第3章 热力学定律 综合拔高练（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

综合拔高练 高考真题练 考点1　热力学定律的理解及应用 1.(多选题)[2023全国乙,33(1)]对于一定量的理想气体,经过下列过程,其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是 (　　) A.等温增压后再等温膨胀 B.等压膨胀后再等温压缩 C.等容减压后再等压膨胀 D.等容增压后再等压压缩 E.等容增压后再等温膨胀 2.(2022山东,5)如图所示,内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时气缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将气缸缓慢转动90°过程中,缸内气体 (　　) A.内能增加,外界对气体做正功 B.内能减小,所有分子热运动速率都减小 C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少 D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加 3.(多选题)[2022湖南,15(1)]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 E.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律,也满足热力学第二定律 4.(2021山东,2)如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮。上浮过程中,小瓶内气体 (　　) A.内能减少 B.对外界做正功 C.增加的内能大于吸收的热量 D.增加的内能等于吸收的热量 5.[2021河北,15(1)]两个内壁光滑、完全相同的绝热气缸A、B,气缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体,如图1所示。现向活塞上表面缓慢倒入细沙,若A中细沙的质量大于B中细沙的质量,重新平衡后,气缸A内气体的内能　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)气缸B内气体的内能。图2为重新平衡后A、B气缸中气体分子速率分布图像,其中曲线　　　　(填图像中曲线标号)表示气缸B中气体分子的速率分布规律。  图1 图2 6.(多选题)[2021湖南,15(1)]如图,两端开口、下端连通的导热气缸,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,活塞与气缸壁间无摩擦。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,外力F做功大于0,小于mgh B.整个过程,理想气体的分子平均动能保持不变 C.整个过程,理想气体的内能增大 D.整个过程,理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h+mgh) E.左端活塞到达B位置时,外力F等于 7.(多选题)[2022全国甲,33(1)]一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-T图上从a到b的线段所示。在此过程中 (　　) A.气体一直对外做功 B.气体的内能一直增加 C.气体一直从外界吸热 D.气体吸收的热量等于其对外做的功 E.气体吸收的热量等于其内能的增加量 考点2　热力学定律与气体实验定律的综合 8.(多选题)(2024新课标,21)如图,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 9.(2024山东,6)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 10.(多选题)(2023山东,9)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400 J 11.(多选题)[2022全国乙,33(1)]一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c,其过程如T-V图上的两条线段所示。则气体在　 (　　) A.状态a处的压强大于状态c处的压强 B.由a变化到b的过程中,气体对外做功 C.由b变化到c的过程中,气体的压强不变 D.由a变化到b的过程中,气体从外界吸热 E.由a变化到b的过程中,从外界吸收的热量等于其增加的内能 12.(2023浙江6月选考,17)如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300 K的热源接触,平衡时圆筒内气体处于状态A,其体积VA=600 cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态B,此时体积VB=500 cm3。固定活塞,升高热源温度,气体达到状态C,此时压强pC=1.4×105 Pa。已知从状态A到状态C,气体从外界吸收热量Q=14 J;从状态B到状态C,气体内能增加ΔU=25 J;大气压p0=1.01×105 Pa;重力加速度g=10 m/s2。 (1)气体从状态A到状态B,其分子平均动能　　　　(选填“增大”、“减小”或“不变”),圆筒内壁单位面积受到的压力　　　　(选填“增大”、“减小”或“不变”);  (2)求气体在状态C的温度TC; (3)求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。 13.(2024湖北,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为已知常数,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。 高考模拟练 应用实践 1.(多选题)(2024福建三明期中)关于热力学定律,下列说法正确的是 (　　) A.自然界中一切与热有关的现象均具有方向性 B.随着科技的不断发展与进步,绝对零度是可以达到的 C.随着科技的不断发展与进步,热机的效率可以达到100% D.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化 E.热量既能从高温物体传递到低温物体,也能从低温物体传递到高温物体 2.(多选题)(2024山东威海期末)如图所示为测量大气压强的实验装置,将一定质量的理想气体密封在烧瓶内,烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接。最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高,烧瓶中气体体积为800 mL。现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水,稳定后U形管两臂中水银面的高度差为25 cm。环境温度不变,不计细玻璃管中气体的体积。下列说法正确的是 (　　) A.气体的内能增大 B.气体分子的平均动能不变 C.气体对外界做的功等于它吸收的热量 D.大气压强的测量值为75 cmHg 3.(多选题)(2023山东青岛中学月考)气闸舱是载人航天器中可供航天员由太空返回用的气密性装置,其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K,座舱A中充满空气,气闸舱B内为真空。打开阀门K,A中的气体进入B中,最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换,舱内气体可视为理想气体,下列说法正确的是　 (　　) A.气体扩散前后内能相同 B.由热力学定律可知气体向真空扩散的过程是可逆过程 C.气体等温膨胀,压强减小 D.气体绝热过程,对外做功,内能减小 E.气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 4.(2024江苏泰州一模)一定质量理想气体的卡诺循环过程p-V图线如图所示,状态a、d的温度分别为Ta、Td,ad、bc两条绝热线下的面积分别为S1、S2(图中阴影部分),则 (　　) A.Ta<Td　　　　　　B.Ta=Td C.S1>S2　　　　　　D.S1=S2 5.(2024山东德州模拟)截止到2021年9月15日,中国接种疫苗累计超过21亿剂,10亿人完成了接种,中国疫苗接种率已经超过了70%,领先世界。医护人员在抽取密封药瓶的药液时一般先用注射器注入少量气体到药瓶里然后再抽取药液。如图所示,某种药瓶的容积为0.9 mL,内装有0.5 mL的药液,瓶内的压强为1.0×105 Pa,护士把注射器内横截面积为0.3 cm2、长度为0.4 cm、压强为1.0×105 Pa的气体注入药瓶,气体可看作理想气体,下列说法中错误的是 (　　) A.若护士快速将气体注入药瓶,则气体的温度会略有上升 B.若护士缓慢将气体注入药瓶,则注入完成后瓶内气体的压强为1.3×105 Pa C.若护士快速将药液抽出,则瓶内气体对外做功,内能减小,温度降低 D.若护士缓慢将药液抽出,则瓶内气体对外做功,内能减小,温度不变 6.(2024贵州贵阳一模)如图所示,上端开口的绝热圆筒气缸竖直放置。绝热活塞把一定量的气体(可视为理想气体)密封在缸内,活塞可在缸内无摩擦地上下滑动,且不漏气。气缸处在大气中,大气压强为p0。活塞平衡时,缸内密封气体的体积为V0,温度为T0。已知活塞的横截面积为S、质量m=(g为重力加速度),密封气体的内能U与温度T的关系为U=kT(k为常量)。现用电热丝缓慢地加热气体至体积为2V0,求此过程中气体吸收的热量Q。 迁移创新 7.(2024山东济南一模)如图所示,两根位于同一水平面内的平行的长直金属导轨处于匀强磁场中,磁场方向与导轨所在平面垂直。一质量为m的均匀导体细杆放在导轨上,并与导轨垂直,可沿导轨无摩擦地滑动,细杆与导轨的电阻可忽略不计。导轨的左端与一根阻值为R0的电阻丝相连,电阻丝置于一绝热容器中,假设电阻丝产生的热量全部被容器内的气体吸收。容器与一水平放置的开口细管相通,细管内有一横截面积为S的小液柱(质量不计),液柱将1 mol的理想气体封闭在容器中。已知理想气体状态方程为pV=nRT,气体温度升高1 K时,其内能的增加量为2.5R(其中n为物质的量,R为理想气体常数),大气压强为p0,现令细杆沿导轨方向以初速度v0开始向右运动,求最终液柱达到平衡时在细管中移动的距离。 答案与分层梯度式解析 综合拔高练 高考真题练 1.ACD　理想气体初始状态与末状态的内能相等即初始状态与末状态的温度相等。A选项中整个过程中温度不变,则理想气体内能不变,A正确;由理想气体状态方程 =C(常量)可知, B选项中,p不变,V增大,则T增大,然后再等温压缩,T不变,则末状态较初始状态温度升高,内能增大,B错误;C选项中,先V不变,p减小,则T减小,然后p不变,V增大,则T又变大,初末状态温度可能相等,即理想气体初末状态内能可能相等,C正确;D选项中,先V不变,p增大,则T增大,然后p不变,V减小,则T减小,初末状态温度可能相等,即理想气体初末状态内能可能相等,D正确;E选项中,先V不变,p增大,则T变大,然后T不变,则内能增大,E错误;故选A、C、D。 2.C　设活塞质量为m,大气压强为p0,左图中缸内气体压强为p1,右图中缸内气体压强为p2,活塞的横截面积为S,则p1S=mg+p0S,即p1=+p0,p2S=p0S,即p2=p0,因此在该过程中气体压强变小,体积增大,气体膨胀对外做功,则外界对气体做的功W<0,由于是绝热容器,即Q=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0,即理想气体内能减小,气体温度降低,选项A错误;理想气体的温度降低,分子平均动能减小,但并不是所有气体分子的运动速率都会减小,选项B错误;根据理想气体的分子运动速率分布规律,当温度降低时,速率大的分子占比将会减小,选项C正确,D错误。 方法技巧　分析封闭的气体的压强问题时,常常需要对活塞受力分析,利用平衡条件分析,进而分析封闭的气体的压强。 3.ABE　分子热运动速率较小的气体分子,温度较低,内能较小,在环形管中心部位聚集,与分离挡板碰撞后反弹,最后从A端流出,则A端为冷端,B端为热端,A、B正确,C项错误;装置中气体进出过程,满足能量守恒定律和热力学第二定律,E正确,D错误。 4.B　距瓶口越近水的温度越高,上浮过程中,小瓶内气体温度升高,内能增加,A错误;上浮过程中,小瓶内气体体积增加,对外界做正功,B正确;根据热力学第一定律可知,增加的内能小于吸收的热量,C、D错误。 5.答案　大于　① 解析　对活塞有mg+p0S=pS,A中细沙多,A中活塞下降多,外界对A中气体做功多,A中气体内能大于B中气体内能,A中气体温度高,根据分子速率分布规律可知温度升高时分子速率分布峰值向右移,故曲线①表示气缸B中气体分子的速率分布规律。 6.BDE　由于右端活塞静止不动,外力F未对活塞做功,选项A错误;由于气缸导热,在缓慢加细沙过程中,理想气体的温度不变,气体分子的平均动能不变,内能不变,选项B正确,选项C错误;由于理想气体的内能不变,根据热力学第一定律可知,理想气体向外界释放的热量等于外界对气体所做的功,由于在左端活塞上缓慢加细沙,质量是逐渐增大到m的,因此细沙重力做的功小于mgh,即外界对气体所做的功小于(p0S1h+mgh),选项D正确;当左端活塞到达B位置时,对左端活塞及细沙受力分析,得mg+p0S1=pS1,对右端活塞受力分析,得F+p0S2=pS2,联立可得=,即F=,选项E正确。故选B、D、E项。 7.BCE　p-T图线过坐标原点,因此气体从状态a到状态b发生等容变化,气体没有对外做功,A、D错误;从状态a到状态b气体温度升高,一定质量的理想气体内能只与温度有关,温度升高,内能增加,B正确;根据热力学第一定律可知气体从外界吸热,且吸收的热量等于其内能增加量,C、E正确。 8.AD　1→2过程中,没有热交换,气体体积减小,外界对气体做正功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体内能增加,A正确。2→3过程为等压过程,由理想气体状态方程=C,可知体积增大则温度升高,内能增加;体积增大,外界对气体做负功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,该过程中气体吸热,B错误。3→4过程中,没有热交换,气体体积增大,外界对气体做负功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体内能减小,C错误。4→1过程中,气体发生等容变化,由理想气体状态方程=C,可知压强减小,则温度降低,内能减少;气体体积不变,外界没有对气体做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,该过程气体放热,D正确。 9.C　a→b过程,由pV=CT可知气体温度升高,内能增加,气体体积增大,对外做功,故从外界吸收的热量一部分用来增加内能,另一部分用来对外做功,A错误;b→c过程绝热,气体体积增大,对外做功,内能减少,B错误;c→a为等温过程,a、c两状态气体温度相同,内能相同,故a→b→c过程气体内能变化量ΔU=0,则Q吸=W,C正确;c→a过程放出的热量等于外界对气体做的功,且做的功的绝对值等于c→a图线与横坐标轴所围的面积,而气体在a→b→c过程吸收的热量与在a→b过程吸收的热量相等,该热量也与W相等,W大小等于a→b→c状态变化曲线与横坐标轴所围的面积,D错误。 10.AD　对一定质量的理想气体,内能的大小取决于温度的高低,两个过程中的初温及末温相同,故内能的增加量相同,即ΔU2=ΔU1=400 J,故D正确;等压过程中,根据热力学第一定律有ΔU2=W+Q2,其中ΔU2=400 J,Q2=600 J,故W=-200 J,故气体对外界做功W'=200 J,由W'=p1ΔV解得ΔV=2 L,B错误;在等压过程中,有=,其中T1=300 K,ΔV=2 L,T2=400 K,解得V1=6 L,故A正确;等压过程中,气体体积增加了原体积的=,故C错误。 11.ABD　由理想气体状态方程=C,可得=,作原点和c的连线,由a、c两点与原点连线的斜率,可知>,故pa>pc,A正确;由状态a到b,可知V变大,则气体对外做功,B正确;由图可知,b、c不在等压线上,故C错误;由状态a到b,T升高,则内能变大,V变大,则气体对外做功,可知ΔU>0,W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q>0,故气体从外界吸热,且吸收的热量大于其增加的内能,故D正确,E错误。 12.答案　(1)不变　增大　(2)350 K　(3)11 J 解析　(1)气体从状态A到状态B,由于圆筒导热良好,缓慢推动活塞时,气体做等温变化,温度是分子平均动能大小的标志,则分子平均动能不变,根据pAVA=pBVB,气体体积缩小时,压强增大,即圆筒内壁单位面积受到的压力增大。 (2)气体在A状态时,对活塞受力分析可得pAS+mg=p0S,解得封闭气体压强pA=1×105 Pa,对这部分气体研究可得=,代入数值解得TC=350 K。 (3)气体从状态A到状态B,外界对气体做功为W,气体内能不变;从状态B到状态C,体积不变,外界没有对气体做功,因此从状态A到状态C整个过程中,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q,代入数值解得W=11 J。 13.答案　(1)T0　(2)h(p0S+mg)+CT0 解析　(1)气体进行等压变化,则由盖—吕萨克定律得=,即=,解得T1=T0。 (2)此过程中气体内能增加ΔU=CΔT=CT0 气体对外做功W=pSΔh=h(p0S+mg),此过程中容器内气体吸收的热量Q=ΔU+W=h(p0S+mg)+CT0。 高考模拟练 1.ADE　自然界中一切与热有关的物理现象均具有方向性,故A正确;绝对零度是不可能达到的,故B错误;热机效率可以提高,但小于100%,故C错误;根据热力学第二定律可知,不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化,故D正确;热量不能自发地从低温物体传到高温物体,但是只要外界提供能量,热量就可以从低温物体传递到高温物体,比如冰箱的工作原理,故E正确。故选A、D、E。 2.BD　环境温度不变,注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水,可知气体的温度不变,内能不变,气体分子的平均动能不变,故A错误,B正确;气体的温度不变,内能不变,注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水,气体体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知外界对气体做的功等于气体放出的热量,故C错误;气体初态为p1=p0,V1=800 mL,气体末态为p2=p0+p,V2=800 mL-200 mL=600 mL,其中p=25 cmHg,气体做等温变化,则p1V1=p2V2,解得大气压强的测量值为p0=75 cmHg,故D正确。故选B、D。 3.ACE　由于气闸舱B内为真空,可知气体进入B中的过程中不对外做功;又因为此过程中系统与外界没有热交换,根据热力学第一定律可知气体的内能不变,故A正确,D错误。根据熵增加原理可知B中气体不可能自发地全部退回到A中,故B错误;因为内能不变,故温度不变,分子平均动能不变,因为气闸舱B内为真空,对于座舱A中充满的空气,根据玻意耳定律pV=C可知,扩散后压强p减小,体积V增大,所以气体分子的密集程度减小,根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少,故C、E正确。故选A、C、E。 4.D　由题图可知S1表示外界对气体做的功,S2表示气体对外界做的功,两个过程为绝热过程,另外的两个过程为等温过程,则压缩过程中气体的温度升高,即Ta=Tb>Td=Tc,故A、B错误;由于绝热过程中温度变化相同,即内能变化相同,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得两个过程中做功大小相等,由于绝热线下的面积为该过程中做的功,则S1=S2,故C错误,D正确。 5.D　若护士快速将气体注入药瓶,外界对气体做功,气体的温度会略有上升,故A正确,不符合题意;瓶内空气体积为V0=0.9 mL-0.5 mL=0.4 mL,注射器内气体体积为V=0.3 cm2×0.4 cm=0.12 cm3=0.12 mL,若护士缓慢将气体注入药瓶,根据玻意耳定律有p0(V0+V)=p1V0,则注入完成后瓶内气体的压强为p1=p0=1.3×105 Pa,故B正确,不符合题意;若护士快速将药液抽出,则瓶内气体对外做功,内能减小,温度降低,故C正确,不符合题意;若护士缓慢将药液抽出,则瓶内气体对外做功,同时从外界吸热,内能不变,温度不变,故D错误,符合题意。故选D。 6.答案　kT0+2p0V0 解析　设缸内气体压强为p,对活塞受力分析有pS=mg+p0S 解得p=2p0 设体积为2V0时,缸内密封气体的温度为T1,此过程气体做等压变化,由盖—吕萨克定律得= 解得T1=2T0 增加的内能ΔU=k(T1-T0) 此过程外界对气体做功W=-2p0ΔV=-2p0V0 根据热力学第一定律有ΔU=Q+W 联立解得Q=kT0+2p0V0。 7.答案　 解析　电阻丝产生的焦耳热等于细杆动能的减少量,即Q=m 由题意知,气体内能的增加量为ΔU=2.5RΔT 气体体积膨胀,对液柱做功为W=p0ΔV=p0SΔl 由理想气体状态方程,有p0ΔV=RΔT 结合热力学第一定律得ΔU=Q-W 联立得最终液柱达到平衡时在细管中移动的距离为Δl=。 7 学科网（北京）股份有限公司 $