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專題33 熱力學定律與能量守恒
課標要求 知識要點 命題推斷
1.知道改變內能的兩種方式，理解熱力學第一定律. 2.知道與熱現象有關的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學第二定律. 3.掌握能量守恒定律及其應用． 考點一　熱力學第一定律的理解及應用 考點二　熱力學第二定律的理解 考點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題 題型：選擇題 計算題 1熱力學第一定律的應用 2熱力學第二定律的應用 3與氣體圖像的綜合問題 4與氣體實驗定律的綜合問題
考點一　熱力學第一定律的理解及應用
1．熱力學第一定律的理解
不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系．
2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規定
符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
3.幾種特殊情況
(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加量．
(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加量．
(3)若過程的初、末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.外界對物體做的功等于物體放出的熱量．
考點二　熱力學第二定律的理解
1．熱力學第二定律的理解
(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．
(2)“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．
2．熱力學第二定律的實質
熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．
特別提醒　熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．
3．熱力學過程方向性實例：
①高溫物體低溫物體
②功熱
③氣體體積V1氣體體積V2(較大)
④不同氣體A和B混合氣體AB
4．兩類永動機的比較
第一類永動機 第二類永動機
不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器
違背能量守恒定律，不可能制成 不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成
考點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
（2024 江蘇二模）關于熱學現象，下列說法正確的是（　　）
A．液體有表面張力，原因是液體表面分子間的平均距離比液體內部大
B．物體內熱運動速率大的分子數占總分子數比例與溫度無關
C．不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功
D．給莊稼松土有助于將地下的水分引上來
【解答】解；A、液體有表面張力，原因是液體表面的分子比較稀疏，分子間的平均距離比液體內部大，表現為引力，故A正確；
B、物體內熱運動速率大的分子數占總分子數比例與溫度有關，溫度越高，速率大的分子數所占的比例就越大，故B錯誤；
C、不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不引起其它的變化，如果引起了其它的變化，可以全部變成功的，故C錯誤；
D、給莊稼松土，可以破壞土壤中的毛細管，不至于將地下的水引上來，有利于保持水分，故D錯誤。
故選：A。
（2024 南通三模）如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態a依次經過狀態b、c和d后再回到狀態a，則（　　）
A．a到b過程，氣體內能增大
B．b到c過程，氣體對外界做功
C．c到d過程，氣體吸收熱量
D．經過一次循環過程，外界對氣體做功
【解答】解：A．a到b過程，為等容變化，氣體對外界不做功，由理想氣體狀態方程
可得Ta＞Tb
則氣體內能減少，故A錯誤；
B．b到c過程，體積減小，外界對氣體做功，故B錯誤；
C．c到d過程，為等容變化，氣體對外界不做功，由理想氣體狀態方程
可得Td＞Tc
則氣體內能增加，根據熱力學第一定律可知，氣體吸收熱量，故C正確；
D．由
W＝pV，p﹣V圖像面積代表做功
可知，經過一次循環過程，由d到a氣體對外做功大于由b到c外界對氣體做功，故一個循環過程后，氣體對外界做功，故D錯誤。
故選：C。
（2024 成華區校級模擬）下列說法正確的是（　　）
A．溫度相同的兩種理想氣體的分子平均速率一定相同
B．花粉顆粒在液體中的布朗運動，是由于花粉顆粒內部分子無規則熱運動引起的
C．0℃的冰融化為0℃的水需要吸熱，該過程中分子的平均動能增大
D．內能不同的物體，它們分子熱運動的平均動能可能相同
【解答】解：A、溫度相同的兩種理想氣體的分子平均動能相同，如果分子質量不同，則分子平均速率不相同，故A錯誤；
B、花粉的布朗運動是由于液體分子無規則熱運動引起的，故B錯誤；
C、由于溫度不變，分子的平均動能不變，故C錯誤；
D、如果溫度相同時，分子熱運動的平均動能相同，分子熱運動的平均動能與物體的內能無直接關系，故D正確。
故選：D。
（2024 青羊區校級模擬）一定質量的理想氣體封閉在汽缸內，從初始狀態A經狀態B、C、D再回到狀態A，其體積V與熱力學溫度T的關系如圖所示。下列說法正確的是（　　）
A．過程A→B中，氣體從外界放出熱量
B．過程C→D中，氣體內能的減少量大于氣體向外界放出的熱量
C．過程B→C中，氣體分子在單位時間內對汽缸壁單位面積的碰撞次數增大
D．過程D→A與過程A→B→C→D中，氣體對外界做功的數值相等
【解答】解：A、A→B過程中，氣體的體積不變，氣體不做功，則W＝0，溫度升高，氣體的內能增大，則ΔU＞0，由熱力學第一定律ΔU＝W+Q，可知Q＞0，所以氣體吸收熱量，故A錯誤；
B、C→D過程中，氣體的體積減小，外界對氣體做功，則W＞0，溫度降低，則氣體的內能減小，則ΔU＜0，由熱力學第一定律ΔU＝W+Q，可知Q＜0，則，所以氣體的氣體內能的減少量小于氣體向外界放出的熱量，故B錯誤；
C、B→C過程中，氣體溫度不變，氣體體積減小，則氣體密集程度增大，所以氣體分子在單位時間內對汽缸壁單位面積的碰撞次數增大，故C正確；
D、D→A過程，DA連線過坐標原點，氣體的壓強不變，體積增大，氣體對外界做功，
A→B→C→D過程中，A→B過程中，氣體不做功，
B→C→D過程，根據V﹣T圖像上各點與坐標原點連線的斜率減小，氣體的壓強越大，可知B→C→D過程中壓強大于A→B過程中壓強，體積減小，則外界對氣體做功，但兩過程體積變化相等，由W＝pΔV可知兩過程氣體做功不相等，故D錯誤。
故選：C。
（2024 泰州一模）一定質量理想氣體的卡諾循環過程p﹣V圖線如圖所示，狀態a、d的溫度分別為Ta、Td，ad、bc兩條絕熱線下的面積分別為S1、S2（圖中陰影部分），則（　　）
A．Ta＜Td B．Ta＝Td C．S1＞S2 D．S1＝S2
【解答】解：AB、由圖可知，S1表示外界對氣體做功，S2表示氣體對外界做功。ad、bc兩個過程為絕熱過程，由卡諾循環過程可知另外的兩個過程為等溫過程，則d→a壓縮過程中，外界對氣體做功，根據熱力學第一定律可知，氣體的內能增大，溫度升高，則Ta＝Tb＞Td＝Tc，故AB錯誤；
CD、由于絕熱過程中溫度變化一樣，即內能變化一樣，根據熱力學第一定律有
ΔU＝W+Q
可得兩個過程中做功大小相等，由于絕熱線下圍的面積為該過程中做的功，則
S1＝S2，故C錯誤，D正確。
故選：D。
（2024 濟寧三模）如圖所示，一定質量的理想氣體，經歷a→b→c→a過程，其中a→b是等溫過程，b→c是等壓過程，c→a是等容過程。下列說法正確的是（　　）
A．完成一次循環，氣體向外界放熱
B．a、b、c三個狀態中，氣體在c狀態分子平均動能最大
C．b→c過程中，氣體放出的熱量大于外界對氣體做的功
D．a→b過程中，容器壁在單位時間內、單位面積上受到氣體分子撞擊的次數會增加
【解答】解：A、p﹣V圖像面積表示氣體對外界做功，即W＜0，整個循環過程，氣體內能不變，根據ΔU＝W+Q可知，Q＞0，即氣體從外界吸收熱量，故A錯誤；
B、由圖可知，a→b過程為等溫變化有Ta＝Tb，b→c過程氣體發生等壓變化，根據pV＝CT可知氣體溫度降低，即Tb＞Tc，而即有Ta＝Tb＞Tc，所以氣體在c狀態分子平均動能最小，故B錯誤；
C、b→c過程中，氣體體積減小，外界對氣體做功W＞0，同時溫度降低內能減小ΔU＜0，所以氣體對外放熱Q＜0，由此可知其放出的熱量大于外界對氣體做的功，故C正確；
D、a→b為等溫過程，氣體壓強變小，體積增大，即因為溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，壓強變小說明單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數減少，故D錯誤。
故選：C。
（2024 市中區校級模擬）某校物理學科周活動中，出現了不少新穎靈巧的作品。如圖所示為高二某班同學制作的《液壓工程類作業升降機模型》，通過針筒管活塞的伸縮推動針筒內的水，進而推動支撐架的展開與折疊，完成貨物平臺的升降。在某次實驗中，針筒連接管的水中封閉了一段空氣柱（空氣可視為理想氣體），該同學先緩慢推動注射器活塞將針筒內氣體進行壓縮，若壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，裝置不漏氣，則下列說法中正確的是（　　）
A．針筒內氣體壓強減小
B．針筒內氣體吸熱
C．單位時間、單位面積撞擊針筒內壁的氣體分子數減少
D．用國際單位制單位表示的狀態參量在圖中圖線可能如圖中a→b
【解答】解：A．壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，空氣柱體積變小，則壓強變大，故A錯誤；
B．壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，則氣體內能不變，即有ΔU＝0，壓縮過程中，氣體體積變小，外界對氣體做功，即有W＞0，則根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知Q＜0，即針筒內氣體放熱，故B錯誤；
C．由于壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，氣柱體積變小，壓強變大，則單位時間、單位面積撞擊針筒內壁的氣體分子數增大，故C錯誤；
D．由于壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，空氣柱體積變小，壓強變大。則根據理想氣體狀態方程
C
整理可得
p＝TC
可知用國際單位制單位表示的狀態參量在p中圖線可能如圖中a→b，故D正確。
故選：D。
（2024 江蘇模擬）一定質量的理想氣體經歷從狀態A到狀態B的變化，其V﹣T圖像如圖所示，AB的反向延長線過原點。氣體在狀態A的壓強，從狀態A到狀態B的過程中吸收的熱量Q＝8.0×102J，下列說法正確的是（　　）
A．氣體在狀態B的壓強為2.25×105Pa
B．氣體在狀態B的體積為2.5×10﹣2m3
C．從狀態A到狀態B的過程，氣體對外界做功750J
D．從狀態A到狀態B的過程，氣體的內能增加1.55×103J
【解答】解：AB、AB的反向延長線過原點，可知從狀態A到狀態B氣體的壓強不變，所以氣體在狀態B的壓強：，從A到B，由蓋﹣呂薩克定律有：，可得VB＝1.5×10﹣2m3，故AB錯誤；
CD、從狀態A到狀態B的過程，氣體做的功：（1.5×10﹣2﹣1×10﹣2）J＝750J
氣體體積增大，氣體對外界做功，所以W應為負值，即W＝﹣750J
由熱力學第一定律有：ΔU＝W+Q，其中Q＝8.0×102J，代入數據可得：ΔU＝50J，可知氣體內能增加50J，故C正確，D錯誤。
故選：C。
（2024 江蘇模擬）如圖所示，一粗細均勻的細管開口向上豎直放置，管內有一段高度為4cm的水銀柱，水銀柱下密封了一定質量的理想氣體，水銀柱上表面到管口的距離為2cm。若緩慢加熱管內被密封的氣體，當溫度為T時，水銀柱的上表面恰好與管口平齊；若保持氣體溫度不變，將細管倒置，穩定時水銀柱下表面恰好位于管口處且無水銀滴落。已知開始管內氣體溫度為297K，大氣壓強為76cmHg。求：
（1）細管的長度；
（2）水銀柱的上表面恰好與管口平齊時的溫度T。
【解答】解：（1）設細管的長度為L，橫截面積為S，水銀柱高度為h，初始時，設水銀柱上表面到管口的距離為h1，被密封氣體的體積為V，壓強為p，細管倒置時，氣體體積為V1，壓強為p1，由玻意耳定律有
pV＝p1V1
由力的平衡條件有
p＝p0+ρgh
p1＝p0﹣ρgh
由題意有
V＝S（L﹣h1﹣h）
V1＝S（L﹣h）
代入數據，聯立解得
L＝24cm
（2）設氣體被加熱前后的溫度分別為T0和T，由蓋—呂薩克定律有
代入數據解得
T＝330K
答：（1）細管的長度24cm；
（2）水銀柱的上表面恰好與管口平齊時的溫度330K。
（2024 金東區校級模擬）如圖所示，在豎直放置的導熱性良好的圓柱形容器內用質量為m的活塞密封一部分氣體，活塞能無摩擦地滑動，容器的橫截面積為S，將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中，開始時氣體的熱力學溫度為T0，活塞處于A處，它與容器底的距離為h0，當氣體從外界吸收熱量Q后，活塞緩慢上升d后到達B處再次處于靜止狀態。
（1）外界空氣的熱力學溫度是多少？
（2）在此過程中的密閉氣體的內能增加了多少？
（3）某人在上一問的基礎上又接著提了一個問題，說：“有人在活塞上方施加一個豎直向下的外力，使氣體從上一問的狀態B（活塞在B處）緩慢地回到狀態A（活塞在A處），在此過程中外力做功是多少？”他的解答思路如下：設狀態A和狀態B時的外力分別為FA和FB，外力做功。請你對他的解答思路進行評價：如果你認為正確，請求出結果；如果你認為不正確，請說出錯誤的原因，不必求出正確結果？
【解答】解：（1）以密閉氣體為研究對象，大氣壓恒為p0不變，活塞上升過程為等壓變化，由蓋﹣呂薩克定律有
解得
（2）活塞上升的過程，密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功，所以外界對氣體做的功W＝﹣（mg+p0S）d
根據熱力學第一定律可知密閉氣體增加的內能為
ΔU＝Q+W＝Q﹣（mg+p0S）d
（3）氣體發生等溫變化，根據玻意耳定律pV＝C及平衡狀態可知F并非線性變化，不可用平均作用力計算功，所以該同學解答思路錯誤。
答：（1）外界空氣的熱力學溫度為；
（2）密閉氣體的內能增加了Q﹣（mg+p0S）d；
（3）不正確，氣體發生等溫變化，根據玻意耳定律pV＝C及平衡狀態可知F并非線性變化，不可用平均作用力計算功。
題型1熱力學第一定律的應用
（2024 重慶模擬）一定質量的理想氣體從狀態A變化到狀態B，再變化到狀態C，其狀態變化過程的p﹣V圖像如圖所示。已知該氣體在狀態A時的熱力學溫度為300K，關于圖示熱力學過程中，下列說法正確的是（　　）
A．該氣體在狀態C時的熱力學溫度為200k
B．氣體從狀態A到狀態B其分子平均動能增加
C．該氣體從狀態A到狀態C全程均放出熱量
D．該氣體從狀態A到狀態C與外界交換的熱量是200J
【解答】解：A．由理想氣體狀態方程得
解得
TC＝300K
故A錯誤；
B．氣體從狀態A到狀態B的pV乘積減小，溫度降低，所以分子的平均動能減小，故B錯誤；
C．氣體從狀態A到狀態B內能減小，體積不變，外界對氣體做功為零，氣體釋放熱量；氣體由狀態B到狀態C，溫度升高，內能增加，外界對氣體做負功，由熱力學第一定律得
ΔU＝W+Q
那么氣體由狀態B到狀態C吸收熱量，故C錯誤；
D．該氣體從狀態A到狀態C外界對氣體做功為
W＝﹣200J
由熱力學第一定律得
ΔU＝W+Q＝0
解得
Q＝200J
所以氣體從狀態A到狀態C從外界吸收熱量為200J，故D正確。
故選：D。
（多選）（2024 五華區校級模擬）質量相等的同種理想氣體分別從平衡態a經絕熱過程①和一般過程②變化到平衡態b，b狀態時對應的壓強與體積的乘積比a狀態時對應的壓強與體積的乘積大，p﹣V圖像如圖所示。過程①外界對理想氣體做功為W1，過程②外界對理想氣體做功為W2，則（　　）
A．狀態b的溫度比狀態a的溫度低
B．過程①和過程②相比，W1＜W2
C．過程②內能的增量等于W1
D．過程②理想氣體向外界吸收熱量
【解答】解：A、b狀態時對應的壓強與體積的乘積比a狀態時對應的壓強與體積的乘積大，由理想氣體狀態方程，可知狀態b的溫度比狀態a的溫度高，故A錯誤；
B、p﹣V圖像中，圖線與橫軸所夾的面積表示外界對氣體做的功，由圖可知，過程①和過程②相比，W1＜W2，故B正確；
C、因為兩個過程的初末狀態都相同，則兩個過程中內能的增加量都相等，過程①是絕熱過程，則Q＝0，由熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知，過程①內能的增量等于W1，即過程②內能的增量也等于W1，故C正確；
D、過程②，內能增量ΔU＝W1，外界對氣體做功為W2，由熱力學第一定律有：W1＝W2+Q，已知W1＜W2，可得Q＜0，所以過程②理想氣體向外界釋放熱量，故D錯誤；
故選：BC。
（2024 龍鳳區校級模擬）在學校春季運動會上釋放的氣球是充有氦氣的可降解氣球。釋放前工作人員用容積為30L、壓強為1.0×107Pa的氦氣罐給氣球充氣（充氣過程溫度不變），要求充氣后氣球體積為5L、壓強為1.0×105Pa；氣球釋放后飄向高空，當氣球體積膨脹到8L時就會爆裂落回地面。已知高度每升高1000m，大氣溫度下降6℃，高度每升高1m，大氣壓減小11Pa，慶祝現場地面空氣溫度為27℃，大氣壓為1.0×105Pa，不計充氣過程的漏氣和氣球內原有氣體，下列說法正確的是（　　）
A．用一個氦氣罐可以充出600個符合要求的氣球
B．當氣球發生爆裂時，氣球離地面的高度為3846m
C．用氮氣罐給氣球充氣過程中，氦氣放出熱量
D．要降低氣球發生爆裂時的高度，在地面充氣時可使充氣后的氣球體積適當減小
【解答】解：A．設充氣前氦氣罐的壓強和體積分別為p0、V0，充氣后氣球的壓強和體積分別為p1、V1、，根據題意，設用一個氦氣罐可以充出n個符合要求的氣球，由玻意耳定律有
p0V0＝p1（V0+nV1）
解得
n＝594
故A錯誤；
B．當氣球發生爆裂時，氣球體積膨脹到8L，設此時氣球離地面高度為h，根據題意可知爆裂時氣體的壓強和溫度分別是
p2＝p1﹣11h
由理想氣體方程有
其中
T0＝t0+273K＝300K
解得
h≈3846m
故B正確；
C．對充入氣球內的氦氣，從氦氣罐內到氣球內的過程，體積增大，對外做功，不計溫度變化，內能不變，根據熱力學第一定律可知氣體吸熱，故C錯誤；
D．由B中分析可以推導出h與V1的函數關系式為
可知，體積越小，高度越大，要降低氣球發生爆裂時的高度，在地面充氣時可使充氣后的氣球體積適當增大，故D錯誤。
故選：B。
題型2熱力學第二定律的應用
（2024 荊門三模）關于熱力學定律，下列說法錯誤的是（　　）
A．做功與傳熱對改變系統的內能是等價的
B．熱力學第一定律實際上是內能與其他形式能量發生轉化時的能量守恒定律
C．一切與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的
D．能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質下降
【解答】解：A、做功與熱傳遞是改變內能的兩種方式，對改變系統的內能是等價的，故A正確；
B、根據熱力學第一定律可知，熱力學第一定律揭示了內能與其他形式能量發生轉化時的能量之間的關系，故B正確；
C、根據熱力學第二定律，一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的，故C錯誤；
D、能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質下降說明了能源是有限的，我們要節約能源，故D正確。
本題選擇錯誤的，
故選：C。
（2024 南通模擬）如圖所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個系統與外界沒有熱交換，打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則（　　）
A．容器中氣體的內能減少
B．容器中氣體分子的平均動能增加
C．容器中氣體分子的數密度減小
D．Q中的氣體能自發地全部退回到P中去
【解答】解：A、氣體在真空中膨脹，對外不做功，并且由題意可知整個系統與外界也沒有熱交換，故由熱力學第一定律可知氣體的內能不變，故A錯誤；
B、氣體由于分子間距離較大，分子力視為零，故分子勢能為零，不隨體積的增大而變化。又因內能＝所有分子動能+所有分子勢能，內能不變，所以分子平均動能不變，故B錯誤；
C、氣體在真空中膨脹，體積增大，容器中氣體分子的數密度減小，故C正確；
D、由熱力學第二定律可知，一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，所以Q中的氣體不可能自發的全部退回到P中，故D錯誤，
故選：C。
（2024 通州區一模）黑洞是廣義相對論預言的奇異天體，對于質量為M的球對稱簡單黑洞，可以定義一個以黑洞中心為球心、半徑為r的球面，稱為視界。按照經典理論，視界以內所有物質都無法逃離黑洞。按照牛頓力學，如果一個粒子在質量為M的球對稱天體表面的逃逸速度恰好等于真空中的光速c，此天體即為黑洞，其半徑r的表達式為，其中G為引力常量。由牛頓力學得到的r恰好與廣義相對論給出的同質量黑洞的視界半徑結果一致。
按照貝肯斯坦和霍金的理論，黑洞的熵S正比于其視界面積A，即，其中h、kB均為常量。當兩個質量均為M1的簡單黑洞塌縮成一個質量為M2（M2＜2M1）的簡單黑洞時，其系統的熵的變化量為（　　）
A．
B．
C．
D．
【解答】解：由題意可的黑洞熵與質量的關系為：
當兩個質量均為M1的簡單黑洞塌縮成一個質量為M2（M2＜2M1）的簡單黑洞時，其系統的熵的變化量為：
ΔS＝S2﹣2S1，故B正確，ACD錯誤。
故選：B。
題型3與氣體圖像的綜合問題
（2024 黑龍江三模）一定質量的理想氣體從狀態A經過狀態B和C又回到狀態A，其壓強p隨體積V的變化圖線如圖所示，其中A到B為絕熱過程。C到A為等溫過程。下列說法錯誤的是（　　）
A．A→B過程，氣體分子平均動能減小
B．B→C過程，氣體向外界放熱
C．C→A過程，氣體向外界放熱
D．A→C過程氣體對外界做的功小于C→A過程外界對氣體做的功
【解答】解：A.由圖可知，A→B的過程，氣體絕熱膨脹，對外做功，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q，可知氣體內能減小，溫度降低，氣體分子平均動能減小，故A正確；
B.B→C過程是等壓變化，體積增大，則氣體對外做功，即W＜0，由蓋—呂薩克定律，C，可知氣體溫度升高，故氣體內能增大，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q，可知氣體從外界吸熱，故B錯誤；
C.C→A的過程是等溫變化，氣體內能不變，但體積減小，故外界對氣體做功，根據熱力學第一定律ΔU＝W+Q，可知氣體向外界放熱，故C正確；
D.在p﹣V圖像中，面積表示做功，故A→C過程氣體對外界做的功小于C→A過程中外界對氣體做的功，故D正確。
本題選錯誤的，故選：B。
（2024 東西湖區校級模擬）密閉容器內密封一定質量的理想氣體，氣體從a狀態經過一系列變化回到初始狀態，變化過程中V﹣T圖如圖所示。下列分析正確的是（　　）
A．a狀態時氣體分子在單位時間單位面積上的碰撞次數比b狀態時小
B．a、b、c三個狀態相比，氣體內能大小滿足Ua＜Ub＜Uc
C．a→b過程氣體對外做功小于c→a過程外界對氣體做的功
D．b→c過程氣體吸收的熱量大于c→a過程氣體釋放的熱量
【解答】解：由圖可知Ta＝Tb＜Tc，Va＜Vb＝Vc，a、b狀態下分子平均動能相等，但a狀態分子數密度大于b狀態分子數密度，a狀態下分子在單位時間單位面積上的碰撞次數大于b狀態的，故A錯誤；
B、對于一定質量的理想氣體而言，理想氣體內能正比于溫度T，根據圖像可分析出ab兩點的溫度相同，小于c點的溫度，故Ua＝Ub＜Uc，故B錯誤；
C、由氣體狀態方程可推得Pb＜Pa＝Pc，又a→b過程和c→a過程體積變化量相等，由W＝∑PΔV可知a→b過程氣體對外做功小于c→a過程外界對氣體做的功，故C正確；
D、由b→c過程V不變，僅存在熱傳遞過程，對b→c→a的過程由熱力學第一定律可知Wca+Qbc﹣Qca＝Ua﹣Ub＝0，Qbc﹣Qca＜0，即b→c過程氣體吸收的熱量小于c→a過程氣體釋放的熱量，故D錯誤。
故選：C。
（2024 武昌區二模）一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態，其V﹣T圖像如圖所示，下列說法正確的是（　　）
A．過程ab中氣體分子熱運動的平均動能保持不變
B．過程bc中外界對氣體做負功
C．過程ca中氣體從外界吸熱
D．氣體在狀態a的壓強最大
【解答】解：A．由圖可知，過程ab的溫度升高，因此氣體分子熱運動的平均動能變大，故A錯誤；
B．由圖可知過程bc體積減小，則外界對氣體做正功，故B錯誤；
C．由圖可知，過程ca中為等溫變化，因此氣體的內能不變，體積增大，則氣體對外界做功，由熱力學第一定律ΔU＝W+Q可知，氣體一定吸熱，故C正確；
D．根據題意，由理想氣體狀態方程有C可知，圖像的斜率表示，斜率越大，壓強越小，可得pc＝pb＞pa，故D錯誤。
故選：C。
題型4與氣體實驗定律的綜合問題
（2024 黃陂區校級一模）如圖，水平固定不動的絕熱氣缸內，用不導熱的輕質活塞封閉著一定質量的理想氣體。活塞橫截面積為S，汽缸底部有一電熱絲，其阻值為R，一輕繩左端連接活塞，絲另一端跨過定滑輪后與質量為m的空小桶相連。開始時小桶靜止，外界大氣壓強為p0，活塞距離氣缸底部的距離為L0，不計一切摩擦阻力，重力加速度大小為g。
（i）若將電熱絲通以大小為I的恒定電流緩慢加熱氣體，經時間t后，活塞緩慢向右移動的距離為L1，求該過程氣體內能的增量；
（ii）若將小桶內緩慢加入細沙，同時控制電熱絲的加熱功率，保持氣缸內氣體溫度不變，當加入質量為m的細沙時，求該過程活塞向右緩慢移動的距離L2。
【解答】解：（i）電熱絲產生的熱量為：Q＝I2Rt，
由于氣缸絕熱，活塞不導熱，所以根據熱力學第一定律得：ΔU＝Q
聯立得到：ΔU＝Q＝I2Rt
（ii）活塞緩慢向右移動的距離為L2時，氣體的壓強為p2，由平衡條件得，初狀態壓強：p0S＝p1S+mg
末狀態壓強：p0S＝p2S+mg+mg
解得：p1＝p0，p2＝p0
由玻意耳定律得：p1（L0+L1）S＝p2（L0+L2）S
解得：L2L0
答：（i）該過程氣體內能的增量是I2Rt；
（ii）該過程活塞向右緩慢移動的距離L2為[L0]。
（2024 南關區校級模擬）一定質量的理想氣體壓強p與熱力學溫度T的關系圖象如圖所示，氣體從狀態C變化到狀態B，再變化到狀態A，CB線段與T軸平行，BA的延長線過原點，已知該氣體在狀態C時的體積為30m3。
（1）求該氣體在狀態B時的體積；
（2）根據上述氣體變化過程，畫出對應的p﹣V圖像（標清各點坐標）；
（3）該氣體從狀態C到狀態A的過程中，氣體是吸熱還是放熱，氣體與外界交換的熱量Q為多少？
【解答】解：（1）由圖可知從C到B氣體是等壓變化，由蓋﹣呂薩克定律有：
代入數據可得：
（2）P﹣T圖像上BA的延長線過原點，可知從B到A是等容變化，所以：，則p﹣V圖像如下圖所示：
（3）由圖可知氣體在狀態A、狀態C的溫度相等，則氣體在狀態A、C的內能相等，即從C到A：ΔU＝0
由上圖可知，從C到B氣體對外做功：W＝pΔV＝1×105Pa×（30﹣10）m3＝2×106J，氣體體積增大，氣體對外界做功，所以W應為負值，即W＝﹣2×106J，B到A氣體體積不變，所以氣體不做功，
從狀態C到狀態A的過程中，由熱力學第一定律有：ΔU＝W+Q，可得Q＝2×106J，Q＞0，所以氣體吸熱，氣體與外界交換的熱量Q為2×106J。
答：（1）該氣體在狀態B時的體積為10m3；
（2）根據上述氣體變化過程，畫出對應的p﹣V圖像見解析；
（3）該氣體從狀態C到狀態A的過程中，氣體是吸熱，氣體與外界交換的熱量Q為2×106J。
（2024 樂清市校級三模）學習了熱學部分知識后，小智同學受到啟發，設計了一個利用氣體來測量液體溫度的裝置。
該裝置由導熱性能良好、厚度不計的圓柱形細管、圓柱形金屬塊、四個擋條組成。圓柱形金屬塊質量為20g、厚度為2cm與管壁緊密接觸（不漏氣），管內用金屬塊封閉有一定量的理想氣體，管內擋條限制金屬塊只能在管內一定范圍內上下移動，以金屬塊下端位置為基準在上下擋條之間刻上刻度。上、下擋條間距離為40cm，上端擋條距管下端距離為100cm，管的橫截面積為5mm2，測溫時把溫度計豎直插入待測液體中。不考慮固體的熱脹冷縮，不計一切摩擦阻力。外界大氣壓強恒為，當管內氣體的溫度為27℃時金屬塊恰好對下方擋條無壓力。
（1）測量溫度時，管內氣體和待測液體達到 　 　（選填“平衡態”或者“熱平衡”），該溫度計的刻度 　 　（選填“均勻”或“不均勻”）；
（2）該溫度計的測溫范圍；
（3）某次測溫時示數由57℃上升到157℃，如果該過程氣體內能改變量為0.4J，求管內氣體吸收的熱量。
【解答】解：（1）測量溫度時，管內氣體和待測液體達到熱平衡。
測溫時金屬塊在上下擋條之間自由移動，封閉氣體壓強一定，由蓋—呂薩克定律：，可得：
因圓柱形細管的橫截面積S一定，故金屬塊的高度變化Δh與溫度的變化ΔT成正比關系，可知該溫度計的刻度是均勻的。
（2）已知當管內氣體的溫度為27℃時金屬塊恰好對下方擋條無壓力，此時封閉氣體的體積最小，所測溫度最低。
此時氣體的體積為：V1＝Sh1，h1＝100cm﹣40cm＝60cm
溫度為：T1＝（27+273）K＝300K
所測溫度最高時（設為T2），金屬塊恰好對上方擋條無壓力，此時氣體的體積為：
V2＝Sh2，h2＝100cm﹣2cm＝98cm
根據蓋—呂薩克定律可得：
解得：T2＝490K，即217℃
則該溫度計的測溫范圍為：27℃～217℃
（3）示數由57℃上升到157℃，溫度升高了Δt＝100℃，設對應的金屬塊上升的高度為Δh，由（1）的結論：金屬塊的高度變化Δh與溫度的變化ΔT成正比關系，可得：
解得：Δh＝20cm＝0.2m
封閉氣體壓強為：p＝p0
此過程外界對氣體做功為：
W＝﹣pSΔh
其中：m＝20g＝0.02kg，S＝5mm2＝5×10﹣6m2，
解得：W＝﹣0.14J
根據熱力學第一定律得：ΔU＝W+Q
解得：Q＝0.54J
即氣體吸收的熱量為0.54J。
答：（1）熱平衡；均勻；
（2）該溫度計的測溫范圍27℃至217℃；
（3）管內氣體吸收的熱量為0.54J。中小學教育資源及組卷應用平臺
專題33 熱力學定律與能量守恒
課標要求 知識要點 命題推斷
1.知道改變內能的兩種方式，理解熱力學第一定律. 2.知道與熱現象有關的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學第二定律. 3.掌握能量守恒定律及其應用． 考點一　熱力學第一定律的理解及應用 考點二　熱力學第二定律的理解 考點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題 題型：選擇題 計算題 1熱力學第一定律的應用 2熱力學第二定律的應用 3與氣體圖像的綜合問題 4與氣體實驗定律的綜合問題
考點一　熱力學第一定律的理解及應用
1．熱力學第一定律的理解
不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系．
2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規定
符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
3.幾種特殊情況
(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加量．
(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加量．
(3)若過程的初、末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.外界對物體做的功等于物體放出的熱量．
考點二　熱力學第二定律的理解
1．熱力學第二定律的理解
(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．
(2)“不產生其他影響”的涵義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．
2．熱力學第二定律的實質
熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．
特別提醒　熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．
3．熱力學過程方向性實例：
①高溫物體低溫物體
②功熱
③氣體體積V1氣體體積V2(較大)
④不同氣體A和B混合氣體AB
4．兩類永動機的比較
第一類永動機 第二類永動機
不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器
違背能量守恒定律，不可能制成 不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成
考點三　熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
（2024 江蘇二模）關于熱學現象，下列說法正確的是（　　）
A．液體有表面張力，原因是液體表面分子間的平均距離比液體內部大
B．物體內熱運動速率大的分子數占總分子數比例與溫度無關
C．不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功
D．給莊稼松土有助于將地下的水分引上來
（2024 南通三模）如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態a依次經過狀態b、c和d后再回到狀態a，則（　　）
A．a到b過程，氣體內能增大
B．b到c過程，氣體對外界做功
C．c到d過程，氣體吸收熱量
D．經過一次循環過程，外界對氣體做功
（2024 成華區校級模擬）下列說法正確的是（　　）
A．溫度相同的兩種理想氣體的分子平均速率一定相同
B．花粉顆粒在液體中的布朗運動，是由于花粉顆粒內部分子無規則熱運動引起的
C．0℃的冰融化為0℃的水需要吸熱，該過程中分子的平均動能增大
D．內能不同的物體，它們分子熱運動的平均動能可能相同
（2024 青羊區校級模擬）一定質量的理想氣體封閉在汽缸內，從初始狀態A經狀態B、C、D再回到狀態A，其體積V與熱力學溫度T的關系如圖所示。下列說法正確的是（　　）
A．過程A→B中，氣體從外界放出熱量
B．過程C→D中，氣體內能的減少量大于氣體向外界放出的熱量
C．過程B→C中，氣體分子在單位時間內對汽缸壁單位面積的碰撞次數增大
D．過程D→A與過程A→B→C→D中，氣體對外界做功的數值相等
（2024 泰州一模）一定質量理想氣體的卡諾循環過程p﹣V圖線如圖所示，狀態a、d的溫度分別為Ta、Td，ad、bc兩條絕熱線下的面積分別為S1、S2（圖中陰影部分），則（　　）
A．Ta＜Td B．Ta＝Td C．S1＞S2 D．S1＝S2
（2024 濟寧三模）如圖所示，一定質量的理想氣體，經歷a→b→c→a過程，其中a→b是等溫過程，b→c是等壓過程，c→a是等容過程。下列說法正確的是（　　）
A．完成一次循環，氣體向外界放熱
B．a、b、c三個狀態中，氣體在c狀態分子平均動能最大
C．b→c過程中，氣體放出的熱量大于外界對氣體做的功
D．a→b過程中，容器壁在單位時間內、單位面積上受到氣體分子撞擊的次數會增加
（2024 市中區校級模擬）某校物理學科周活動中，出現了不少新穎靈巧的作品。如圖所示為高二某班同學制作的《液壓工程類作業升降機模型》，通過針筒管活塞的伸縮推動針筒內的水，進而推動支撐架的展開與折疊，完成貨物平臺的升降。在某次實驗中，針筒連接管的水中封閉了一段空氣柱（空氣可視為理想氣體），該同學先緩慢推動注射器活塞將針筒內氣體進行壓縮，若壓縮氣體過程中針筒內氣體溫度不變，裝置不漏氣，則下列說法中正確的是（　　）
A．針筒內氣體壓強減小
B．針筒內氣體吸熱
C．單位時間、單位面積撞擊針筒內壁的氣體分子數減少
D．用國際單位制單位表示的狀態參量在圖中圖線可能如圖中a→b
（2024 江蘇模擬）一定質量的理想氣體經歷從狀態A到狀態B的變化，其V﹣T圖像如圖所示，AB的反向延長線過原點。氣體在狀態A的壓強，從狀態A到狀態B的過程中吸收的熱量Q＝8.0×102J，下列說法正確的是（　　）
A．氣體在狀態B的壓強為2.25×105Pa
B．氣體在狀態B的體積為2.5×10﹣2m3
C．從狀態A到狀態B的過程，氣體對外界做功750J
D．從狀態A到狀態B的過程，氣體的內能增加1.55×103J
（2024 江蘇模擬）如圖所示，一粗細均勻的細管開口向上豎直放置，管內有一段高度為4cm的水銀柱，水銀柱下密封了一定質量的理想氣體，水銀柱上表面到管口的距離為2cm。若緩慢加熱管內被密封的氣體，當溫度為T時，水銀柱的上表面恰好與管口平齊；若保持氣體溫度不變，將細管倒置，穩定時水銀柱下表面恰好位于管口處且無水銀滴落。已知開始管內氣體溫度為297K，大氣壓強為76cmHg。求：
（1）細管的長度；
（2）水銀柱的上表面恰好與管口平齊時的溫度T。
（2024 金東區校級模擬）如圖所示，在豎直放置的導熱性良好的圓柱形容器內用質量為m的活塞密封一部分氣體，活塞能無摩擦地滑動，容器的橫截面積為S，將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中，開始時氣體的熱力學溫度為T0，活塞處于A處，它與容器底的距離為h0，當氣體從外界吸收熱量Q后，活塞緩慢上升d后到達B處再次處于靜止狀態。
（1）外界空氣的熱力學溫度是多少？
（2）在此過程中的密閉氣體的內能增加了多少？
（3）某人在上一問的基礎上又接著提了一個問題，說：“有人在活塞上方施加一個豎直向下的外力，使氣體從上一問的狀態B（活塞在B處）緩慢地回到狀態A（活塞在A處），在此過程中外力做功是多少？”他的解答思路如下：設狀態A和狀態B時的外力分別為FA和FB，外力做功。請你對他的解答思路進行評價：如果你認為正確，請求出結果；如果你認為不正確，請說出錯誤的原因，不必求出正確結果？
題型1熱力學第一定律的應用
（2024 重慶模擬）一定質量的理想氣體從狀態A變化到狀態B，再變化到狀態C，其狀態變化過程的p﹣V圖像如圖所示。已知該氣體在狀態A時的熱力學溫度為300K，關于圖示熱力學過程中，下列說法正確的是（　　）
A．該氣體在狀態C時的熱力學溫度為200k
B．氣體從狀態A到狀態B其分子平均動能增加
C．該氣體從狀態A到狀態C全程均放出熱量
D．該氣體從狀態A到狀態C與外界交換的熱量是200J
（多選）（2024 五華區校級模擬）質量相等的同種理想氣體分別從平衡態a經絕熱過程①和一般過程②變化到平衡態b，b狀態時對應的壓強與體積的乘積比a狀態時對應的壓強與體積的乘積大，p﹣V圖像如圖所示。過程①外界對理想氣體做功為W1，過程②外界對理想氣體做功為W2，則（　　）
A．狀態b的溫度比狀態a的溫度低
B．過程①和過程②相比，W1＜W2
C．過程②內能的增量等于W1
D．過程②理想氣體向外界吸收熱量
（2024 龍鳳區校級模擬）在學校春季運動會上釋放的氣球是充有氦氣的可降解氣球。釋放前工作人員用容積為30L、壓強為1.0×107Pa的氦氣罐給氣球充氣（充氣過程溫度不變），要求充氣后氣球體積為5L、壓強為1.0×105Pa；氣球釋放后飄向高空，當氣球體積膨脹到8L時就會爆裂落回地面。已知高度每升高1000m，大氣溫度下降6℃，高度每升高1m，大氣壓減小11Pa，慶祝現場地面空氣溫度為27℃，大氣壓為1.0×105Pa，不計充氣過程的漏氣和氣球內原有氣體，下列說法正確的是（　　）
A．用一個氦氣罐可以充出600個符合要求的氣球
B．當氣球發生爆裂時，氣球離地面的高度為3846m
C．用氮氣罐給氣球充氣過程中，氦氣放出熱量
D．要降低氣球發生爆裂時的高度，在地面充氣時可使充氣后的氣球體積適當減小
題型2熱力學第二定律的應用
（2024 荊門三模）關于熱力學定律，下列說法錯誤的是（　　）
A．做功與傳熱對改變系統的內能是等價的
B．熱力學第一定律實際上是內能與其他形式能量發生轉化時的能量守恒定律
C．一切與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的
D．能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質下降
（2024 南通模擬）如圖所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個系統與外界沒有熱交換，打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則（　　）
A．容器中氣體的內能減少
B．容器中氣體分子的平均動能增加
C．容器中氣體分子的數密度減小
D．Q中的氣體能自發地全部退回到P中去
（2024 通州區一模）黑洞是廣義相對論預言的奇異天體，對于質量為M的球對稱簡單黑洞，可以定義一個以黑洞中心為球心、半徑為r的球面，稱為視界。按照經典理論，視界以內所有物質都無法逃離黑洞。按照牛頓力學，如果一個粒子在質量為M的球對稱天體表面的逃逸速度恰好等于真空中的光速c，此天體即為黑洞，其半徑r的表達式為，其中G為引力常量。由牛頓力學得到的r恰好與廣義相對論給出的同質量黑洞的視界半徑結果一致。
按照貝肯斯坦和霍金的理論，黑洞的熵S正比于其視界面積A，即，其中h、kB均為常量。當兩個質量均為M1的簡單黑洞塌縮成一個質量為M2（M2＜2M1）的簡單黑洞時，其系統的熵的變化量為（　　）
A．
B．
C．
D．
題型3與氣體圖像的綜合問題
（2024 黑龍江三模）一定質量的理想氣體從狀態A經過狀態B和C又回到狀態A，其壓強p隨體積V的變化圖線如圖所示，其中A到B為絕熱過程。C到A為等溫過程。下列說法錯誤的是（　　）
A．A→B過程，氣體分子平均動能減小
B．B→C過程，氣體向外界放熱
C．C→A過程，氣體向外界放熱
D．A→C過程氣體對外界做的功小于C→A過程外界對氣體做的功
（2024 東西湖區校級模擬）密閉容器內密封一定質量的理想氣體，氣體從a狀態經過一系列變化回到初始狀態，變化過程中V﹣T圖如圖所示。下列分析正確的是（　　）
A．a狀態時氣體分子在單位時間單位面積上的碰撞次數比b狀態時小
B．a、b、c三個狀態相比，氣體內能大小滿足Ua＜Ub＜Uc
C．a→b過程氣體對外做功小于c→a過程外界對氣體做的功
D．b→c過程氣體吸收的熱量大于c→a過程氣體釋放的熱量
（2024 武昌區二模）一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態，其V﹣T圖像如圖所示，下列說法正確的是（　　）
A．過程ab中氣體分子熱運動的平均動能保持不變
B．過程bc中外界對氣體做負功
C．過程ca中氣體從外界吸熱
D．氣體在狀態a的壓強最大
題型4與氣體實驗定律的綜合問題
（2024 黃陂區校級一模）如圖，水平固定不動的絕熱氣缸內，用不導熱的輕質活塞封閉著一定質量的理想氣體。活塞橫截面積為S，汽缸底部有一電熱絲，其阻值為R，一輕繩左端連接活塞，絲另一端跨過定滑輪后與質量為m的空小桶相連。開始時小桶靜止，外界大氣壓強為p0，活塞距離氣缸底部的距離為L0，不計一切摩擦阻力，重力加速度大小為g。
（i）若將電熱絲通以大小為I的恒定電流緩慢加熱氣體，經時間t后，活塞緩慢向右移動的距離為L1，求該過程氣體內能的增量；
（ii）若將小桶內緩慢加入細沙，同時控制電熱絲的加熱功率，保持氣缸內氣體溫度不變，當加入質量為m的細沙時，求該過程活塞向右緩慢移動的距離L2。
（2024 南關區校級模擬）一定質量的理想氣體壓強p與熱力學溫度T的關系圖象如圖所示，氣體從狀態C變化到狀態B，再變化到狀態A，CB線段與T軸平行，BA的延長線過原點，已知該氣體在狀態C時的體積為30m3。
（1）求該氣體在狀態B時的體積；
（2）根據上述氣體變化過程，畫出對應的p﹣V圖像（標清各點坐標）；
（3）該氣體從狀態C到狀態A的過程中，氣體是吸熱還是放熱，氣體與外界交換的熱量Q為多少？
（2024 樂清市校級三模）學習了熱學部分知識后，小智同學受到啟發，設計了一個利用氣體來測量液體溫度的裝置。
該裝置由導熱性能良好、厚度不計的圓柱形細管、圓柱形金屬塊、四個擋條組成。圓柱形金屬塊質量為20g、厚度為2cm與管壁緊密接觸（不漏氣），管內用金屬塊封閉有一定量的理想氣體，管內擋條限制金屬塊只能在管內一定范圍內上下移動，以金屬塊下端位置為基準在上下擋條之間刻上刻度。上、下擋條間距離為40cm，上端擋條距管下端距離為100cm，管的橫截面積為5mm2，測溫時把溫度計豎直插入待測液體中。不考慮固體的熱脹冷縮，不計一切摩擦阻力。外界大氣壓強恒為，當管內氣體的溫度為27℃時金屬塊恰好對下方擋條無壓力。
（1）測量溫度時，管內氣體和待測液體達到 　 　（選填“平衡態”或者“熱平衡”），該溫度計的刻度 　 　（選填“均勻”或“不均勻”）；
（2）該溫度計的測溫范圍；
（3）某次測溫時示數由57℃上升到157℃，如果該過程氣體內能改變量為0.4J，求管內氣體吸收的熱量。

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