人教版（2019） 选择性必修 第三册 第三章 热力学定律 （含解析）本章复习与测试

人教版选必3 第三章热力学定律
一、单选题
1.对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( )
A. 第二类永动机违反了热力学第一定律
B. 物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少
C. 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
D. 一定质量的气体膨胀对外做功，同时从外界吸收的热量，则它的内能增大
2.海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。当气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减小，体积减小。该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是( )
A. 水蒸气上升过程中吸收热量 B. 水蒸气分子的平均动能增大
C. 水蒸气放出的热量大于其减小的内能 D. 该过程违反了热力学第二定律
3.如图所示为家用电冰箱的工作原理简化图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中的制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是( )
A. 热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B. 电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
C. 冷凝器中的制冷剂在液化过程中体积增大，内能增加
D. 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
4.中国传统玩具饮水鸟如图所示，在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，鸟“喝”了一口水后，又直立起来。之后，不需要人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来，就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水。下列说法正确的是( )
A. 此现象违背了热力学第二定律
B. 此现象说明永动机在未来是可以制造出来的
C. 自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D. 不可能从单一热源吸取热量并使之全部变成功而不产生其他影响
5.截至年月日，新疆新能源装机突破万千瓦大关，装机规模实现新突破．关于新能源、热力学定律和能量守恒定律，下列说法正确的是
A. 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B. 石油、天然气、核能都是新能源，能量耗散过程中能量不守恒
C. 在一绝热房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低
D. 现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能
6.年月号上午，神舟号飞船在内蒙古东风着陆场顺利降落，气闸舱是实验舱中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。气闸舱的工作原理简化图如图所示，座舱充满一定质量的理想气体，座舱内为真空。打开阀门，气体会自发扩散至中，气体最终达到平衡，整个系统不漏气且与外界没有热交换，下列说法正确的是( )
A. 平衡后，气体系统的熵值在减小
B. 座舱中气体自发扩散过程中，气体对外做功，内能减小
C. 平衡后，座舱中气体可能自发的全部回到座舱中
D. 平衡后，气体分子单位时间内，与器壁单位面积的碰撞次数减少
7.常见的气压式水枪玩具内部原理如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门打开，水立即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内温度始终保持不变，则罐内气体( )
A. 压强变大 B. 内能减少 C. 对外做功 D. 对外放热
8.我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。如图甲所示，某海湾水面面积约为，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝下方通道的闸门，可使水位保持在不变。退潮时，坝外水位降至。假如利用此水坝建水力发电站水流经通道即可带动发电机工作，且重力势能转化为电能的效率是，每天有两次涨潮、两次退潮。如图乙所示，涨潮和退潮时水流都能推动水轮机发电，则该电站一天大约能发电海水的密度约为( )
A. B. C. D.
9.气压传动是指以压缩空气为工作介质来进行传递能量和信号，从而实现生产自动化。如图所示为某气压传动装置的原理示意图，面积为的轻质活塞，通过压缩气体顶起面积为的轻质活塞和上方管道内高的液柱液体的密度为，重力加速度为，开始活塞静止，无推力，现用力缓慢向右推动活塞，最终活塞和液体上升的高度为。已知大气压强为，不计摩擦和忽略细弯管中的气体体积，气缸中理想气体的温度始终不变，下列说法正确的是( )
A. 推动活塞的过程中，对封闭气体做功，故气体内能增加
B. 整个过程中，活塞对气缸内气体做的功小于气体向外界放出的热量
C. 最终气缸内气体的压强大小为
D. 横截面积为的气缸内气体的长度
10.如图所示，和是绝热气缸内的两个活塞，他们把气缸分成甲和乙两部分，两部分中都封有等量的理想气体．是导热的，其热容量可不计，与气缸壁固连．是绝热的，可在气缸内无摩擦滑动，但不漏气，其右方为大气．图中为加热用的电炉丝．开始时，系统处于平衡状态，两部分中气体的温度和压强皆相同．现接通电源，缓慢加热一段时间后停止加热，系统又达到新的平衡．则( )
A. 甲、乙中气体的温度有可能不变
B. 甲、乙中气体的压强都增加了
C. 甲、乙中气体的内能的增加量相等
D. 电炉丝放出的总热量等于甲、乙中气体增加内能的总和
11.如图所示，容器内一定质量的理想气体由状态开始经历过程回到初始状态。其中，过程和为等温变化，和为等容变化，则下列判断中正确的是
A. 在的过程中，单个气体分子对容器壁的平均冲力逐渐减小
B. 处于状态时气体的每个分子的速率都比处于状态时的要大
C. 在的过程中，外界对气体做功，气体内能增大
D. 整个循环过程，气体对外做的功等于从外界吸收的热量
12.一定质量的理想气体在的过程中，其图像如图所示，、分别平行于纵轴和横轴，下列说法正确的是
A. 的过程，气体向外界放热
B. 的过程，气体体积增大
C. 的过程，气体从外界吸收热量
D. 的全过程，外界对气体做负功
二、多选题
13.列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中。
A. 上下乘客时，气体的内能不变 B. 上下乘客时，气体从外界吸热
C. 剧烈颠簸时，气体的内能不变 D. 剧烈颠簸时，气体的温度升高。
14.全世界每年消耗大量的化石燃料，产生的二氧化碳直接排入地球大气层中而造成温室效应。温室效应严重威胁着地球生态环境的安全。为了减小温室效应造成的负面影响，有的科学家受到了啤酒在较高的压强下能够溶解大量二氧化碳的启发，设想了一个办法：用压缩机将二氧化碳送入海底，永久贮存起来。在海底深处，压强很大，温度很低，海底的深水肯定能够溶解大量的二氧化碳。这样，就为温室气体二氧化碳在海底找到了一个永远的“家”，从而避免温室效应。在将二氧化碳送入海底的过程中，以下说法中正确的是( )
A. 压缩机对二氧化碳做正功 B. 二氧化碳向海水放热
C. 二氧化碳分子平均动能会减小 D. 每一个二氧化碳分子的动能都会减小
15.一定质量的理想气体密闭在容器中，其压强随体积的变化过程如图所示。已知是绝热变化过程。下列说法正确的是( )
A. 过程中气体的温度不变
B. 过程中每个分子的动能都增大
C. 过程中，单位时间内容器壁单位面积上分子碰撞次数增多
D. ，完成一次完整循环的过程气体对外做负功
16.如图所示，有甲、乙两个完全相同、带轻质活塞、内壁光滑的导热汽缸。内部封闭相同质量的同种理想气体，初始状态下气体的温度均为，然后把汽缸甲的活塞固定。现分别对汽缸加热，使得甲、乙汽缸中气体的温度都上升到，发现汽缸甲内气体吸收了热量，汽缸乙内气体吸收了热量。已知大气压，下面说法正确的是( )
A. 温度升高到过程中，甲、乙中气体内能都增加
B. 温度升高到过程中，乙中气体对外做功
C. 温度升高到过程中，乙中气体体积增量为
D. 温度为时，甲、乙中气体的体积均为
17.如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气视为理想气体。初始时，两室的气体温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是
A. 初始时氢分子的平均动能等于氧分子的平均动能
B. 系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小
C. 松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，有热量从氧气传到氢气
D. 松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小
18.利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后原速率反向，从端流出，边缘部位气流从端流出。下列说法正确的是( )
A. 端为冷端，端为热端
B. 单位时间内端流出气体的内能一定小于端流出气体的内能
C. 该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
D. 该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
三、计算题
19.某同学家新买了一双门电冰箱，冷藏室容积，冷冻容积，假设室内空气为理想气体．
若室内空气摩尔体积为，阿伏伽德罗常量为个，在家中关闭冰箱密封门后，电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子？
若室内温度为，大气压为，关闭冰箱密封门通电工作一段时间后，冷藏室内温度降为，冷冻室温度降为，此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差多大？
冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部，请分析说明这是否违背热力学第二定律．
20.某兴趣小组设计了一温度报警装置，原理图如图。一定质量的理想气体被一上表面涂有导电物质的活塞密封在导热气缸内，活塞厚度不计，质量，横截面积，开始时活塞距气缸底部的高度为，缸内温度为。当环境温度上升，活塞缓慢上移，活塞上表面与、两触点接触，报警器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为，，试求：
该报警装置的报警温度；
若上述过程气体的内能增加，则气体吸收的热量为多少。
21.一定质量的理想气体，状态从的变化过程可用如图所示的图线描述，其中气体在状态时温度为，试求：
气体在状态时的温度；
若气体在过程中吸热，则在过程中气体内能的改变量为多少？
22.如图所示，内壁光滑、高度均为的两个绝热气缸底部由细管连通，左侧气缸上端封闭，右侧气缸上端开口与大气相通，两气缸中面积均为的绝热活塞、密闭两部分理想气体、开始时，气体、温度均为，活塞、均静止在距气缸底部处。已知活塞、的质量分别为和，大气压强为，重力加速度为，细管内气体体积忽略不计。
求气体的压强
缓慢加热气体，使其温度升至稳定时，求活塞距气缸底部的高度
上述加热过程中，若吸收的热量为，求的内能增加量。
23.如图所示，水平对置发动机的活塞对称分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，发动机安装在汽车的中心线上，两侧活塞产生的影响相互抵消，可使车辆行驶更加平稳，同时节约能源、减少噪声。右图为左侧汽缸圆柱形简化示意图。某次工厂测试某绝热汽缸的耐压性能，活塞横截面积为，汽缸长度，右端开口处固定两挡片，开始时活塞底部到缸底的距离为，内部密封一定质量的理想气体，气体温度为。已知大气压强为，活塞右侧与连杆相连，与大气相通，连杆对活塞始终有水平向左的恒定推力。现缓慢给气体加热后，活塞向右滑动，不计气缸底部和活塞的厚度，不计一切摩擦。求：
当活塞底部距离缸底时，气体的压强
气体温度达到时，气体的压强
在第问条件下，如果此过程中气体吸收的热量为，求此过程中气体内能的增加量
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故A错误；
B.根据热力学第一定律，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；
C.热量不能自发地从低温物体传递给高温物体，但通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，故C错误；
D.根据热力学第一定律知，，故D正确。
2.【答案】
【解析】A.根据热力学第一定律
可知，气体温度下降，故内能减小，即
体积减小可以判断外界对气体做功，故
因此必须为负，即放出热量。故A错误；
B.水蒸气的温度下降，故分子平均动能减小。故B错误；
C.根据热力学第一定律，因外界对气体做功，故水蒸气放出的热量大于其减小的内能。故C正确；
D.该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重力势能变化，故没有违反热力学第二定律。故D错误。
故选C。
3.【答案】
【解析】A.由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，可知热量不能够自发地从冰箱内传到冰箱外，故A错误；
B.电冰箱把热量从低温物体传到高温物体，需要压缩机的帮助并消耗了电能，即该过程不是自发进行，而是有外界的影响，可知电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律，故B错误；
C.冷凝器中的制冷剂液化放热，内能减小，故C错误；
D.根据上述，电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，，即该过程不是自发进行，而是有外界的影响，即是因为其消耗了电能，故D正确。
故选D。
4.【答案】
【解析】B、玩具饮水鸟的内部结构如图所示
其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发后吸热使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，所以这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，不是一架永动机，故B错误；
A、此现象没有违反热力学第二定律，故A错误；
C、根据熵增定律，自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，故C错误；
D、根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸取热量并使之全部变成功而不产生其他影响，故D正确。
5.【答案】
【解析】A. 根据热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，A正确；
B. 石油、天然气是常规能源，不是新能源，能量耗散过程中能量仍然守恒，B错误；
C. 根据能量守恒定律，绝热房间内再接通电源，电能转化为内能，过一段时间后，室内温度就会升高，C错误；
D. 气体燃烧释放的热量不可能全部转化成机械能，它违背热力学第二定律，D错误。
6.【答案】
【解析】A.由于气体分子无规则运动的空间变大，所以无序性增加，即熵增加，故A错误；
B.气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统不漏气且与外界没有热交换，气体内能不变，故B错误；
C.根据熵增加原理可知，一切宏观热现象均具有方向性，中气体不可能自发地全部回到座舱中，故C错误；
D.气体温度不变，体积增大，单位体积内的分子数减少，单位时间内对单位面积的碰撞次数减少，故D正确。
故选D。
7.【答案】
【解析】A、在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，根据理想气体状态方程可知其体积增加时压强减小，故A错误；
C、气体膨胀，体积增大，则气体对外界做功，故C正确；
、根据热力学第一定律，气体温度不变则内能不变，气体对外做功、则吸收热量，故BD错误；
故选C。
8.【答案】
【解析】由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，，
故发电时水减少的重力势能，
一天发电四次，转化成的电能， 故C正确，ABD错误。
9.【答案】
【解析】A.由于活塞缓慢移动过程中，气体温度保持不变，所以气体的内能不变，故 A错误；
B.根据热力学第一定律，，活塞对气缸内气体做正功，气体对活塞做正功，使得液柱重力势能增加，故，即整个过程中，活塞对气缸内气体做的功大于气体向外界放出的热量，故B错误；
初始时，活塞静止，封闭气体的压强为，最终封闭气体的压强大小为，C错误；
活塞缓慢移动过程中，气体温度保持不变，由玻意耳定律可知，解得，故D正确。
10.【答案】
【解析】A.由热力学第二定律可知，由甲、乙组成的系统在吸收电炉丝传来的热量后，这一总热量必然有一部分用来增加系统的内能，使得甲、乙气体中的温度升高，故A错误；
C.因为甲、乙中封的气体是等量的，且 是导热的是绝热的，所以加热后再次达到新的平衡时，甲、乙中气体的温度一定相同且两部分中都封有等量的理想气体；故C正确；
电炉丝放出的总热量等于甲、乙中气体增加内能的总和再加上活塞可在气缸内无摩擦滑动可对外界做功，因此乙中气体的压强始终等于大气压强，故 BD错误。
故选 。
11.【答案】
【解析】A.在的过程中，是等温变化，温度不变。温度是分子平均动能的标志，所以分子的平均动能不变，单个气体分子对容器壁的平均冲力取决于分子的平均动能，因此单个气体分子对容器壁的平均冲力不变，故 A错误。
B.状态到状态是等容变化，压强减小，温度降低。温度是分子平均动能的标志，只能说明状态时分子的平均动能比状态时大，但不能说状态时气体的每个分子的速率都比状态时的大，因为分子的速率分布是遵循统计规律的，存在速率较小和较大的分子，故 B错误。
C.在的过程中，是等温变化，温度不变，而理想气体的内能只与温度有关，所以气体内能不变。此过程中体积减小，外界对气体做功，故 C错误。
D.整个循环过程，气体内能不变，即。根据热力学第一定律其中为吸收或放出的热量，为外界对气体做功或气体对外界做功，可得，这意味着气体对外做的功等于从外界吸收的热量，故 D正确。
12.【答案】
【解析】的过程气体发生等容变化，外界对气体做功为，气体内能增加，气体从外界吸热，选项A错误
的过程，气体为等压变化，温度降低，体积减小，选项B错误
的过程，气体发生等温变化，内能不变，压强减小，体积增大，故外界对气体做负功，气体从外界吸收热量，选项 C正确
的全过程，气体变化的图像如图所示，根据图像可知外界对气体做正功，选项D错误。
13.【答案】
【解析】上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，则气体温度不变，内能不变。在气体压缩的过程中，外界对气体做正功，由于气体内能不变，则根据热力学第一定律可知，气体对外放出热量，故A正确，B错误；
剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换，则在气体压缩的过程中，外界对气体做正功，气体内能增加，温度升高，故C错误，D正确。
故选AD。
14.【答案】
【解析】A.用压缩机将二氧化碳压入海底，外界对二氧化碳气体做正功，故A正确；
B.二氧化碳气体液化的过程中放热，故B正确；
在海底深处，压强很大，温度很低，故二氧化碳气体液化后放热，温度降低；分子热运动的平均动能减小，但不是每个分子的动能均减小，故C正确，D错误。
故选ABC。
15.【答案】
【解析】A、已知是绝热变化过程，理想气体与外界没有热交换，则，体积增大，气体对外界做功，，根据可知，，故气体温度降低，故A错误；
B、过程体积不变，根据可知当压强变大时，温度升高，分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故B错误；
C、的过程中，气体是等压变化，体积减小，温度降低，分子的数密度增大，单位时间内容器壁单位面积受到的气体分子撞击次数增加，故C正确；
D、由图形面积表示做功可知，一个循环过程中，过程外界对气体做的功大于过程气体对外界做的功，所以完成一次完整循环的过程气体对外做负功，故D正确。
故选CD。
16.【答案】
【解析】A.根据热力学第一定律
对于甲中气体，由于气体既不对外做功，外界也不对气体做功，因此有 ，
可知，汽缸甲内气体吸收了热量，其内能增加
温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子平均动能相同，而对于一定量的同种气体而言，分子平均动能相同，则其内能相同；而汽缸乙中气体与甲中气体完全相同，当完全相同的气体从同一温度升高到另一相同温度时其内能变化也一定相同，因此可知，乙汽缸中气体内也增加了，故A正确；
B.汽缸乙内气体吸收了热量，内能增加了，根据根据热力学第一定律可知，则可知乙中气体对外做功，故B错误；
设甲乙两汽缸初始时气体的体积均为 ，根据题意可知，乙汽缸在给气体加热的过程中发生的是等压变化，设温度升高到时体积变为 ，则由盖吕萨克定律可得
式中 ，
解得
而
式中 ，
解得
则可知温度升高到过程中，乙中气体体积增量为
故C正确，D错误。
故选AC。
17.【答案】
【解析】A.温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子的平均动能相同，与分子质量无关，两部分气体温度相同，故分子的平均动能相同，故A正确；
松开固定栓至系统达到平衡过程中，先是氢气对氧气做功，内能减少，氧气内能增加，温度升高．由于存在温度差，发生热传递，最后两者温度相同，故氧气内能又减小，等于初始值，所以两种气体的内能与初始时相同，故B错误，CD正确；
故选ACD。
18.【答案】
【解析】A. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以端为冷端、端为热端，故A正确；
B.端流出的气体分子热运动速率较小，端流出的气体分子热运动速率较大，则从端流出的气体分子平均动能小于从端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出单位时间内从端流出的气体内能一定小于从端流出的气体内能，故B错误；
该装置将冷热不均气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从端出、较高的从端出，也符合能量守恒定律，故C正确，D错误。
故选AC。
19.【解析】由阿伏加德罗常数可知：
个
设气体初始温度为，压强为；后来冷藏室与冷冻室中的温度和压强分别为、和、，
由于两部分气体分别做等容变化，根据查理定律
同理：
得
代入数据得
不违背热力学第二定律，因为热量不是自发的由低温向高温传递，由冰箱工作过程中要消耗电能．
答：电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有分子．
此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差是
不违背热力学第二定律，因为热量不是自发的由低温向高温传递，由冰箱工作过程中要消耗电能．
20.【解析】气体发生等压变化，由盖吕萨克定律：
代入数据解得：
缸内气体压强：
气体等压膨胀对外做功：
由热力学第一定律得：
代入数据：

21.【解析】气体在 变化过程中，根据理想气体状态方程
代入数据，解得
气体在 变化过程中，体积增大，则气体对外做功，为
根据热力学第一定律
代入数据，解得。

22.【解析】分别以、为研究对象，由受力情况可知
解得
加热气体的过程中，、的压强保持不变，设稳定时活塞距底部高度为
由等压变化知
解得
加热过程中气体对外做的功
根据热力学第一定律有
解得的内能增加量
23.【解析】对活塞受力分析，根据共点力平衡，有
解得：；
假设加热升温过程始终是等压变化，根据盖吕萨克定律，有
解得：，
此时活塞已经与汽缸右侧挡板接触，由
得：；
此过程中气体对外做功为 ，根据热力学第一定律，有
可得此过程中气体内能的增加量为：。

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