2026届高三物理一轮复习专项训练：第40讲 热力学定律与能量守恒定律

第40讲　热力学定律与能量守恒定律 单元测试 1． 选择题： 1.以下现象违背热力学第二定律的是（　　） A.一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉 B.没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能达到100％ C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D.在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能 2.（2024·山东菏泽模拟）一个充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，气球导热良好，则气球内气体（　　） A.内能增加 B.对外界做正功 C.减少的内能小于放出的热量 D.减少的内能大于放出的热量 3.（2024·福建漳州调研）如图所示，汽缸内活塞左边封闭着一定质量的可视为理想气体的空气，压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，则Q1和Q2的大小关系是（　　） A.Q1＝Q2　 B.Q1＞Q2 C.Q1＜Q2　 D.不能确定 4.一定质量的理想气体，体积由V1膨胀到V2，如果是通过等压过程实现，做功为W1、传递热量为Q1、内能变化为ΔU1；如果是通过等温过程实现，做功为W2、传递热量为Q2、内能变化为ΔU2，则下列关系式正确的是（　　） A.W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2 B.W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＝ΔU2 C.W1＞W2，Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2 D.W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2 5.（2024·山东高考6题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　） A.a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B.b→c过程，气体对外做功，内能增加 C.a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D.a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 6.〔多选〕下列有关物体内能改变的说法中，正确的是（　　） A.外界对物体做功，物体的内能一定增加 B.外界对物体传递热量，物体的内能一定增加 C.物体对外界做功，物体的内能可能增加 D.物体向外界放热，物体的内能可能增加 7.〔多选〕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 8.〔多选〕如图所示为电冰箱的工作原理示意图，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 C.电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 D.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除 9.〔多选〕（2025·山东日照期末考试）用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中有一定质量的理想气体，B为真空（如图甲），现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器（如图乙），这个过程称为气体的自由膨胀。下列说法正确的是（　　） A.自由膨胀过程中，气体分子做无规则热运动 B.自由膨胀前后，气体的压强减小 C.自由膨胀前后，气体的温度不变 D.容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分 10.〔多选〕（2025·河北秦皇岛市模拟）一定质量的理想气体，状态变化依次经历a→b，再经历b→c的过程，其压强p和温度T的关系如图所示，根据p-T图像，下列说法正确的是（　　） A.状态a的体积小于状态c的体积 B.状态a的内能大于状态c的内能 C.a→b的过程，气体从外界吸热 D.b→c的过程，气体的分子数密度增大 二．填空与计算题： 11.（2025·福建莆田一中模拟考试）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始按箭头所示经一系列状态变化又回到状态a。由图可知，气体在a、b、c三个状态的密度ρa、ρb、ρc的大小关系是　　　　，气体分子的平均动能Eka、Ekb、Ekc的大小关系是　　　　，从状态a又回到状态a的过程，气体　　　　（选填“从外界吸收”或“向外界放出”）热量。 12.（2024·湖北高考13题）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝CΔT，C为已知常量，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求： （1）再次平衡时容器内气体的温度； （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 13.（2024·贵州高考13题）制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口，B是气压计，如图a所示。在室温环境下，容器内装入一定质量的水，此时容器内的气体体积为V0，压强为p0，现缓慢充气后压强变为4p0，不计容器的容积变化。 （1）设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积； （2）打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态M变化到状态N，其压强p与体积V的变化关系如图b中实线所示，已知气体在状态N时的体积为V1，压强为p1。求气体在状态N与状态M时的热力学温度之比； （3）图b中虚线MN'是容器内气体在绝热（既不吸热也不放热）条件下压强p与体积V的变化关系图线，试判断气体在图b中沿实线从M到N的过程是吸热还是放热。（不需要说明理由） 参考答案： 1.B　热茶自动变凉是热量从高温物体传递到低温物体，可自发进行；任何热机效率都不可能达到100％，B违背热力学第二定律；泥水分离是机械能（重力势能）向内能的转化，可自发进行；物体因摩擦力而停下来，是机械能（动能）向内能的转化，是自发过程。综合可知B正确。 2.C　充气气球用绳子拴着一块石头在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，则内能减少，A错误；根据气球内气体压强与此处湖水的压强平衡，可知压强逐渐增大，根据理想气体状态方程＝C知，气球体积减小，对外界做负功，B错误；气球下降时，气球内气体内能减小，外界对气球做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知放出的热量大于减小的内能，C正确，D错误。 3.C　对一定质量的理想气体，内能由温度决定，两种情况下气体温度变化相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU。第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1＝0，第二种情况，活塞自由移动，则气体做等压变化又温度升高，根据盖－吕萨克定律，知气体体积增大，气体对外做功，W2＜0，又由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q1＜Q2，选项C正确。 4.A　等压过程中气体膨胀，对外做功时力的大小不变，而等温过程中气体膨胀，压强减小，对外做功的力减小，所做的功小于等压过程做的功，W1＞W2；等压过程时温度升高，气体内能增大，而等温过程时，气体内能不变，则ΔU1＞ΔU2；等压过程气体对外做的功多，内能增大得多，所以等压过程中气体吸收的热量多，Q1＞Q2，故选项A正确，B、C、D错误。 5.C　a→b过程是等压变化且体积增大，则Wab＜0，由盖－吕萨克定律可知Tb＞Ta，即ΔUab＞0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；b→c过程中气体与外界无热量交换，即Qbc＝0，又由气体体积增大可知Wbc＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体内能减少，B错误；c→a过程为等温过程，可知Tc＝Ta，ΔUac＝0，根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；由A项分析可知Qab＝ΔUab－Wab，由B项分析可知Wbc＝ΔUbc，由C项分析可知0＝Wca＋Qca，又ΔUab＋ΔUbc＝0，联立解得Qab－（－Qca）＝－Wca－Wbc－Wab，根据p-V图像与坐标轴所围图形的面积表示气体对外界做的功，结合题图可知Qab－（－Qca）≠0，所以a→b过程气体从外界吸收的热量Qab不等于c→a过程放出的热量－Qca，D错误。 图像分析 6.CD　做功和传热都能改变物体的内能，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，当外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，同理当外界对物体传递热量时，物体的内能也不一定增加，故A、B错误；由ΔU＝Q＋W可知，若物体对外界做功的同时吸收热量，物体的内能可能增加，同理物体向外界放热的同时外界对物体做功，物体的内能可能增加，故C、D正确。 7.AC　充气袋四周被挤压时，体积减小，外界对气体做功，即气体对外界做负功，根据热力学第一定律知，气体的内能增大，故A、C正确，D错误；气体的内能增大，温度升高，体积减小，根据＝C可知气体的压强必定增大，故B错误。 8.BD　热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误；根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，故A错误，B正确；压缩机工作时会发热，将一部分电能转化为内能消耗掉，这种影响没法消除，故D正确。 9.ABC　气体分子一直在做无规则热运动，即使在自由膨胀过程中也是如此，故A正确；自由膨胀过程中由于不受阻力作用，因此气体不做功，由于容器绝热，因此Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知，气体内能不变，因此温度也不变，故C正确；自由膨胀后，温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知，压强变小，故B正确；凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故D错误。 10.AC　由理想气体的状态方程＝C，可得p＝T，即p-T图线上的点与坐标原点连线的斜率与体积成反比，由题图可知ka＝kb＞kc，则有Va＝Vb＜Vc，可知状态a的体积小于状态c的体积，b→c的过程，气体的分子数密度减小，A正确，D错误；由题图可知Ta＜Tc，可知状态a的内能小于状态c的内能，B错误；a→b的过程，气体温度升高，内能增大，即ΔU＞0，从状态a到状态b气体做等容变化，则W＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＞0，气体从外界吸热，C正确。 11.ρa＞ρb＝ρc　Eka＝Ekc＜Ekb　从外界吸收 解析：由题图可知，气体体积关系为Va＜Vb＝Vc，气体的质量一定，则密度关系为ρa＞ρb＝ρc；由理想气体状态方程＝C可知，气体温度T＝，由题图数据可得Ta＝Tc＜Tb，温度越高，分子平均动能越大，则分子平均动能的关系为Eka＝Ekc＜Ekb；p-V图像中，气体沿顺时针变化回到初状态，可知气体对外做功，从状态a又回到状态a，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量。 12.（1）T0　（2）（CT0＋mgh＋p0Sh） 解析：（1）设容器内气体初、末状态体积分别为V0、V，末状态温度为T， 由盖－吕萨克定律得＝ 其中V0＝Sh，V＝S 联立解得T＝T0。 （2）设此过程中容器内气体吸收的热量为Q，外界对气体做的功为W，由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W 其中ΔU＝C（T－T0） W＝－（mg＋p0S）h 联立解得Q＝（CT0＋mgh＋p0Sh）。 13.（1）3V0　 （2）　（3）吸热 解析：（1）设充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积为V，充气过程中气体温度不变，则有p0V0＋p0V＝4p0V0 解得V＝3V0。 （2）容器内气体从状态M变化到状态N，由理想气体的状态方程可得 ＝ 可得＝。 （3）由p-V图像与横坐标轴所围面积表示气体做功可知，从M到N的过程对外做功更多，N和N'都是从M状态变化而来，应该相同，可得TN＞TN' 可知从M到N的过程内能降低得更少。由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，从M到N'的过程绝热，内能的减少量等于气体对外做功；从M到N的过程气体对外做功更多，内能降低反而更少，则气体必然吸热。 学科网（北京）股份有限公司 $$