高中物理二輪復(fù)習(xí)-29-熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合

29.熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合1.(多選)某汽車的四沖程內(nèi)燃機(jī)利用奧托循環(huán)進(jìn)行工作。該循環(huán)由兩個(gè)絕熱過程和兩個(gè)等容過程組成，如圖1所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體()圖1A.在狀態(tài)a和c時(shí)的內(nèi)能可能相等B.在a→b過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能C.b→c過程中增加的內(nèi)能大于d→a過程中減少的內(nèi)能D.在一次循環(huán)過程中吸收的熱量等于放出的熱量答案BC解析從c到d為絕熱膨脹，有Q＝0，W<0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知ΔU<0，溫度降低；從d到a，體積不變，由查理定律p＝CT可知壓強(qiáng)減小時(shí)，溫度降低，則狀態(tài)c的溫度高于狀態(tài)a的溫度，根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能由溫度決定，可知狀態(tài)a的內(nèi)能小于狀態(tài)c的內(nèi)能，A錯(cuò)誤；a→b過程為絕熱壓縮，外界對氣體做功W>0，Q＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知ΔU＝W，即外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能，B正確；從b→c過程系統(tǒng)從外界吸收熱量，從c→d系統(tǒng)對外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對系統(tǒng)做功，根據(jù)p－V圖像“面積”即為氣體做功大小，可知c到d過程中氣體做功，圖像中b→c→d→a圍成的圖形的面積為氣體對外做的功，整個(gè)過程氣體內(nèi)能變化量為零，則ΔW＝ΔQ，即Q吸－Q放＝ΔW>0，即在一次循環(huán)過程中吸收的熱量大于放出的熱量，則b→c過程中增加的內(nèi)能大于d→a過程中減少的內(nèi)能，C正確，D錯(cuò)誤。2.(多選)(2021·湖北恩施高中等三校4月聯(lián)合考試)如圖2，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過過程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是()圖2A.在a到b過程中外界對氣體做功B.在b到c過程中氣體溫度始終不變C.在c到a過程中氣體的溫度降低D.氣體在狀態(tài)b、c時(shí)內(nèi)能可能相等答案CD解析在a到b過程中，氣體體積不變，故外界不對氣體做功，氣體也不對外界做功，A錯(cuò)誤；b到c過程若發(fā)生的是等溫變化，則p－V圖線為雙曲線的一部分，而圖示為傾斜直線，因此b到c過程中溫度一定發(fā)生變化，B錯(cuò)誤；在c到a過程中，氣體體積縮小，壓強(qiáng)不變，由蓋—呂薩克定律V＝CT可知，氣體溫度降低，C正確；狀態(tài)b、c可能是同一等溫曲線上的兩個(gè)狀態(tài)，所以D正確。3.(2021·山東省第二次模擬)一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度T1和T2下的壓強(qiáng)p與體積倒數(shù)eq\f(1,V)的關(guān)系圖像如圖3所示，氣體由狀態(tài)A等壓變化到狀態(tài)B的過程中，下列說法正確的是()圖3A.溫度升高，吸收熱量 B.溫度升高，放出熱量C.溫度降低，吸收熱量 D.溫度降低，放出熱量答案A解析根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知p＝CTeq\f(1,V)，則在p－eq\f(1,V)圖像中過原點(diǎn)的斜率越大，溫度越高，則氣體由狀態(tài)A等壓變化到狀態(tài)B的過程中，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，體積變大，對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體吸收熱量，故A正確。4.(多選)(2021·重慶市重點(diǎn)中學(xué)開學(xué)考)回?zé)崾街评錂C(jī)是一種深低溫設(shè)備，制冷極限約50K。某臺(tái)回?zé)崾街评錂C(jī)工作時(shí)，一定量的氦氣(可視為理想氣體)緩慢經(jīng)歷如圖4所示的四個(gè)過程。已知狀態(tài)A和B的溫度均為27℃，狀態(tài)C和D的溫度均為－133℃，下列判斷正確的是()圖4A.氣體由狀態(tài)A到B過程，溫度先升高后降低B.氣體由狀態(tài)B到C過程，內(nèi)能保持不變C.氣體由狀態(tài)C到D過程，分子間的平均間距減小D.氣體由狀態(tài)C到D過程，氣體對外做功答案AD解析由題意可知，氣體在狀態(tài)A、B時(shí)的溫度相等，兩狀態(tài)在同一等溫線上，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知T＝eq\f(pV,C)，氣體由狀態(tài)A到B過程，pV先變大后變小，則氣體溫度先升高后降低，故A正確；氣體由狀態(tài)B到C過程中，氣體體積不變而壓強(qiáng)減小，由理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體溫度降低，故氣體內(nèi)能減小，故B錯(cuò)誤；氣體由狀態(tài)C到D過程，氣體體積增大，分子間的平均間距增大，故C錯(cuò)誤；氣體由狀態(tài)C到D過程，氣體體積增大，氣體對外做功，故D正確。5.(2021·山東青島市黃島區(qū)期末)如圖5描述了一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)p隨體積V變化的圖像，O、a、b在同一直線上，ac與橫軸平行，下列說法正確的是()圖5A.a到b過程，外界對氣體做功B.c到a過程，氣體向外界放出熱量大于氣體內(nèi)能的減少量C.b到c過程，氣體釋放的熱量大于氣體內(nèi)能的減少D.a點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能等于b點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能答案B解析a到b過程，氣體的體積增大，氣體對外界做功，A錯(cuò)誤；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，c到a過程，氣體的體積V減小，溫度T降低，氣體的內(nèi)能減小，又因?yàn)闅怏w的體積減小，外界對氣體做功W，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q＋W，氣體向外界放出熱量大于氣體內(nèi)能的減少量，B正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，b到c過程，氣體的體積V不變，氣體的壓強(qiáng)p減小，則氣體的溫度T降低，氣體內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，減小的內(nèi)能等于放出的熱量，C錯(cuò)誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C，可知a點(diǎn)氣體溫度小于b點(diǎn)氣體溫度，又已知?dú)怏w溫度升高，內(nèi)能增大，故a點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能小于b點(diǎn)時(shí)氣體的內(nèi)能，D錯(cuò)誤。6.(2021·湖北八市3月聯(lián)考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a開始，經(jīng)歷ab、bc、ca三個(gè)過程回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖6所示，氣體在三個(gè)狀態(tài)的體積分別為Va、Vb、Vc，壓強(qiáng)分別為pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，則下列說法正確的是()圖6A.pa＝3p0B.Vb＝3VcC.從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體對外做功D.從狀態(tài)c到狀態(tài)a，氣體從外界吸熱答案D解析由題圖可知，從狀態(tài)a到狀態(tài)b屬于等容過程，氣體體積不變，由查理定律可得eq\f(pa,Ta)＝eq\f(pb,Tb)，又pb＝p0，Ta＝2Tb，得pa＝2p0，所以A錯(cuò)誤；由題圖可知，從狀態(tài)b到狀態(tài)c屬于等溫過程，氣體溫度不變，由玻意耳定律可得pbVb＝pcVc得Vb＝4Vc，所以B錯(cuò)誤；從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體體積不變，故氣體不會(huì)對外做功，所以C錯(cuò)誤；從狀態(tài)c到狀態(tài)a，可以等效為先從狀態(tài)c到狀態(tài)b，再從狀態(tài)b到狀態(tài)a。從狀態(tài)c到狀態(tài)b，溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，體積增大，所以氣體對外做功，即W<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知?dú)怏w要從外界吸收熱量。從狀態(tài)b到狀態(tài)a，體積不變，氣體不做功，即W＝0，溫度升高，即ΔU>0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知?dú)怏w要從外界吸收熱量。故從狀態(tài)c到狀態(tài)a，氣體從外界吸熱。所以D正確。7.一定質(zhì)量的理想氣體，其內(nèi)能跟溫度成正比。在初始狀態(tài)A時(shí)，體積為V0，壓強(qiáng)為p0，溫度為T0，已知此時(shí)其內(nèi)能為U0。該理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)由一系列變化，最終還回到原來狀態(tài)A，其變化過程的p－T圖如圖7所示，其中CA延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)，BA在同一豎直直線上。求：圖7(1)狀態(tài)B的體積；(2)狀態(tài)C的體積；(3)從狀態(tài)B經(jīng)由狀態(tài)C，最終回到狀態(tài)A的過程中，氣體與外界交換的熱量是多少？答案(1)eq\f(V0,3)(2)V0(3)吸收熱量2p0V0解析(1)由圖可知，從狀態(tài)A到狀態(tài)B氣體溫度不變，為等溫變化過程，狀態(tài)B時(shí)氣體壓強(qiáng)為p1＝3p0，設(shè)體積為V1，由玻意耳定律p0V0＝p1V1解得V1＝eq\f(V0,3)。(2)由圖可知，從狀態(tài)B到狀態(tài)C氣體壓強(qiáng)不變，為等壓變化過程，狀態(tài)C時(shí)氣體溫度為T2＝3T0，設(shè)體積為V2，由蓋－呂薩克定律eq\f(V1,T1)＝eq