L－0.5 L＝1 L，
打气前箭体内空气压强为p0，末状态气体的压强为p＝4p0，
根据玻意耳定律可得p0（V0＋nΔV）＝pV0
代入数据解得n＝15
所以该小组成员至少需要打气15次才能使“水火箭”发射。
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（2）“水火箭”发射过程中，当水刚好全部被喷出前瞬间，瓶内气体压强的大小；喷水过程中瓶内气体吸热还是放热？
答案：p0　吸热
解析：小组成员对“水火箭”加压到发射，在水刚好全部被
喷出时气体的体积为V＝1.5 L
根据玻意耳定律可得4p0V0＝p'V
解得p'＝p0
喷水过程中，瓶内气体体积增大，对外做功，而瓶内气体温
度不变，瓶内气体内能不变，根据热力学第一定律可知，瓶
内气体从外界吸热。
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18. （14分）如图，为了研究某种导热性能良好的新型材料对温度和
压强的耐受性，用该种材料制成高度为60 cm的汽缸进行试验。现
在用轻活塞在汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，汽缸处于温
度为－53 ℃、外界大气压为p0'＝1×105 Pa的环境下，此时活塞距
离汽缸底部L1＝44 cm，汽缸内气体内能为U1＝1 100 J。现将此汽
缸移至温度为127 ℃，外界大气压强为p'0＝1.2×105 Pa的高温环
境下，并在活塞上方放置一铅块，待气体温度升
高活塞稳定后，活塞距汽缸底部的距离L2＝50 cm，
该升温过程气体对活塞做功80 J。已知汽缸内壁光
滑，活塞的横截面积S＝100 cm2，重力加速度取
g＝10 m/s2。求：
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（1）活塞上方放置铅块的质量；
答案：40 kg　
解析：根据理想气体状态方程得＝
且p2S＝p0'S＋mg
解得m＝40 kg。
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（2）已知一定质量的理想气体的内能与热力学温度成正比，即U
＝kT。求升温过程中气体通过缸壁传递的热量。
答案：980 J
解析：设气体在T2时的内能为U2，由题意得 U1＝kT1，U2＝kT2
气体内能的变化为ΔU＝U2－U1＝900 J
根据题意知W＝－80 J
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q
得Q＝980 J。
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