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第二章　固体、液体和气体
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一项是符合题目要求的。
1．下列关于物体内能变化的说法正确的是 (　　)
A. 一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变
B. 一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加
C. 一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加
D. 一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变
2．下列说法正确的是 (　　)
A. 热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B. 功、热、内能是一样的
C. 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他任何变化
D. 凡是不违反能量守恒定律的过程一定能实现
3．如图所示，两个相通的容器P、B间装有阀门K，P中充满气体，B为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入B中，最终达到平衡，则 (　　)
A. 气体体积膨胀，内能增加
B. 气体分子势能减少，内能增加
C. 气体分子势能增加，压强可能不变
D. B中的气体不可能自发地全部退回到P中
4．如图所示为一定质量的理想气体的状态变化过程的p V图像，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态，a、c两点位于与纵轴平行的直线上。以下说法正确的是 (　　)
A. 由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能减少
B. 由b状态至 c状态过程中，气体对外做功，内能减少
C. c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大
D. b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能相等
5．如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着理想气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计。置于真空中的轻质弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳(未画出)拉紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程 (　　)
A. Ep全部转化为气体的内能
B. Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C. Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能
D. Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
6．如图所示，气缸内封闭有一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一质量为m的重物相连并处于静止状态，此时活塞到缸口的距离h＝0.2 m，活塞横截面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设气缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力均不计，则在此过程中气体内能的增加量为 (　　)
A. 70 J B. 60 J
C. 50 J D. 10 J
7．(2025·河北卷)某同学将一充气皮球遗忘在了操场上，找到时发现皮球因太阳暴晒温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体 (　　)
A. 对外做功
B. 向外界传递热量
C. 分子的数密度增大
D. 每个分子的速率都增大
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多项是符合题目要求的。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体 (　　)
A. 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. 对外做正功，内能减小
9．下列过程可能实现的是 (　　)
A. 将海水温度自动下降时释放的内能全部转变为机械能
B. 空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C. 在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
D. 静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
10．用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，如图所示，先把活塞用插销S锁住，将质量和温度都相同的氢气(H2)和氧气(O2)分别充入容器的两部分，然后提起插销S，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时 (　　)
A. 氧气的温度不变
B. 氢气的压强增大
C. 氧气的体积减小
D. 氧气的内能变大
三、非选择题：本题共5小题，共54分。其中第12~15小题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
11．(8分)质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ到气态Ⅲ(可看成理想气体)的变化过程中，温度(T)随加热时间(t)变化的关系如图所示。单位时间内吸收的热量可认为不变。
(1)(多选)以下说法中正确的是________。
A. 在区间Ⅱ，物质的内能不变
B. 在区间Ⅲ，分子间的势能不变
C. 从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加
D. 在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大
(2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高________(选填“变快”“变慢”或“快慢不变”)，请说明理由：________。
12．(10分)在标准大气压下，水在沸腾时，1 g 的水由液态变成同温度的水蒸气，其体积由1.043 cm3变成1 676 cm3。该过程中1 g水吸热 2 263.8 J。已知大气压强为1.013×105 Pa。求：
(1)体积膨胀时，气体对外界做的功W；
(2)气体增加的内能ΔU。
13．(12分)如图所示为一定质量理想气体的p V图像，气体状态由A经B到C的变化过程中，吸收了420 J热量，对外做功400 J。已知状态A的温度为300 K。求气体：
(1)内能改变的数值；
(2)状态C的温度TC。
14．(12分)(2025·浙江卷)如图所示，“拔火罐”是我国传统医学的一种疗法。治疗时，医生将一个开口面积为S的玻璃罐加热，使罐内空气温度升至t1，然后迅速将玻璃罐倒扣在患者皮肤上(状态1)。待罐内空气自然冷却至室温t2，玻璃罐便紧扣在皮肤上(状态2)。已知从状态1到状态2过程中罐内气体向外界放出热量7.35 J，S＝1.6×10-3 m2，t1＝77 ℃，t2＝27 ℃。忽略皮肤的形变，大气压强p0＝1.05×105 Pa。求：
(1)状态2时罐内气体的压强；
(2)从状态1到状态2罐内气体内能的变化；
(3)状态2时皮肤受到的吸力大小。
15．(12分)某物理小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦地滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm后恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC＝363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，g＝10 m/s2。求气体：
(1)在状态B的温度；
(2)在状态C的压强；
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。
第二章　固体、液体和气体
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一项是符合题目要求的。
1．C　解析：晶体在熔化过程中要吸热，且没有对外做功，内能增加，A错误；一定质量的气体在体积膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，由ΔU＝Q＋W不能确定内能是否增加，B错误；物体热膨胀会获得能量(吸热或外界做功)，但对外做的功不一定小于获得的能量，故内能不一定增加，C正确；物体体积不变，温度可能改变，内能随之变化，D错误。
2．C　解析：在一定条件下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项A错误；功、热、内能三者只是单位相同，但是本质不同，选项B错误；根据热力学第二定律可知，选项C正确；不违反能量守恒定律的过程也不一定能实现，也可能违反热力学第二定律，选项D错误。
3．D　解析：气体的膨胀过程没有热交换，可以判断 Q＝0；由于容器B内为真空，所以气体是自由膨胀，虽然体积变大，但是气体并不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由以上可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，选项A、B错误。由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积变大时分子引力做负功，分子势能增加，由此进一步推断分子动能减小，温度降低；体积变大，温度降低，则气体压强变小，选项C错误。宏观的热现象都是不可逆的，选项D正确。
4．D　解析：由题知气体由a状态至b状态过程中发生等温变化，内能不变，气体的体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故A错误；由b状态至c状态过程中，气体的体积增大，气体对外做功，温度升高，内能增大，故B错误；c状态与a状态相比，体积相同，分子平均距离相等，故C错误；b状态与a状态相比，b状态体积小，分子平均距离较小，温度相等，分子平均动能相等，故D正确。
5．D　解析：以活塞为研究对象，设初态时气体压强为p1，活塞质量为m，横截面积为S，末态时气体压强为p2。初态时有 F弹>mg＋p1S，则末位置一定高于初位置，否则不能平衡，因而外界对气体做功，由ΔU＝W(绝热)知，内能增加，温度升高，活塞重力势能增加；末态时由力的平衡条件知 F′弹＝mg＋p2S，弹簧仍然具有一部分弹性势能，D正确。
6．C　解析：活塞移动过程中，气缸内的气体对外界做的功W＝Fl＝pSh＝10 J，根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋(－W)＝60 J－10 J＝50 J，故选C。
7．A　解析：皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确；太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热(气体吸热)，而非气体向外界传递热量，故B错误；皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误；温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子的速率都增大，只是“平均”情况，故D错误。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多项是符合题目要求的。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8．AD　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、D正确，B、C错误。
9．BC　解析：海水温度自动下降时释放的内能不可能全部被收集起来用以做功，A错误；根据能量守恒定律可知，空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B正确；物体的机械能可以转化为物体的内能，C正确；D选项违背了热力学第二定律，D错误。
10．CD　解析：质量相同的氢气和氧气，氢气的分子数多，温度相同表明两气体分子的平均动能相同，则氢气的压强大，提起插销后，活塞右移，氢气体积变大，同时对氧气做功，氧气的内能变大，温度升高，氢气的压强减小，故选C、D。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。其中第12~15小题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
11．
解析：(1)物质的内能是分子总动能与分子总势能之和，在区间Ⅱ，温度不变，分子的平均动能不变，吸收热量用来增加分子势能，物质的内能增大，A错误；理想气体分子间的作用力为零，不考虑分子势能，B正确；自然过程中，物质的熵总是增加的，C正确；在区间Ⅰ(物质处于液态)，温度随着时间的增加而升高，物质分子的平均动能也随着时间的增加而增大，D正确。
(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W和理想气体的状态方程 ＝C可知，在吸收相同的热量Q时，若压强不变，体积增加，W<0，ΔU1＝Q－|W|；若体积不变，W＝0，ΔU2＝Q，所以ΔU1<ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快。
答案：(1)BCD　(2)变快　理由见解析
12．
解析：(1)气体在等压(大气压)状态下膨胀做功
W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10-6 J≈169.7 J。
(2)根据热力学第一定律有
ΔU＝－W＋Q＝(－169.7 J)＋2 263.8 J＝2 094.1 J。
答案：(1)169.7 J　(2)2 094.1 J
13．
解析：(1)由热力学第一定律有
ΔU＝Q＋W＝420 J－400 J＝20 J
ΔU为正，则气体内能增加了20 J。
(2)由理想气体状态方程有
＝
解得TC＝240 K。
答案：(1)增加了20 J　(2)240 K
14．
解析：(1)状态1气体的温度T1＝(77＋273) K＝350 K
压强p1＝p0＝1.05×105 Pa
状态2气体的温度T2＝(27＋273) K＝300 K
气体做等容变化，根据 ＝
可得p2＝9×104 Pa。
(2)气体做等容变化，外界对气体不做功，气体吸收的热量为Q＝－7.35 J
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q
可得从状态1到状态2罐内气体内能的变化ΔU＝－7.35 J
即气体内能减少了7.35 J。
(3)状态2时罐内外的压强差Δp＝p0－p2＝1.5×104 Pa
此时皮肤受到的吸力大小F＝ΔpS＝24 N。
答案：(1)9×104 Pa　(2)减少了7.35 J
(3)24 N
15．
解析：(1)根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有
＝
解得TB＝TA＝330 K。
(2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有
＝
解得pC＝pB＝1.1×105 Pa。
(3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做的功为
W0＝pBSd＝30 J
由热力学第一定律有
ΔU＝－W0＋Q
解得Q＝ΔU＋W0＝188 J。
答案：(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J
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