【物理】2019届二轮复习气体定律与热力学定律学案（全国通用）
知识回顾
1．热力学定律
2．理想气体的实验定律与状态方程
例题分析
【例1】 (多选)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图象如图所示，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
【答案】 ABE
【例2】 如图所示，两汽缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两汽缸除A顶部导热外，其余部分均绝热．两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气，当大气压为p0，外界和汽缸内气体温度均为7℃且平衡时，活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的，活塞b在汽缸正中间．
(1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；
(2)继续缓慢加热，使活塞a上升，当活塞a上升的距离是汽缸高度的时，求氧气的压强．
【解析】 (1)活塞b升至顶部的过程中，活塞a不动，活塞a、b下方的氮气经历等压过程．设汽缸A的容积为V0，氮气初态体积V1，温度为T1；末态体积为V2，温度为T2，据题意，汽缸B的容积为，由题给数据和盖—吕萨克定律有
V1＝V0＋ ＝V0①
V2＝V0＋V0＝V0②
＝③
由①②③式和题给数据得T2＝320 K④
规律总结
解决理想气体三个实验定律的注意事项
理想气体的三个实验定律是高考考查的主要内容，考查的频率很高，其中玻意耳定律考得最多，解决好此类问题应注意以下几点．
①选定题意中的“一定量的气体”为研究对象；
②注意分析可能的临界现象，确定其临界点，并分析临界点具有的物理意义．例如在临界点的两侧，气体可能有不同的变化规律；
③确定研究对象的“变化过程”，并确定始、末状态的相应参量(p1、V1、T1)与(p2、V2、T2)，分析其恒定不变的参量，在变化的参量中，确定已知量与待求量；
④选用相应的实验定律求解；
⑤合理使用各物理量的单位，p、V的单位只要始末状态统一即可，但T的单位必须用“K”．
专题练习
1.(多选)(2017年长沙模拟)如图所示，质量为M的绝热活塞把一定质量的理想气体密封在竖直放置的绝热汽缸内．活塞可在汽缸内无摩擦滑动．现通过电热丝对理想气体十分缓慢地加热．设汽缸处在大气中，大气压强恒定．经过一段较长时间后，下列说法正确的是( )
A．汽缸中气体的压强比加热前要大
B．汽缸中气体的压强保持不变
C．汽缸中气体的体积比加热前要大
D．汽缸中气体的内能可能和加热前一样大
E．活塞在单位时间内受汽缸中分子撞击的次数比加热前要少
【答案】：BCE
2 . 如图所示为一定质量的理想气体在p－V图象中的等温变化图线，A、B是双曲线上的两点，△OAD和△OBC的面积分别为S1和S2，则( )
A．S1
S2 D．S1与S2的大小关系无法确定
【答案】B
【解析】△OBC的面积为OC·BC=pBVB，同理△OAD的面积为pAVA，而A、B为等温线上的两点，即pAVA=pBVB，所以，两个三角形的面积相等，故B正确，ACD错误。
故选B。学
3 . 如图1、图2、图3所示，三根完全相同的玻璃管，上端开口，管内用相同长度的水银柱封闭着质量相等的同种气体。已知图1玻璃管沿倾角为的光滑斜面以某一初速度上滑，图2玻璃管沿倾角为的光滑斜面由静止自由下滑，图玻璃管放在水平转台上开口向内做匀速圆周运动，设三根玻璃管内的气体长度分别为、、，则三个管内的气体长度关系是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
（3）对图3中的玻璃管，它在水平转台上做匀速圆周运动，以水银注为研究对象得：，则；
根据（1）（2）（3）可得：
根据玻意耳定律，，得
4 . 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。下列判断错误的是（ ）
A．过程ab中气体体积一定增大
B．过程bc中内能不变
C．a、 b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
D．b和c两个状态的温度相同
【答案】A
5. 如图所示，U形气缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体，已知气缸不漏气，活塞移动过程中与气缸内壁无摩擦.初始时，外界大气压强为p0
，活塞紧压小挡板.现缓慢升高气缸内气体的温度，则选项图中能反映气缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图象是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】当缓慢升高缸内气体温度时，气体先发生等容变化，根据查理定律，缸内气体的压强P与热力学温度T成正比，在P-T图象中，图线是过原点的倾斜的直线；当活塞开始离开小挡板（小挡板的重力不计），缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压膨胀，在P-T中，图线是平行于T轴的直线。选项B正确，ACD错误。故选B。
5 . 粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分，如图所示，已知两部分气体A和B的体积关系是，A、B中所装气体温度分别为和，如果两边温度都降低，水银将
A．向A端移动 B．向B端移动
C．始终不动 D．以上三种情况都有可能
【答案】A
6 . 如图所示，将盛有温度为T的同种气体的两容器用水平细管相连，管中有一小段水银将A、B两部分气体隔开，现使A、B同时升高温度，若A升高到，B升高到，已知，要使水银保持不动，则
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】由图分析可知原来A、 B两气体的压强相等，即，要使水银保持不动，A、B两部分做要发生等容变化，则对任一气体有：，由数学知识可得：，则，由上知，且初态温度相等，则要使△P相等，必须满足，故B正确，A、C、D错误；
故选B。
7. 如图所示，一定质量的理想气体，经过图线的状态变化过程，AB的延长线过O点，CA与纵轴平行由图线可知
A．过程压强不变，气体对外做功
B．过程压强增大，外界对气体做功
C．过程压强不变，气体对外做功
D．过程压强减小，外界对气体做功
【答案】B
【解析】
如图做过C的等容线，则体积相等的情况下，C的温度高，所以C的压强一定比AB两点的压强大。
所以C→A过程压强减小；由图可知气体的体积增大，气体对外界做功，故CD错误。故选B。学
8 . 如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历 ABCDE过程到达状态E，其中BA的延长线经过原点，BC与横轴平行，DE与纵轴平行。下列说法正确的是 （填正确答案标号。）
A．AB过程中气体的体积逐渐减小
B．BC过程中气体从外界吸热
C．CD过程气体内能不变
D．DE过程气体对外界做功
E. 状态A的体积比状态E的体积小
【答案】BDE
【解析】
（1）由理想气体状态方程整理得：，AB过程中图像的斜率不变，故气体的体积不变，A错误；
（2）BC过程为等压过程，压强不变，热力学温度升高，故气体从外界吸热，B正确；
（3）CD过程图像斜率不变，则气体体积不变，，气体温度升高，，根据热力学第一定律得，故气体的内能增加，C错误；
（4）DE段为等温过程，温度不变，压强降低，由可知，气体体积增大膨胀，对外界做功，D正确；
（5）状态A和E压强相等，但在E状态时，气体温度较高，由可知，故在E状态时，气体体积较大，故E正确。
故本题选BDE。
9. 如图所示，粗细均匀两端开口的U形玻璃管，管内注入一定量的水银。但在其中封闭了一段空气柱，其长度为l。在空气柱上面的一段水银柱长为h1，空气柱下面的水银面与左管水银面相差为h2。若往管内加入适量水银，则：
A．水银加入右管，l变短，h2变大；
B．水银加入左管，l不变，h2变大；
C．水银无论加在左管还是右管，h1始终与h2相等；
D．水银加在右管，l变短，水银加在左管，l变长
【答案】AC
10 . 如图所示，一定质量的理想气体从状态变化到状态有两种变化过程，第--次沿直线变化，第二次沿曲线变化，曲线是以轴、轴为渐近线的双曲线的一部分，则在两次状态变化过程中，下列说法正确的是（ ）
A．两次状态变化过程吸收热量相等
B．对于两次变化的全过程，内能变化量都为零
C．第一次状态变化时，气体内能先增大后减小
D．第一次状态变化过程气体吸收热量较多
【答案】BCD
11 . 以下有关能量的说法正确的是（ ）
A．做功和热传递都可以改变物体的内能
B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
C．冰的熔化过程中不需要吸热，水的沸腾过程中需要吸热
D．能量守恒定律表明自然界中可利用的能量不会减少
【答案】A
【解析】做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们的本质不同：做功是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则是物体内能的转移，故A正确；热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递，而不是由内能大的物体向内能小的物体传递，故B错误；冰在熔化的过程中，吸收热量，温度保持不变，水的沸腾过程中继续吸热但温度不变，故C错误；能量守恒定律表明自然界中可利用的能量不会减少，只是能量存在的形式不同，故D错误。故选A.
12. 如图,一定质量的理想气体从状态开始,经历过程①、②、③、④,到达状态对此气体:下列说法错误的是（ ）
A．过程②中气体对外界做正功
B．状态的内能相筜
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态的压强比状态的压强小
【答案】C
13 . 如图所示，一定质量的氢气(可看作理想气体)由状态A经状态B变化到状态C.设由A到B、由B到C的过程外界对气体做的功分别为W1、W2，气体从外界吸收的热量分别为Q1、Q2.则
A. ，
B. ，
C.
D.
【答案】B
【解析】气体由A经状态B变化到状态C过程中，图象上的点与原点连线的斜率p/T减小，由气态方程pV/T=c知，气体的体积不断增大，气体对外界做功，所以W1＜0，W2＜0，所以A错误；
在AB过程中，气体的温度不断升高，同时对外做功，要吸热，所以Q1＞0，在BC过程中，气体的温度不变，内能不变，但同时对外做功，要吸热，所以Q2
＞0，所以B正确；在全程中，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律△U=Q+W得知，气体吸收的热量大于气体对外做功，即有|W1|+|W2|＜|Q1|+|Q2|．所以CD错误。故选B。学
14 . 一定质量的理想气体经历三个状态的变化过程，图象如图所示，BC是双曲线，则气体内能减小的过程是
A．
B．
C． 和都是
D． 和都不是
【答案】A
15 . 关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（ ）
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
【答案】D
16 . 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，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为ED(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．ED全部转换为气体的内能
B．EP，一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．ED全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
【答案】D
【解析】
【错解分析】错选B或C 不能从力和能的角度全面分析出气体、活塞、弹簧的末态情况而影响作答．
【正解】当活塞经过多次往复运动静止后，由受力分析可知弹簧仍处于压缩状态，但形变量比初状态小，此时气体体积减小，外界对气体做功W>0，由于容器绝热，Q=0，由热力学第一定律W+Q=AU可得△U>0，气体内能增加，故ED一部分转换成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能．D正确．
17 . 下列关于热现象的说法中，正确的是( )
A．当气压升高时，水的沸点会升高
B．内能的改变只能通过做功才能实现
C．白炽灯泡用久了灯泡内壁会变黑，是因为钨丝发生了汽化和凝固
D．夏天从冰柜中取出的矿泉水瓶，表面会先湿后干，其物态变化过程是先液化后蒸发
【答案】AD
18 . 关于热机的效率，下列说法正确的是 ( )
A．有可能达80 B．有可能达100
C．有可能超过80 D．有可能超过100
【答案】AC
【解析】
热机在工作时，废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、克服部件之间的摩擦会消耗能量等，所以热机的效率不可能达到100 ，即总是小于1，故AC正确、BD错误。故选AC。
19 . 下列说法中正确的是（ ）
A．附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时,液体与固体间表现为浸润
B．热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响
C．水黾可以停在水面上是因为液体具有表面张力
D．温度升高,物体所有分子的动能都增大
【答案】ABC
【解析】附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时，液面分子间表现为斥力，液体与固体间表现为浸润，A正确；热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响，B正确；水黾可以停在水面上是因为液体具有表面张力，C正确；温度升高，物体分子的平均动能变大，并非所有分子的动能都增大，D错误．
20 . 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．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
D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
【答案】ACD
