专题10 热力学定律（福建专用）-【好题汇编】备战2024-2025学年高二物理下学期期末真题分类汇编

专题10 热力学定律 一、多选题 1．（23-24高二下·福建福州·期末）如图1是一底面积为S且导热性能良好的圆柱形薄壁气缸，气缸内距其水平底部高处有可视为质点的卡点，气缸上端有一密封良好且可无摩擦滑动的轻活塞，气缸内封闭有一定质量的理想气体。缓慢改变气缸内的温度，使缸内封闭气体由状态A经状态B变化到状态C，该过程中，活塞到气缸底部的高度L与气缸内热力学温度T的关系如图2所示，整个过程中缸内封闭气体吸收的热量为Q。已知外界环境气压始终为气缸内初始热力学温度为，则（    ） A．在状态A时，缸内封闭气体的压强为 B．在状态C时， C．整个过程中，缸内封闭气体的内能增加量为 D．直线BC的延长线一定不过坐标原点 2．（23-24高二下·福建福州·期末）如图为某容器内一定质量理想气体状态从A→B→C→A过程的p-V图像，下列说法正确的是（　　） A．由状态A到状态B的过程中，气体吸收热量，内能不变 B．由状态B到状态C的过程中，气体吸收热量，内能增加 C．A→B→C→A的过程中，气体放出的热量多于吸收的热量 D．状态A与状态C相比，单位时间、单位面积容器壁受到气体分子撞击次数较少，分子平均动能较大 二、填空题 3．（23-24高二下·福建泉州·期末）一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化，最后又回到初始状态A，即A→B→C→A（其中BC与纵轴平行，CA与横轴平行），这一过程称为一个循环，则： （1）由A→B，气体的温度 （填“升高”“、降低”或“不变”） （2）由B→C，气体分子的平均动能 （填“增大”、“减小”或“不变”） （3）由C→A，气体的内能 （填“增大”、“减小”或“不变”） 4．（23-24高二下·福建三明·期末）一定质量的理想气体，经历如图所示A→B→C的状态变化，则此过程气体温度变化情况是 （选填“先减后增”“先增后减”或“不变”），温度 （（选填“>”“<”或“=”）。 5．（23-24高二下·福建莆田·期末）一定质量的理想气体从状态经等压过程到状态，如图所示。在这个过程中，气体压强，吸收的热量，则状态对应的体积为 ，此过程中气体内能的增量为 J。 6．（23-24高二下·福建福州·期末）一定质量的理想气体经历A→B→C→D→A的循环过程，循环过程中的气体压强与气体的体积变化如图所示，图中的曲线Ⅰ和Ⅱ都是反比例函数图像的一部分，其中压强，则理想气体从D→A的过程中 （填“吸热”或“放热”），理想气体状态A时气体分子在单位时间单位面积器壁上的碰撞次数 （填“多于”“少于”或“等于”）在状态B时的。 7．（23-24高二下·福建南平·期末）一定质量理想气体状态经历的循环过程，其图像如图所示。气体在状态A的温度 （选填“大于”“小于”或“等于”）在状态B的温度。完成一个循环过程中，气体对外界做功为 （用、表示）。 三、实验题 8．（23-24高二下·福建福州·期末）用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示。 (1)下表表格中记录了实验中5 组数据，表中最后一组数据偏差较大，其可能原因是： 。 实验次数 压强P（kPa） 体积V（cm3） PV（ Pa·m3） 1 99.5 20 1.990 2 108.5 18 1.953 3 123.5 16 1.976 4 141.0 14 1.974 5 155.5 12 1.866 (2)有甲乙两位同学同时在同一个环境下严格按照实验要求操作实验，他们的实验结果图像在同一坐标中出现了不同的等温线（如图所示），可能的原因是在实验开始封闭一定量气体时，甲封闭的气体质量比乙封闭的气体质量 。（填“大”或“小”） 9．（23-24高二下·福建厦门·期末）晓萌同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，她在注射器中密封了一定质量的气体。 (1)下列实验操作中正确的是______。 A．密封气体前，在活塞上均匀涂抹润滑油 B．推拉活塞时，用手握住注射器气体部分 C．实验时缓慢移动活塞 (2)晓萌同学在不同温度下进行了两次实验，得到的图象如图乙所示，由图可知一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。进一步分析可知两次实验的温度大小关系为 （选填“＜”“＝”或“＞”）。 (3)在活塞压缩气体的过程中，气体温度保持不变，气体 （选填“吸热”“放热”或“既不吸热也不放热”）。 四、解答题 10．（23-24高二下·福建三明·期末）如图甲为一气压型弹跳杆，其核心部分可简化为由连杆、活塞及竖直倒立的、导热性良好的圆柱形汽缸组成。如图乙所示，连杆一端与水平地面接触，另一端与面积为S的活塞连接，汽缸内密封有一定质量的气体（可视为理想气体），初始气体压强为。没有站人时，活塞位于A处与缸底的距离为H；当人踩在踏板上稳定时（静止在汽缸顶端），活塞位于B处与缸底的距离为。已知大气压强为p0，，外界温度为27℃，人的质量，重力加速度为g，汽缸始终保持竖直，忽略汽缸质量与厚度，不计其与活塞间的摩擦。 （1）求活塞位于B处与缸底的距离； （2）人静止在踏板上，通过热传递使活塞回到A处，求气体升高的温度。 11．（23-24高二下·福建厦门·期末）如图所示为一空腔呈猫爪形状且导热性能良好的球形容器，晓萌同学为了测量它的容积，在容器上竖直插入一根两端开口且粗细均匀的玻璃管，密封好接口。玻璃管内部横截面积为S，用一长为h的液柱封闭气体，此时管内气柱长为，外界的温度为。当外界温度缓慢升高到时，管内气柱长度变为，液体未溢出。已知液体的密度为，重力加速度为g，大气压强为，求： （1）温度为时封闭气体的压强p； （2）容器的容积V； （3）外界的温度从变化到过程中，气体对外界所做功W。 12．（23-24高二下·福建泉州·期末）导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，如图1所示。质量、横截面积的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的图像如图2所示，已知大气压强，重力加速度。求： （1）状态C时气体的压强； （2）气体从A到C的过程中吸收的热量为，则此过程气体内能的变化量。 13．（23-24高二下·福建泉州·期末）如图所示，内壁光滑的绝热薄圆柱形气缸直立在水平地面上，其横截面积，高，用一质量厚度可忽略的绝热活塞封闭一定质量的理想气体。气缸缸口处有固定卡环，使活塞不会从气缸中顶出，封闭气体可利用电热丝缓慢加热。初始状态封闭气体的温度为27℃，活塞正好位于气缸中央。已知大气压强，气缸密封良好。重力加速度大小取。 （1）求初始状态封闭气体的压强； （2）求活塞刚好上升到卡环处时封闭气体的温度； （3）若该封闭气体温度升高到800K的过程中，吸收了750J的热量，求此过程中气体内能的变化量。 14．（23-24高二下·福建南平·期末）如图，将粗细均匀的“L”形、导热性能良好的特制细玻璃管固定在竖直面内，BC水平放置，AB与BC相互垂直，A端开口、C端封闭。水银柱封闭着一段理想气体，某次实验中，初始时，实验温度为，封闭气柱长为，水银柱总长为。大气压强始终保持不变且数值上等于（为水银密度，为重力加速度），为热力学温度。 （1）求初始时气柱的压强； （2）若温度升高，BC管内水银柱往右移动且未完全进入竖直管，该过程封闭气体对外做功为，吸收热量为，求封闭气体的内能改变量； （3）若实验温度缓慢升高到时，水银柱全部进入竖直管并上升一段距离，求水银柱上表面升高的高度。 15．（23-24高二下·福建福州·期末）如图，圆柱形绝热汽缸竖直悬挂于天花板，用横截面积为S=0.02m2的轻质光滑活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下悬挂质量为m=80kg重物，此时活塞在距离汽缸上底面h1=0.2m的A处，气体的温度为T1=300K。给汽缸内的电阻丝加热，活塞缓慢移动到距离汽缸上底面h2=0.26m的B处，此过程气体吸收了100J热量，大气压为p0=1.0×105Pa。 （1）求活塞在B处时的气体温度T2； （2）求活塞从A处到B处的过程中气体的内能改变了多少？ （3）保持温度T2不变，当悬挂重物为m'=140kg时，打开汽缸阀门放出一部分气体，使得活塞仍处于B处，求放出气体的质量与原来汽缸内气体质量的比值。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题10 热力学定律 一、多选题 1．（23-24高二下·福建福州·期末）如图1是一底面积为S且导热性能良好的圆柱形薄壁气缸，气缸内距其水平底部高处有可视为质点的卡点，气缸上端有一密封良好且可无摩擦滑动的轻活塞，气缸内封闭有一定质量的理想气体。缓慢改变气缸内的温度，使缸内封闭气体由状态A经状态B变化到状态C，该过程中，活塞到气缸底部的高度L与气缸内热力学温度T的关系如图2所示，整个过程中缸内封闭气体吸收的热量为Q。已知外界环境气压始终为气缸内初始热力学温度为，则（    ） A．在状态A时，缸内封闭气体的压强为 B．在状态C时， C．整个过程中，缸内封闭气体的内能增加量为 D．直线BC的延长线一定不过坐标原点 【答案】AC 【详解】A．由L一T图像可知，从状态A到状态B，缸内封闭气体发生等容变化，活塞位于卡点处，从状态B到状态C，缸内封闭气体发生等压变化，缸内封闭气体的压强恒为，从状态A到状态B，由 可得 故A正确； B．从状态B到状态C，由 解得 故B错误； C．从状态B到状态C，缸内封闭气体对外做功 由热力学第一定律，有 故C正确； D．从状态B到状态C，由 (C为常量) 知直线BC一定过坐标原点，故D错误。 故选AC。 2．（23-24高二下·福建福州·期末）如图为某容器内一定质量理想气体状态从A→B→C→A过程的p-V图像，下列说法正确的是（　　） A．由状态A到状态B的过程中，气体吸收热量，内能不变 B．由状态B到状态C的过程中，气体吸收热量，内能增加 C．A→B→C→A的过程中，气体放出的热量多于吸收的热量 D．状态A与状态C相比，单位时间、单位面积容器壁受到气体分子撞击次数较少，分子平均动能较大 【答案】BC 【详解】A．由状态A到状态B的过程中，气体体积增大，则气体对外做功，即 由 可知pV的乘积变大，温度升高，内能增大，即 根据 所以气体吸热，故A错误； B．由状态B到状态C的过程中，做等容变化，即 根据 压强变大，所以温度升高，内能增加，即 根据 所以气体吸收热量，故B正确； C．图像中，图像与横轴围成的面积代表做功，可以看出，由状态A到状态B的过程中气体对外做的功小于状态C到状态A的过程中外界对气体做的功，即对于A→B→C→A的整个过程 且A→B→C→A的过程中，气体的内能不变，即 根据 即A→B→C→A的过程中，气体放出热量，所以A→B→C→A的过程中，气体放出的热量多于吸收的热量，故C正确； D．由 可知状态A的温度小于状态C的温度，则状态A与状态C相比，分子平均动能较小，故D错误。 故选BC。 二、填空题 3．（23-24高二下·福建泉州·期末）一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化，最后又回到初始状态A，即A→B→C→A（其中BC与纵轴平行，CA与横轴平行），这一过程称为一个循环，则： （1）由A→B，气体的温度 （填“升高”“、降低”或“不变”） （2）由B→C，气体分子的平均动能 （填“增大”、“减小”或“不变”） （3）由C→A，气体的内能 （填“增大”、“减小”或“不变”） 【答案】 升高 减小 减小 【详解】（1）[1]由A→B，压强增大，体积增大，根据理想气体方程可知，温度一定升高； （2）[2]由B→C，压强减小，体积不变，根据理想气体方程可知，温度一定降低，气体分子的平均动能减小； （3）[3]由C→A，压强不变，体积减小，根据理想气体方程可知，温度一定降低，内能减小。 4．（23-24高二下·福建三明·期末）一定质量的理想气体，经历如图所示A→B→C的状态变化，则此过程气体温度变化情况是 （选填“先减后增”“先增后减”或“不变”），温度 （（选填“>”“<”或“=”）。 【答案】 先增后减 > 【详解】[1]由理想气体的状态方程 pV=CT 可知从状态A到状态C的过程中，气体温度先升高后降低。 [2]由图可知 则 > 5．（23-24高二下·福建莆田·期末）一定质量的理想气体从状态经等压过程到状态，如图所示。在这个过程中，气体压强，吸收的热量，则状态对应的体积为 ，此过程中气体内能的增量为 J。 【答案】 450 【详解】[1]根据盖吕萨克定律可得 即 解得 [2]此过程中气体体积变大，对外做功 根据热力学第一定律可知此过程中气体内能的增量为 6．（23-24高二下·福建福州·期末）一定质量的理想气体经历A→B→C→D→A的循环过程，循环过程中的气体压强与气体的体积变化如图所示，图中的曲线Ⅰ和Ⅱ都是反比例函数图像的一部分，其中压强，则理想气体从D→A的过程中 （填“吸热”或“放热”），理想气体状态A时气体分子在单位时间单位面积器壁上的碰撞次数 （填“多于”“少于”或“等于”）在状态B时的。 【答案】 放热 多于 【详解】[1]由题意可知，理想气体D从A到的过程为等温变化，气体内能保持不变，气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可得理想气体向外界放热； [2]理想气体从A到B的过程为等压变化，气体体积增大，根据可知气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，由于气体压强不变，根据压强微观意义可知气体分子在单位时间单位面积器壁上的碰撞次数减少，即理想气体状态A时气体分子在单位时间单位面积器壁上的碰撞次数多于在状态B时的。 7．（23-24高二下·福建南平·期末）一定质量理想气体状态经历的循环过程，其图像如图所示。气体在状态A的温度 （选填“大于”“小于”或“等于”）在状态B的温度。完成一个循环过程中，气体对外界做功为 （用、表示）。 【答案】 小于 【详解】[1]由图可知，为等压变化，则有 气体在状态A的体积小于在状态B的体积，所以气体在状态A的温度小于在状态B的温度。 [2]根据p-V图像中图线与横轴所围面积表示气体做功可知，完成一个循环过程中，气体对外界做功为 气体对外界做功为。 三、实验题 8．（23-24高二下·福建福州·期末）用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示。 (1)下表表格中记录了实验中5 组数据，表中最后一组数据偏差较大，其可能原因是： 。 实验次数 压强P（kPa） 体积V（cm3） PV（ Pa·m3） 1 99.5 20 1.990 2 108.5 18 1.953 3 123.5 16 1.976 4 141.0 14 1.974 5 155.5 12 1.866 (2)有甲乙两位同学同时在同一个环境下严格按照实验要求操作实验，他们的实验结果图像在同一坐标中出现了不同的等温线（如图所示），可能的原因是在实验开始封闭一定量气体时，甲封闭的气体质量比乙封闭的气体质量 。（填“大”或“小”） 【答案】(1)针筒内气体漏出 (2)大 【详解】（1）由表格中的数据可得，在误差允许范围内，一定质量的理想气体，温度不变时，压强与体积成反比。表中最后一组数据偏差较大，即值偏小，由可知，C值由气体质量决定，其可能原因是气体质量减小，即实验时注射器内的空气向外有泄漏。 （2）甲乙两位同学同时在同一个环境下严格按照实验要求操作实验，说明气体的温度相同，由图可知，在相同体积下，甲的压强更大，说明甲气体分子的密度更大，即甲的质量更大，即甲封闭的气体质量比乙封闭的气体质量大。 9．（23-24高二下·福建厦门·期末）晓萌同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，她在注射器中密封了一定质量的气体。 (1)下列实验操作中正确的是______。 A．密封气体前，在活塞上均匀涂抹润滑油 B．推拉活塞时，用手握住注射器气体部分 C．实验时缓慢移动活塞 (2)晓萌同学在不同温度下进行了两次实验，得到的图象如图乙所示，由图可知一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。进一步分析可知两次实验的温度大小关系为 （选填“＜”“＝”或“＞”）。 (3)在活塞压缩气体的过程中，气体温度保持不变，气体 （选填“吸热”“放热”或“既不吸热也不放热”）。 【答案】(1)AC (2)＞ (3)放热 【详解】（1）A．为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是用润滑油涂活塞。故A正确； B．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是不用手握住注射器封闭气体部分，避免热传递导致温度变化。故B错误； C．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是缓慢移动活塞，避免做功导致温度变化。故C正确. 故选AC。 （2）由理想气体状态方程 可得 结合乙图图像可知两次实验的温度大小关系为 （3）由热力学第一定律 可知在活塞压缩气体的过程中，外界对气体做正功，气体温度保持不变，气体内能不变，则 即气体放热。 四、解答题 10．（23-24高二下·福建三明·期末）如图甲为一气压型弹跳杆，其核心部分可简化为由连杆、活塞及竖直倒立的、导热性良好的圆柱形汽缸组成。如图乙所示，连杆一端与水平地面接触，另一端与面积为S的活塞连接，汽缸内密封有一定质量的气体（可视为理想气体），初始气体压强为。没有站人时，活塞位于A处与缸底的距离为H；当人踩在踏板上稳定时（静止在汽缸顶端），活塞位于B处与缸底的距离为。已知大气压强为p0，，外界温度为27℃，人的质量，重力加速度为g，汽缸始终保持竖直，忽略汽缸质量与厚度，不计其与活塞间的摩擦。 （1）求活塞位于B处与缸底的距离； （2）人静止在踏板上，通过热传递使活塞回到A处，求气体升高的温度。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）以被密封气体为研究对象，在位置处由平衡条件得 活塞从位置A到位置B，由玻意耳定律 联立，解得 （2）活塞从B回到A的过程 解得 可得 11．（23-24高二下·福建厦门·期末）如图所示为一空腔呈猫爪形状且导热性能良好的球形容器，晓萌同学为了测量它的容积，在容器上竖直插入一根两端开口且粗细均匀的玻璃管，密封好接口。玻璃管内部横截面积为S，用一长为h的液柱封闭气体，此时管内气柱长为，外界的温度为。当外界温度缓慢升高到时，管内气柱长度变为，液体未溢出。已知液体的密度为，重力加速度为g，大气压强为，求： （1）温度为时封闭气体的压强p； （2）容器的容积V； （3）外界的温度从变化到过程中，气体对外界所做功W。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）对液柱分析，有 解得 （2）假设容器的容积为V，对封闭气体分析，其初态体积为 其末态体积为 由于该过程中气体压强不变，根据盖吕萨克定律有 解得 } （3）由于该过程中等压变化，其体积变化为 该过程气体对外界做功为 解得 12．（23-24高二下·福建泉州·期末）导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，如图1所示。质量、横截面积的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的图像如图2所示，已知大气压强，重力加速度。求： （1）状态C时气体的压强； （2）气体从A到C的过程中吸收的热量为，则此过程气体内能的变化量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）A状态气体压强为 由B变化到C，由等容变化 由V-T图中，AB连线过原点，可知 联立，解得 （2）从A到B为等压过程，外界对气体做功为 根据热力学第一定律 联立，解得 13．（23-24高二下·福建泉州·期末）如图所示，内壁光滑的绝热薄圆柱形气缸直立在水平地面上，其横截面积，高，用一质量厚度可忽略的绝热活塞封闭一定质量的理想气体。气缸缸口处有固定卡环，使活塞不会从气缸中顶出，封闭气体可利用电热丝缓慢加热。初始状态封闭气体的温度为27℃，活塞正好位于气缸中央。已知大气压强，气缸密封良好。重力加速度大小取。 （1）求初始状态封闭气体的压强； （2）求活塞刚好上升到卡环处时封闭气体的温度； （3）若该封闭气体温度升高到800K的过程中，吸收了750J的热量，求此过程中气体内能的变化量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）对活塞分力分析有 解得 （2）活塞到达缸口卡环之前压强不变，由盖吕萨克定律有 解得 （3）由于，可知活塞到达缸口卡环，气体对外做功为 由热力学第一定律得 解得 14．（23-24高二下·福建南平·期末）如图，将粗细均匀的“L”形、导热性能良好的特制细玻璃管固定在竖直面内，BC水平放置，AB与BC相互垂直，A端开口、C端封闭。水银柱封闭着一段理想气体，某次实验中，初始时，实验温度为，封闭气柱长为，水银柱总长为。大气压强始终保持不变且数值上等于（为水银密度，为重力加速度），为热力学温度。 （1）求初始时气柱的压强； （2）若温度升高，BC管内水银柱往右移动且未完全进入竖直管，该过程封闭气体对外做功为，吸收热量为，求封闭气体的内能改变量； （3）若实验温度缓慢升高到时，水银柱全部进入竖直管并上升一段距离，求水银柱上表面升高的高度。 【答案】（1）；（2）；（3）4h 【详解】（1）初始时，封闭气体压强 又 解得 （2）根据热力学第一定律，封闭气体的内能改变量 （3）水银柱全部进入竖直管并上升一段距离后，封闭气体压强 设细管横截面积为S，封闭气体膨胀后长度为x，则初始状态 ，， 温度升高后 ，， 根据理想气体状态方程 联立，解得 则水银柱上表面升高的高度 15．（23-24高二下·福建福州·期末）如图，圆柱形绝热汽缸竖直悬挂于天花板，用横截面积为S=0.02m2的轻质光滑活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下悬挂质量为m=80kg重物，此时活塞在距离汽缸上底面h1=0.2m的A处，气体的温度为T1=300K。给汽缸内的电阻丝加热，活塞缓慢移动到距离汽缸上底面h2=0.26m的B处，此过程气体吸收了100J热量，大气压为p0=1.0×105Pa。 （1）求活塞在B处时的气体温度T2； （2）求活塞从A处到B处的过程中气体的内能改变了多少？ （3）保持温度T2不变，当悬挂重物为m'=140kg时，打开汽缸阀门放出一部分气体，使得活塞仍处于B处，求放出气体的质量与原来汽缸内气体质量的比值。 【答案】（1）；（2）增加了28J；（3） 【详解】（1）依题意，活塞缓慢移动过程，受力平衡，可知封闭气体为等压过程，可得 即 解得 （2）活塞从A处到B处的过程中，对活塞受力分析，可得 气体对外界做功 联立，解得 根据热力学第一定律，可得 其中 ， 解得 即气体内能增加了28J。 （3）打开阀门前活塞在B处，有 ， 悬挂m'后 解得 若不打开阀门，气体体积设为 该等温过程 解得 放出气体的质量与原来汽缸内气体质量的比值 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$