强化训练37物态变化内能变化热一律
——’17备考综合热身辅导系列
山东平原一中魏德田
本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟题及其它极有备考价值的习题等筛选而成。其主要目的在于理解内能的概念及内能和机械能的区别，掌握热力学第一定律。通过本训练习题的解答，可以培养和提高学生识读、分析、处理此种类型问题的能力。
一、破解依据
㈠物态及物态变化⑴热平衡方程或；
⑵熔化热；
⑶汽化热。
㈡内能和内能改变
⑴内能：包括①分子势能；②分子动能。
⑵内能改变
①做功；②热传递。
⑶分子力、分子势能与分子距离的关系
㈢热力学第一定律
⑴公式：⑵符号规定：若系统内能增加（或减少），则（或）；吸（或放）热，则（或）；而其对内（或外做功），则（或）。
㈣热力学第二定律等（略）；能量守恒定律（略）。二、精选习题
㈠选择题（每小题5分，共60分）
1．(17全国Ⅱ)如图，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
2.（17江苏）一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示．下列说法正确的有（）
A．A→B的过程中，气体对外界做功B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变D．A→B→C的过程中，气体内能增加
⒊（15新课标Ⅱ）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p–T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是（）
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
⒋（16全国I）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
⒌（14广东）用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体（）
A．体积减小，内能增大
B.体积减小，压强减小
C.对外界做负功，内能增大
D．对外界做正功，压强减小
⒍（1新课标Ⅰ）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
⒎（16江苏）在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为（）
（A）压强变小（B）压强不变（C）一直是饱和汽（D）变为未饱和汽[来源:Z]⒏（15重庆）某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么（）
A.外界对胎内气体做功，气体内能减小B.外界对胎内气体做功，气体内能增大
C.胎内气体对外界做功，内能减小D.胎内气体对外界做功，内能增大
9（16海南）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p-V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是（）
A．气体经历过程1，其温度降低
B．气体经历过程1，其内能减少
C．气体在过程2中一直对外放热
D．气体在过程2中一直对外做功
E.气体经历过程1的内能该变量与经历过程2的相同
10.（15北京）下列说法正确的是
A.物体放出热量，其内能一定减小
B.物体对外做功，其内能一定减小
C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
11.（15江苏）对下列几种固体物质的认识，正确的有（）
A.食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐时晶体
B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡时晶体
C.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
12.（16全国II）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示．其中对角线ac的延长线过原点O．下列判断正确的是（）
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
㈡填空题（共2分）
13.（15江苏）（4分）在装有食品的包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋缓慢地施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力_________（选填“增大”、“减小”或“不变”），包装袋内氮气的内能_________（选填“增大”、“减小”或“不变”）
14.（14武汉二中）（分）如图，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c时，吸收了340J的热量，并对外做功120J．若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40J，则这一过程中气体________（填“吸收”或“放出”）________J热量。
15.（14吉林二模）（10分）如图所示，竖直放置的粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差为h＝19cm，封闭端空气柱长度为L1＝40cm。为了使左、右两管中的水银面相平，（设外界大气压强p0＝76cmHg，空气柱温度保持不变）试问：
①需从左管的开口端再缓慢注入高度多少的水银柱？此时封闭端空气柱的长度是多少_______cm.
②注入水银过程中，外界对封闭空气做________（填“正功”“负功”或“不做功”），气体将______（填“吸热”或“放热”）
㈢计算题（共20分）
16.（16江苏）（4分）如题图所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J．在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
17.（14江西师大附中）（8分）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。将整个装置放在大气压恒为p0的空气中后，当气体从外界吸收热量Q，活塞缓慢上升d后再次平衡。求：
①外界空气的温度是多少?
②在此过程中密闭气体的内能增加了多少?
18.（14徐州一中）（8分）一定质量的某种理想气体由状态A变为状态B，其有关数据如图所示．若此过程中吸收的热量Q＝7.0×105J，同时气体的内能增加了6.5×105J，求：
①在状态B时的温度；
②状态A的压强是多少．
(四)选做题
（14重庆一中）下列说法正确的是（）
A．一定温度下饱和汽的压强随体积的增大而减小[来源:学,科,网Z,X,X,K]
B．人对空气干爽与潮湿的感受主要取决于空气的相对湿度
C．产生毛细现象时，液体在毛细管中一定上升
D．滴入水中的红墨水很快散开说明液体内存在表面张力
（14中山一中）下列说法正确的是（）
A．水的饱和汽压随温度的升高而减小
B．用油膜法可以粗略测定分子的质量
C．滴入水中的红墨水很快散开是布朗运动
D．如图水黾可以停在水面上说明了液体存在表面张力
21.（14武昌）下列关于分子动理论和热现象的说法中正确的是（）
A．雨水没有透过布雨伞是因为液体分子表面张力的原因
B．分子间的距离r增大，分子间的作用力一定做负功，分子势能增大
C．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显
E．熵是物体内分子运动无序程度的量度
.（14长沙模拟）下列叙述正确的是（）
A．温度升高时，物体内每个分子的热运动速度都增大
B．布朗运动是液体分子对悬浮固体颗粒的碰撞作用不平衡造成的
C．外界对气体做正功，气体的内能一定增加
D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
E．气体压强本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
2.（14湖南联考）下列说法正确的是（）
A．两个分子组成的系统的势能随分子间的距离增大而减小
B．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力
C．把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体
D．第二类永动机没有违反能量守恒定律
E．绝对零度不可能达刭
（14珠海二模）二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，则此过程中（）
A．封闭气体对外界做正功B．封闭气体向外界传递热量
C．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量
（14江西联考）3.下列说法中正确的是（）
A．随着科学技术的发展，制冷机的制冷温度可以降到－280℃
B．随着科学技术的发展，热量可以从低温物体传到高温物体
C．随着科学技术的发展，热机的效率可以达到100%【来.源：全,品…中&高考网】
D．无论科技怎样发展，第二类永动机都不可能实现
E．无论科技怎样发展，都无法判断一温度升高的物体是通过做功还是热传递实现的
（14中山一中）在温泉池游泳时，泳圈进入温泉池后，泳圈内的气体（视为理想气体）（）
A．压强变小B．放出热量
C．分子平均动能不变D．内能变大
（14临川二中）下列说法正确的是（）
A．水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙
B．物体的温度升高时，其分子动能增大C．气体绝不可能从单一热源吸收热量全部转化为有用功
D．根据热力学第二定律可知，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
E．一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能
（14江西师大附中）下列说法正确的是（）
A．露珠呈球形是由于表面张力所致
B．布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的不规则性
C．第二类永动机不违背热力学第一定律
D．给自行车打气时气筒压下后反弹，不是由分子斥力造成的
E.单晶体有固定的熔点，而多晶体没有固定的熔点
（14日照一中）下列说法中正确的是（）
A．当分子间的距离增大时，分子间的斥力减小，引力增大
B．一定质量的理想气体对外界做功时，它的内能有可能增加
C．有些单晶体沿不同方向的光学性质不同
D．从单一热源吸收热量，使之全部变成功而不产生其他影响是不可能的
（14山西大学附中）下列说法中正确的是（）
A.理想气体温度升高时，分子的平均动能一定增大
B.一定质量的理想气体，体积减小时，单位体积的分子数增多，气体的压强一定增大
C.压缩处于绝热容器中的一定质量的理想气体，其内能一定增加
D.当分子间的相互作用力为引力时，其分子间没有斥力
E.分子a从远处靠近不动的分子b的过程中，当它们相互作用力为零时，分子a的动能一定最大
三、参考答案
㈠选择题
⒈【答案】ABD
【解析】(1)气体向真空自发扩散，对外界不做功，且没有热传递，气体的内能不会改变，A正确，C错误；气体在被压缩的过程中，活塞对气体做功，因汽缸绝热，故气体内能增大，B正确；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D正确；气体在被压缩的过程中内能增加，而理想气体无分子势能，故气体分子的平均动能增加，选项E错误．
⒉【答案】BC
【解析】(1)A→B过程中，由于温度不变，体积变小，故外界对气体做功，系统内能不变，气体放出热量，A错误，B正确．B→C过程中，由于V-T图像延长线经过原点，故压强不变，C正确．A→B过程中内能不变，B→C过程中内能减小，故D错误．
⒊【答案】（1）ABE
⒋【答案】BDE
【解析】气体内能的改变，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为，但不确定外界做功的情况，故不能确定气体温度变化，A选项错误；理想气体等压膨胀，，由理想气体状态方程，不变，增大，气体温度升高，内能增大。由，气体过程中一定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；根据平衡性质，E选项正确；
⒌【答案】AC
【解析】充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做功，已知袋内气体与外界无热交换，则袋内气体内能增加，故选项C正确，D错误；气体体积减小，内能增加，温度一定升高，压强变大，故选项A正确，B错误。
⒍【答案】BDE【解析】气体吸热后，若再对外做功，温度可能降低，故A错误;改变气体内能的方式有两种:做功和热传导，故B正确;理想气体等压膨胀过程是吸热过程，故C错误;根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故D正确;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，否则就不会与第三个系统达到热平衡，故E正确
⒎【答案】AC
⒏【答案】D
【解析】对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体为外做功，内能只有动能，而动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D。
⒐【答案】ABE
⒑【答案】C
【解析】物体内能的改变方式有两种：做功和热传递，只凭某一种方式无法判断内能是否变化，故A、B选项错误；物体吸收热量同时对外做功，内能可能增大、减小或不变，故C选项正确，物体放出热量又同时对外做功内能一定减小，故D选项错误。
⒒【答案】（1）AD
⒓【答案】（1）ABE
【解析】⑴A：
即体积V不变，
B：理想气体内能是温度T的函数
而故
C：cd过程为恒温升压过程，外界对系统做正功，但系统内能不变，故放热，放热量
D:da过程为恒压升温过程，体积增加，对外做功，故吸热
但吸热量
故
E：bc过程恒压降温，体积减小
da过程
因为
故
㈡填空题
⒔【答案】(2)增大不变
⒕【答案】吸收260
【解析】一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340J的热量，并对外做功120J，由热力学第一定律有：△E=Q+W=340-120=220J，即从a状态到c状态，理想气体的内能增加了220J；若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40J，此过程理想气体的内能增加还是220J，所以可以判定此过程是吸收热量，由热力学第一定律有：△E=Q+W，得Q=△E-W=220+40=260J．
⒖【答案】①39cm；②正功,放热.
解析①设U形管横截面积为S，左、右两管中的水银面相平后，封闭端空气柱长为L2.对空气柱有（p0－19cmHg）SL1＝p0SL2，得L2＝30cm
故需要再注入39cm的水银柱
②注入水银后，封闭气体被压缩，水银对气体做功，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律，所以放热㈢计算题
⒗【答案】8J
【解析】完成一次循环气体内能不变ΔU=0，吸收的热量Q=(20+12–4–20)J=8J
由热力学第一定律ΔU=Q+W得，W=-8J
气体对外做功为8J．
⒘【答案】①????②Q-（mg+p0S）d．
【解析】①取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖?吕萨克定律得：解得：外界的空气温度为：
②活塞上升过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，故外界对系统做的功????
W=-（mg+p0S）d根据势力学第一定律得密闭气体增加的内能△U=Q+W=Q-（mg+p0S）d
⒙【答案】①400K②1.0×105Pa
【解析】由理想气体状态方程知：V1/T1=V2/T2T1=400K
由热力学第一定律知：ΔU=W+QW=0.5×105JW=PΔV=（VB－VA）
解得P=1.0×105Pa
（四）选做题
⒚【答案】B
解析A、饱和汽的压强与液体的种类和温度有关，与体积无关；故A错误；B、人对空气干爽与潮湿的感受不是取决于绝对湿度，而主要取决于空气的相对湿度；故B正确；C、若两物体是不浸润的，则液体在毛细管中可以是下降的；故C错误；D、红墨水在水中扩散是因为分子在永不停息地无规则运动；和表面张力无关；故D错误；故选：B．
⒛【答案】D
解析A、水的饱和汽压随温度的升高而升高，故A错误；B、用油膜法可以粗略测定分子的直径，可以进一步估算分子的体积，但不能计算分子的质量，故B错误；C、滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，故C错误；D、水黾可以停在水面上说明了液体存在表面张力，是水分子引力的宏观表现，故D正确；故选：D．
【答案】CE
解析雨水没有透过布雨伞不是因为液体分子表面张力的原因，是由于重力小球分子斥力的缘故，A错；当分子力表现为斥力时，分子间的距离r增大，分子力做正功，分子势能减小，当分子力表现为引力时分子间的距离r增大，分子力做负功，分子势能增大，所以B答案错；热现象的宏观过程是具有方向性的，C正确；悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，悬浮在液体中的微粒的运动状态不改变，所以布朗运动不明显，D答案错误；由课本知识阅读可知E答案正确。从而选择CE答案。
【答案】BDE
解析A、温度是分子平均动能的标志，是大量分子的统计规律；当温度升高时，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大故A错误;B、布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的．B正确;C、做功和热传递是改变内能的两种方式，在绝热状态下，外界对物体做功，内能才一定增加，C错误；D．热力学第二定律表明，自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性故D正确．E、影响气体压强的微观因素：一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，E正确；故BDE
【答案】BDE
解析A.r0=10-10米为分子的平衡距离，故在此距离上增大，分子力表现为引力，做负功，分子势能增大；若在此距离上减小，则分子力表现为斥力，还做负功，分子势能也增大；故无论增大或减小距离，分子势能都增大，故A错误；BA、液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力，B正确；C、把很多小的单晶体放在一起，仍然是晶体，C错误；D、第二类永动机没有违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，D正确；E、绝对零度只能无限接近，不可达到，E正确．故BDE。
【答案】BC
【解析】A、气体体积减为原来的一半，外界对气体做正功，故A错误．B、温度不变，内能不变，根据热力学第一定律△U=W+Q，封闭气体向外界传递热量，故B正确D错误，C、温度不变，所以气体的气体分子的平均动能不变，故C正确．故选：BC．
【答案】BDE
解析A、热力学温度的0K是摄氏温度的-273.15℃，该温度是不能达到的；故A错误；B、热量不能够自发从低温物体传到高温物体，但是在消耗其他能量的前提下，热量可以从低温物体传到高温物体，比如冰箱、空调，故B正确；C、任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能，C错误；D、第二类永动机不违反能量守恒定律；，但违反了热力学第二定律，内能在转化为机械能的过程中要生热，所以要引起其它变化．故D正确；做功和热传递是改变物体内能的两种方式，在改变物体的内能上是一样的，所以物体的温度升高，不能确实是通过做功还是热传递，E正确，故选BDE
【答案】D
【解析】泳圈进入温泉池后，泳圈内的气体吸收热量，体积不变，内能变大，温度升高，分子平均动能增大，压强增大．故选：D
【答案】ACE
【解析】A酒精和水混合后的总体积变小，说明分子间存在间隙，故A正确；B、物体的温度越高，分子平均动能越大，但不是每一个分子动能都增大，故B错误；C、根据热力学第二定律可知，在没有外界影响之下，从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的，C正确；D、根据热力学第二定律可知热量能自发的从高温物体传到低温物体，但不可能自发的从低温物体传到高温物体，并不是热量不能从低温物体传到高温物体，在消耗其它能量的情况下是可以的，只是不能自发的发生．故D错误；E、一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能，故E正确；故选ACE
【答案】ACD
【解析】解析：A．露珠呈球形，是由于表面张力作用的结果，故A正确；B、固体小颗粒做布朗运动说明了液体分子不停的做无规则运动，故B错误．C、第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，C正确；D：给自行车打气时气筒压下后反弹，是由活塞上下的压强差造成的，故D正确．E、晶体都有固定的熔点，故E错误；
【答案】BCD
【解析】A.分子间引力和斥力随分子间距的增大而减小，故A错误;气体对外做功，同时吸收热量，内能有可能增加，B正确；单晶体具有各向异性，故C正确；热力学第二定律，不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，故D正确。故选BCD
【答案】ACE
【解析】解析：A、理想气体温度升高时，分子的平均动能一定增大，故A正确；B、一定质量的理想气体，体积减小时，单位体积内的分子数增多，分子对器壁的撞击次数增多；则气体的压强一定增大；故B错误；C、压缩处于绝热容器中的理想气体时，气体不会吸热及放热，则由热力学第一定律可知内能一定增加；故C正确；D、分子间同时存在引力的斥力，二力同时存在；故D错误；E、分子从无限远相互靠近时，分子力做功，而达到平衡距离之后，分子间为斥力；故当相互作用力为零时，分子的动能最大；故E正确；故选：ACE
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