热力学定律与能量守恒定律 典型考点归纳专项练-2026届高考物理复习备考

热力学定律与能量守恒定律 典型考点归纳 专项练 2026届高考物理复习备考 一、单选题 1．日常生活中使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的汽缸，在汽缸内，通过气体燃烧将气体的内能转化为机械能，下列说法正确的是（　　） A．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 B．气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能 C．气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，故该过程不符合热力学第一定律 D．发动机工作时，若没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，则燃料产生的热量能够完全转化成机械能 2．一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1 × 105 Pa。经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是（　　） A．初始状态下，气体的体积为6 L B．等压过程中，气体对外做功400 J C．等压过程中，气体体积增加了原体积的 D．两个过程中，气体的内能增加量都为300 J 3．一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p—V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是（   ） A．a→b是等温过程 B．a→b过程中气体吸热 C．a→c过程中状态b的温度最低 D．a→c过程中外界对气体做正功 4．一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 5．A、B导热汽缸，封闭质量相同的同种理想气体，如图所示，在甲、乙两个环境中，两汽缸内气体体积相同。现将甲、乙两环境升高相同的温度，则A、B汽缸内的气体（　　）    A．分子的平均动能相同 B．内能的增加量不相同 C．体积的增加量相同 D．吸收的热量相同 二、多选题 6．关于第二类永动机，下列说法中正确的是（　　） A．第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机 B．第二类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能 D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化 7．如图所示，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 8．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，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反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（　　）    A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 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 9．如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 B．整个过程，理想气体的内能增大 C．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于（p0S1h＋mgh） D．左端活塞到达B位置时，外力F等于 10．如图所示，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交换热量），2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（　　） A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热 三、解答题 11．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈接在电压峰值为的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻值为R的电热丝，电热丝密封在绝热容器内，容器内封闭有一定质量的理想气体，接通电路开始加热，加热前气体温度为。 (1)求变压器的输出功率P； (2)已知该容器内的气体吸收的热量Q与其温度变化量成正比，即，其中C已知。若电热丝产生的热量全部被气体吸收，要使容器内的气体压强达到加热前的2倍，求电热丝的通电时间t。 12．如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横截面积为的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封闭氮气。外界温度为时，气柱长度为；当外界温度缓慢升高到时，气柱长度变为。已知外界大气压恒为，水柱长度不计。 （1）求温度变化过程中氮气对外界做的功； （2）求葫芦的容积； （3）试估算被封闭氮气分子的个数（保留2位有效数字）。已知氮气在状态下的体积约为，阿伏伽德罗常数取。 13．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，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量与温度变化量的关系式为，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。 14．如图所示，一粗细均匀的导热U形管竖直放置，右侧上端封闭，左侧上端与大气相通，右侧顶端密封空气柱A的长度为，左侧密封空气柱B上方水银柱长，左右两侧水银面高度差，已知大气压强，大气温度，U形管横截面积。现用特殊手段只对空气柱A加热，直到空气柱A、B下方水银面等高。求： (1)加热前空气柱A、B的压强的大小； (2)空气柱A、B下方水银面等高时A中气体的温度； (3)对空气柱A加热的过程中空气柱B与外界传递的热量Q。 15．绝热的活塞与汽缸之间封闭一定质量的理想气体，汽缸开口向上置于水平面上，活塞与汽缸壁之间无摩擦，缸内气体的内能Up=72J，如图甲所示。已知活塞面积S=5×10-4m2，其质量为m=1kg，大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热，活塞由原来的P位置移动到Q位置，此过程封闭气体的V-T图像如图乙所示，且知气体内能与热力学温度成正比。求： （1）封闭气体最后的体积； （2）封闭气体吸收的热量。 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B A B C D AD BD AB ACD AD 1．B A．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到，现代汽车技术已经非常先进，但也不能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能，A错误； B．气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能，B正确； C．气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，该过程符合热力学第一定律，C错误； D．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到，发动机工作时，就算没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，燃料产生的热量也不能完全转化成机械能，D错误。 故选B。 2．A C．设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为 p1 = p0 = 1 × 105 Pa，V1 = V0，T1 = 300 K 等容过程为状态二 V2 = V1 = V0，T2 = 400 K 等压过程为状态三 p3 = p0，T3 = 400 K 由理想气体状态方程可得 解得 ， 等压过程中，气体体积增加了原体积的，故C错误； D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律得 ΔU = W + Q = 400 J 两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为400 J，故D错误； AB．等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知，气体对外做功为200 J，即做功的大小为 解得 V0 = 6 L 故A正确，B错误。 故选A。 3．B AB．根据理想气体的状态方程 可知a→b气体温度升高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则W < 0，由热力学第一定律 U = W + Q 可知a→b过程中气体吸热，A错误、B正确； C．根据理想气体的状态方程 可知，p—V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误； D．a→c过程气体体积增大，外界对气体做负功，D错误。 故选B。 4．C 过程是等压变化且体积增大，则，由盖一吕萨克定律可知，即，根据热力学第一定律可知过程，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；过程中气体与外界无热量交换，即，又由气体体积增大可知，由热力学第一定律可知气体内能减少，B错误；过程为等温过程，可知，，根据热力学第一定律可知过程，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，由B项分析可知，由C项分析可知，又，联立解得，根据图像与坐标轴所围图形的面积表示外界对气体做的功，结合题图可知，所以过程，气体从外界吸收的热量不等于过程，放出的热量，D错误。 5．D 由甲、乙两图可知，A、B汽缸两汽缸内气体的压强关系为 根据理想气体状态方程 而A、B汽缸内的气体体积相同，可知 A．若将甲、乙两环境升高相同的温度，依然满足 由于温度是分子平均动能的标志，因此A气体分子的平均动能小于B气体分子的平均动能，A错误； B．对一定量的理想气体，内能增量 因此A、B汽缸内的气体，升高相同的温度，内能增加量相同，B错误； C．A、B汽缸内的气体，均发生等压变化，则 ， 可得 ， C错误； D．A、B汽缸内的气体对外做功 ， 由于 因此 根据热力学第一定律 可知A、B汽缸内的气体吸收的热量相同，D正确。 故选D。 6．AD 由第二类永动机的定义知A正确；第二类永动机没有违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，故B错误；机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，故D正确，C错误。 7．BD 绝热容器内的气体与外界没有热交换，则，气体向真空扩散，没有对外界做功，则，根据热力学第一定律可知气体的内能不变，温度不变，气体体积变大，气体无序度变大，根据理想气体状态方程可知压强减小，故选BD。 8．AB A．依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板作用后反弹，从A端流出，而边缘部位为热运动速率较高的气体，从B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A端为冷端，B端为热端，故A项正确； BC．依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，从A端流出的气体分子平均动能小于从B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，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故B正确，C错误； D．该装置将冷热不均的气体进行分离，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A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故D项错误。 故选AB。 9．ACD AB．根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，故A正确，B错误； C．由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功 故C正确； D．左端活塞到达B位置时，根据压强相等可得 即 故D正确。 故选ACD。 10．AD 为绝热过程，，气体体积减小，外界对气体做功，，由热力学第一定律可知，气体内能增加，A正确；为等压膨胀过程，，由盖一吕萨克定律可知气体温度升高，内能增加，即，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，错误；过程为绝热过程，，气体体积增大，，由热力学第一定律可知，气体内能减少，C错误；过程中，气体做等容变化，，又压强减小，则由查理定律可知气体温度降低，内能减少，即，由热力学第一定律可知，气体对外放热，D正确。 11．(1) (2) （1）由原线圈所接正弦交流电的峰值求出其有效值，设变压器副线圈的输出电压为，则有 求得 故变压器的输出功率。 （2）设加热前容器内气体的压强为，加热后容器内气体的温度为，则加热后气体的压强为，由题意可知容器内的气体做等容变化，则由查理定律有 解得 由知气体吸收的热量 又容器是绝热容器且电热丝产生的热量全部被气体吸收，则，即 解得。 12．（1）；（2）；（3） （1）由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为，塑料管的横截面积为，初、末态气柱的长度分别为，气体对外做的功为。根据功的定义有 解得 （2）设葫芦的容积为，封闭气体的初、末态温度分别为，体积分别为，根据盖—吕萨克定律有 联立以上各式并代入题给数据得 （3）设在状态下，氮气的体积为、温度为，封闭气体的体积为，被封闭氮气的分子个数为。根据盖一吕萨克定律有 其中 联立以上各式并代入题给数据得 个 13．(1) (2) （1）设容器内气体初、末状态体积分别为、V，末状态温度为T，由盖-吕萨克定律得 其中， 联立解得。 （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 其中 联立解得。 14．(1)80cmHg；90cmHg (2) (3)0 （1）加热前有。 （2）空气柱压强保持不变，则有 空气柱根据理想气体状态方程 解得，则。 （3）中温度不变，所以内能不变，即有 压强不变，温度不变，所以体积不变，即有 根据，可知。 15．（1）；（2）60J （1）以气体为研究对象，根据盖—吕萨克定律，有 解得 （2）由气体的内能与热力学温度成正比 解得 活塞从P位置缓慢移到Q位置，活塞受力平衡，气体为等压变化，以活塞为研究对象有 解得 外界对气体做功 由热力学第一定律 得气体变化过程吸收的总热量为 学科网（北京）股份有限公司 $