专题强化03：热力学定律题型精讲与精练【六大题型 培优】-2025-2026学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版选择性必修第三册）

该高中物理热力学定律专题复习讲义通过题型归纳框架系统梳理知识体系，将功热内能改变、热力学定律理解等六个核心题型按基础概念到综合应用递进呈现，清晰展现重难点分布及内在联系。 讲义亮点在于“典例+变式”分层练习设计，如计算系统内能问题结合理想气体方程培养科学推理能力，图像问题分析p-V关系提升模型建构素养，双基达标题支持分层教学，助力学生自主复习与教师精准教学。

专题强化03：热力学定律题型精讲与精练 【题型归纳】 · 题型一：功、热和内能的改变 · 题型二：热力学定律的理解 · 题型三：计算系统内能问题 · 题型四：永动机问题 · 题型五：热力学中的图像问题 · 题型六：热力学和理想气体方程的综合问题 【题型通关】 题型一：功、热和内能的改变 【典例1】．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于热现象的描述正确的是（　　） A．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的 B．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 C．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的 D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 【变式1】．（24-25高一下·浙江·月考）下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 【变式2】．（23-24高二下·四川成都·期末）如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60℃的热水和0℃的冷水，下列说法不正确的是（　　） A．因质量相等，故A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大 B．A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小 C．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传递 D．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，它们的状态都会发生变化，直到二者温度相同时，两系统便达到了热平衡，达到热平衡的两个系统都处于平衡态 【变式3】．（2024·全国·模拟预测）孔明灯俗称许愿灯，祈天灯，古代多用于军事通讯，而现代人多用于祈福。在灯底部的支架上绑上一块沾有煤油的粗布，点燃后灯内的热空气膨胀，放手后，整个灯冉冉升空，当底部的煤油烧完后又会自动下降。关于孔明灯，下列说法正确的是（　　）    A．点燃后，孔明灯所受浮力增大从而升空 B．点燃后，灯内气体的温度升高，内能增大 C．点燃后升空过程中，灯内气体分子间的平均撞击力增大 D．点燃后升空过程中，灯内气体的压强不变 题型二：热力学定律的理解 【典例2】．（25-26高二下·全国·课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功是改变其内能的唯一方式 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 B．质量一定的某种理想气体吸收热量后温度一定升高 C．不可能使热量从低温物体传向高温物体 D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 【变式2】．（24-25高二下·黑龙江绥化·期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（　　） A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加 B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动 C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【变式3】．（23-24高二下·河北邢台·期末）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度可以达到零下300℃ B．第二类永动机违背了能量守恒定律 C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的 D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，可将海水的内能全部转化为机械能 题型三：计算系统内能问题 【典例3】．（2025·广东·模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。活塞的面积S=1.0×10-3m2，质量m=2kg，气缸竖直放置，气缸内气体温度为77℃，活塞相对于气缸底部的高度，现将气缸置于室温为27℃的环境中，已知大气压强Pa，重力加速度大小。 (1)求重新平衡时活塞离气缸底部的距离； (2)活塞重新平衡的过程中气缸内气体释放的热量为16.8J，求气体内能的变化量。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强，吸收的热量，求此过程中气体内能的增加量。 【变式2】（24-25高二下·江苏淮安·期末）如图所示为一定质量的某种理想气体从状态到状态的体积随热力学温度的变化关系图像。已知气体在状态时的压强，体积，温度；在状态时的温度。 (1)求气体在状态时的体积； (2)若上述过程气体吸收的热量为，求该过程中气体内能的变化量。 【变式3】．（25-26高三上·广东·月考）如图所示，右侧有挡板的导热汽缸固定在水平地面上，轻质薄活塞横截面积为，给活塞施加一向左的水平恒力，活塞处于平衡状态时封闭的气柱长度为10cm，大气压强为，不计摩擦。 (1)求施加恒力F前汽缸内气柱的长度（此时活塞与挡板没有接触）； (2)判断活塞从开始压缩到处于平衡状态的过程中，缸内气体是吸热还是放热，并求恒力对活塞做的功W。 题型四：永动机问题 【典例4】．（25-26高二下·全国·课堂例题）永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【变式1】．（2022高三·全国·专题练习）关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 D．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的 【变式2】．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于第二类永动机的说法，正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性 C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律 D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺 【变式3】．（24-25高二下·全国·课后作业）能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永动机，关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。 甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。 乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。 丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机也因此才不能制成。 丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。 你认为以上说法正确的是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 题型五：热力学中的图像问题 【典例5】．（25-26高三上·湖北·月考）一定质量的理想气体从状态开始，经历一次循环回到状态，其压强随体积倒数变化的图像如图所示，其中的反向延长线过原点为双曲线，与横轴平行。下列说法正确的是（    ） A．过程气体内能不变，气体从外界吸收热量 B．过程气体分子平均动能不变 C．过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少 D．全过程气体从外界吸收热量 【变式1】．（24-25高二下·福建厦门·阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A，其中，过程AB和CD为等温过程，过程BC和DA为绝热过程，下列说法正确的是（　　） A．AB过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功 B．BC过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变 C．CD过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大 D．DA过程中，气体分子的平均动能减小 【变式2】．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）列车运行的平稳性与车厢的震动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震。空气弹簧主要由活塞、汽缸及汽缸内封闭的一定质量的气体构成，乘客上下车及剧烈颠簸均能引起车厢震动，从而引起缸内气体的状态变化。列车沿某路段行驶时，缸内气体（视为理想气体）从A状态经B状态变化到C状态，图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体内能减小 B．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体向外界释放热量 C．缸内气体处于A状态时的温度大于处于C状态时的温度 D．气体从A状态变化到C状态的过程中，气体对外做的功小于吸收的热量 【变式3】．（24-25高二下·江苏南通·期中）一定质量的理想气体由状态a开始，经历、、三个过程回到状态a，其图像如图所示，其中bc与纵轴平行。已知a、c两状态下气体的温度相同，的过程中气体向外界放出热量大小为Q，下列说法错误的是（　　） A．过程中气体从外界吸收热量，大小为Q B．过程中气体内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值 C．a、c状态下气体的内能相等 D．整个过程中气体对外界做功，大小为 题型六：热力学和理想气体方程的综合问题 【典例6】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一个质量为m的“T”形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距气缸底部处连接一U形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离气缸底部为，两边水银柱存在高度差。已知水银密度为，大气压强为，气缸横截面积为S，活塞竖直部分高为，重力加速度为g，求： (1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平； (2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化量。 【变式1】．（25-26高二下·全国·随堂练习）某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个气缸C、D通过活塞分别封闭质量相等的两部分同种理想气体A、B，活塞通过轻弹簧相连，静置在水平面上。已知两个气缸C、D的质量均为M（气缸壁的厚度不计），初始环境温度为T0，封闭气体的初始高度均为L，轻弹簧的劲度系数为k、原长为L0，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的横截面积均为S，活塞的质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限度内，活塞始终未脱离气缸，不计活塞与气缸之间的摩擦。 (1)若环境温度缓慢降至0.8T0，求稳定后活塞a离水平面的高度； (2)若环境温度缓慢升至1.2T0，A、B气体总内能增加ΔU，求A气体从外界吸收的热量。 【变式2】．（2025·贵州·模拟预测）如图，一绝热汽缸固定在倾角为的斜面上，距汽缸底部L处有一质量为2m、横截面积为S、密封性良好的绝热活塞用一轻质细线绕过定滑轮与一质量为m的物体相连。初始时刻整个装置处于静止状态，且汽缸内气体的温度为（封闭气体可视为理想气体，大气压强为）。现用电热丝对汽缸内气体进行缓慢加热，直至活塞到汽缸底部的距离为1.5L。不计一切阻力。 (1)求最终汽缸内气体的温度； (2)已知封闭气体的内能U与其热力学温度T成正比，即（其中比例系数k为已知常量），求加热过程中汽缸内气体所吸收的热量Q。 【变式3】．（25-26高三上·陕西西安·月考）如图（a）所示，两个活塞将A、B两部分种类、质量都相同的理想气体密封在导热气缸内，初始时气缸水平放置且两部分气体体积均为。现将气缸缓慢转动到与水平方向成30°角的位置，达到末状态，如图（b）所示。已知大气压强为，重力加速度为，两活塞横截面积均为S，质量均为，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度保持不变。 (1)求末状态时，A、B两部分气体的密度之比； (2)查阅资料知：如图（c），反比例函数图像上a、b间的曲线与x轴所围成的面积为，其中为自然对数。求气缸旋转的过程中，A部分气体向外界放出的热量。 【双基达标】 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·课后作业）一定质量的理想气体被活塞封闭在导热的气缸中，如图所示。不计活塞与气缸间的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变。下列判断正确的是（　　） A．拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量 B．气体对外做功，内能不变，吸收热量 C．外界对气体做功，内能不变，放出热量 D．气体吸收的热量大于气体对活塞做的功 2．（25-26高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机违背了能量守恒定律 B．第二类永动机违背了热力学第二定律 C．根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率有可能达到100% D．电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律 3．（24-25高二下·江苏徐州·月考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p−V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化，对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，其温度降低 B．气体经历过程1，其内能增大 C．气体在过程2中一直对外放热 D．气体在过程2中一直对外做功 4．（24-25高二下·江苏徐州·月考）如图，实验室研究一台四冲程内燃机的工作情况。封闭喷油嘴，使活塞和汽缸封闭一定质量的气体（可视为理想气体），连杆缓慢推动活塞向上运动，运动到图示位置时活塞对封闭气体的推力为F。活塞由图示位置缓慢向上运动的最大距离为L，环境温度保持不变，汽缸壁的导热性能良好，关于该过程，下列说法正确的是（　　） A．活塞向上运动到最大距离过程中对气体做功为FL B．气体放出的热量大于活塞对气体做的功 C．单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的气体分子数增加 D．速率大的分子数占总分子数的比例增加 5．（25-26高三上·河北邯郸·期中）如图所示，两端开口的足够长玻璃管竖直插在水银槽中，管中有一段水银柱，水银柱静止时，水银槽中的水银在管内、外液面高度差为h，管中封闭气体看成理想气体，保持玻璃管不动，现从上管口缓慢向管中倒入水银，在倒入水银的过程中气体温度不变，下列说法正确的是（　　） A．h保持不变 B．管中气体分子数密度不变 C．管中气体内能增大 D．管中气体放出热量 6．（25-26高三上·山东·开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。为等压过程，为等容过程，和为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程气体向外界放出热量 B．过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功 C．过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．在过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少 7．（24-25高二下·云南昆明·月考）在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡。已知重力加速度为g，下列判断正确的是（　　） A．外界对气体做功 B．气体的压强始终为 C．外界环境温度为 D．气体的内能改变量为 8．（24-25高二下·广东肇庆·月考）一定质量的理想气体经历了如图所示的、、、四个过程，其中的延长线通过坐标原点，气体a、b、c、d四个状态的压强与温度的关系如图所示，则（　　） A．气体在过程中体积增大 B．气体在过程中内能减小 C．气体在过程和过程中内能变化量绝对值相等 D．气体在过程中吸收的热量大于内能变化量 9．（24-25高二下·四川攀枝花·月考）如图所示，固定在倾角的斜面上的内壁光滑的绝热汽缸开口处有卡口，汽缸长度为1.2m。活塞a为绝热活塞，活塞b导热性能良好，活塞厚度忽略不计，两活塞用轻质弹簧连接，弹簧的劲度系数，，封闭气体A、B初始温度均为，弹簧恰好处于原长，大气压强，重力加速度，外界温度保持不变，质量均为2kg、面积均为的活塞a、b将汽缸体积均分为三等份。现给电阻丝通电，缓慢加热密封气体A，下列说法正确的是（　　） A．初始时气体B的压强为 B．开始加热后，气体A温度升高，活塞对气体B做功，气体B的体积不变 C．弹簧压缩0.1m时，气体B的压强为 D．弹簧压缩0.1m时，气体A的温度为580K 二、多选题 10．（25-26高二下·浙江·开学考试）下列有关热学知识的说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能 B．热量可以从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 11．（2026高三·全国·专题练习）下列关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．气体向真空的自由膨胀是可逆的 B．效率为100%的热机是不可能制成的 C．机械能转变为热能的实际宏观过程是不可逆过程 D．热量可以自发地从高温物体传向低温物体而不引起其他变化 12．（24-25高二下·河南信阳·月考）一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态a，其p﹣V图像如图所示。ab、bc、ca皆为直线，ca平行于p轴，bc平行于V轴。关于理想气体经历的三个过程，下列说法正确的是（　　） A．ab过程中，气体分子的平均动能先变大后变小 B．a、b两个状态下的气体温度相等 C．ca过程中，外界一定对气体做功 D．bc过程中，气体一定向外界放热 13．（25-26高三上·青海西宁·开学考试）一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。状态气体温度为，内能为，且内能与热力学温度成正比，以下分析正确的是（　　） A．气体在过程做等温变化，状态温度为 B．气体在过程中气体内能增加量为 C．气体在过程中向外界放出热量为 D．气体在过程中向外界放出热量为 14．（24-25高二下·河南南阳·月考）一定质量的理想气体用横截面积为S的活塞封闭在汽缸内，汽缸内壁光滑。如图甲所示，用轻质细线系在活塞的正中央，然后将整个装置悬挂在天花板上处于静止状态，此时缸内气体的压强为；如图乙所示，用竖直杆固定在地面，让汽缸开口向下，活塞放置在竖直杆上，整个装置处于静止状态；如图丙所示，汽缸开口水平向右放置在水平面上，处于静止状态。已知大气压强为，各状态下，所用汽缸和活塞都相同，且活塞与汽缸的质量相等，不计活塞及汽缸壁的厚度，且汽缸不漏气，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．活塞与汽缸的质量均 B．图乙中缸内气体压强为 C．若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸将吸收热量 D．若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸温度升高 三、解答题 15．（2026·河北·一模）在如图所示的V-T图像中，一定质量的理想气体从状态a出发，经历（a→b→c→d→a的循环过程回到状态a。已知气体在状态d下的压强为 求： (1)气体在状态c下的压强； (2)整个过程气体吸收或放出的热量。 16．（2025·浙江·一模）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在圆筒形的金属汽缸内，活塞的质量kg，截面积cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时封闭气柱长度为20cm，外界气温℃，大气压强Pa。将质量为的重物缓慢放到活塞上，稳定后活塞下降了5cm；再对汽缸内气体缓慢加热，气体吸收了J的热量，活塞又上升了3cm，求： (1)重物的质量； (2)加热前后缸内气体温度的增加值； (3)加热前后缸内气体内能的变化量。 17．（2025·广东湛江·一模）“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”比赛项目。某同学在容积为V且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ的矿泉水，拧紧瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度v₀，瓶内气体温度从T下降至。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间： (1)瓶内气体的压强； (2)瓶内内能变化。 18．（2025·河北·一模）某简易温度报警装置的示意图如图所示，其原理是：导热性能良好的竖直气缸中用上表面涂有导电物质的活塞封闭了一定质量的空气（可视为理想气体），活塞质量m=200g，横截面积厚度不计，当温度升高时，活塞上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警声。开始时活塞距汽缸底部的高度为H=6cm，缸内温度为当环境温度上升，活塞缓慢上移=4cm，活塞上表面与M、N两触点接触，蜂鸣器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为热力学温度与摄氏温度的关系为T=t+273K，求： (1)该报警装置的报警热力学温度T2； (2)若上述过程气体的内能增加8.92J，则气体吸收的热量Q。 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题强化03：热力学定律题型精讲与精练 【题型归纳】 · 题型一：功、热和内能的改变 · 题型二：热力学定律的理解 · 题型三：计算系统内能问题 · 题型四：永动机问题 · 题型五：热力学中的图像问题 · 题型六：热力学和理想气体方程的综合问题 【题型通关】 题型一：功、热和内能的改变 【典例1】．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于热现象的描述正确的是（　　） A．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的 B．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 C．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的 D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 【答案】B 【详解】A．做功是通过能量转化改变系统内能，热传递是通过能量转移改变系统内能，并非都是通过能量转化，故A错误； B．温度是描述热运动的物理量，根据热力学第零定律，当两个系统达到热平衡时，它们的温度相同，故B正确； C．单个分子的运动是无规则的，但大量分子的运动遵循统计规律，故C错误； D．空调机制冷时，将热量从低温室内转移到高温室外，需要消耗电能（外部功），这遵守热力学第二定律（克劳修斯表述），故D错误。 故选B。 【变式1】．（24-25高一下·浙江·月考）下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 【答案】C 【详解】A．机械能是物体的动能和势能之和与宏观运动、位置相关；内能是物体内部分子热运动的动能和分子势能之和与微观分子运动相关。机械能为零时，分子仍在永不停息地做无规则热运动，内能不可能为零，A错误； B．热量传递方向由温度差决定，而非内能大小。例如高温小物体可能传热给低温大物体，后者内能更大，B错误； C．做功（如摩擦生热）和热传递（如加热）均可改变内能，二者等效，C正确； D．内能增大时，温度可能不变，例如冰吸热融化，内能增加，变为冰水混合物，但温度仍保持为，温度没有升高，D错误。 故选C。 【变式2】．（23-24高二下·四川成都·期末）如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60℃的热水和0℃的冷水，下列说法不正确的是（　　） A．因质量相等，故A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大 B．A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小 C．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传递 D．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，它们的状态都会发生变化，直到二者温度相同时，两系统便达到了热平衡，达到热平衡的两个系统都处于平衡态 【答案】B 【详解】A．温度是分子的平均动能的标志，因质量相等，故A瓶中水的分子平均动能大，A的内能比B瓶中水的内能大。故A正确，与题意不符； B．质量相等的60℃的热水和0℃的冷水相比，60℃的热水体积比较大，所以A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大。故B错误，与题意相符； C．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，热量会自发从高温向低温传递，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传递。故C正确，与题意不符； D．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，热量会自发从高温向低温传递，它们的状态都会发生变化，直到二者温度相同时，两系统便达到了热平衡，达到热平衡的两个系统都处于平衡态。故D正确，与题意不符。 本题选不正确的故选B。 【变式3】．（2024·全国·模拟预测）孔明灯俗称许愿灯，祈天灯，古代多用于军事通讯，而现代人多用于祈福。在灯底部的支架上绑上一块沾有煤油的粗布，点燃后灯内的热空气膨胀，放手后，整个灯冉冉升空，当底部的煤油烧完后又会自动下降。关于孔明灯，下列说法正确的是（　　）    A．点燃后，孔明灯所受浮力增大从而升空 B．点燃后，灯内气体的温度升高，内能增大 C．点燃后升空过程中，灯内气体分子间的平均撞击力增大 D．点燃后升空过程中，灯内气体的压强不变 【答案】C 【详解】A．孔明灯是利用热空气上升的原理制成的，点燃后，灯内空气受热体积膨胀，因而空气的密度变小，比同体积的冷空气轻，而浮力不变，从而升空，A错误； B．点燃后，灯内气体的温度升高，灯内空气受热后体积膨胀，灯内气体质量减少，减少量不能确定，因此内能的变化不能确定，B错误； C．点燃后升空过程中，由于灯内气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，分子间的平均撞击力增大，C正确； D．点燃后升空过程中，灯内外相通，灯内气体的压强与外界相同，但随着高度的升高，外界气体压强会变小，D错误。 故选C。 题型二：热力学定律的理解 【典例2】．（25-26高二下·全国·课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功是改变其内能的唯一方式 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【答案】D 【详解】A．根据热力学第一定律，气体吸热（）时，若同时对外做功（），内能可能不变或减小，温度不一定升高，故A错误； B．改变内能的方式有做功和热传递两种，对气体做功仅是其中一种方式，故B错误； C．理想气体等压膨胀时，由知体积增大导致温度升高，内能；同时气体对外做功，可得，由得，气体吸热，故C错误； D．热力学第二定律指出，热量不可能自发地（不引起其他变化）从低温物体传到高温物体，故D正确。 故选D。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 B．质量一定的某种理想气体吸收热量后温度一定升高 C．不可能使热量从低温物体传向高温物体 D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 【答案】D 【详解】A．内能变化由做功和热传递共同决定。外界对某物体其做功，热传递情况不确定，内能变化也确定不了，A错误； B．理想气体吸收热量，功不确定，内能变化各种可能都有，B错误； C．热量可以从低温物体传向高温物体，但需外界做功（如制冷机），C错误； D．根据热力学第二定律，功转化为热的过程是自发且不可逆的，D正确。 故选D。 【变式2】．（24-25高二下·黑龙江绥化·期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（　　） A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加 B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动 C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【答案】C 【详解】A．理想气体内能仅由温度决定，温度升高内能必增，故A正确； B．扩散和布朗运动均体现分子无规则运动（前者直接，后者间接），故B正确； C．气体压强源于分子对器壁的碰撞，而非分子间斥力（理想气体分子力忽略），故C错误； D．热力学第二定律指出热量不能自发从低温传至高温，故D正确。 本题选错误的，故选C。 【变式3】．（23-24高二下·河北邢台·期末）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度可以达到零下300℃ B．第二类永动机违背了能量守恒定律 C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的 D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，可将海水的内能全部转化为机械能 【答案】C 【详解】A．宇宙中的下限温度为零下273.15℃，故A错误； B．第二类永动机违背了热力学第二定律，故B错误； C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的，故C正确； D．根据热力学第二定律，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，只能将海水的一部分内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 题型三：计算系统内能问题 【典例3】．（2025·广东·模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。活塞的面积S=1.0×10-3m2，质量m=2kg，气缸竖直放置，气缸内气体温度为77℃，活塞相对于气缸底部的高度，现将气缸置于室温为27℃的环境中，已知大气压强Pa，重力加速度大小。 (1)求重新平衡时活塞离气缸底部的距离； (2)活塞重新平衡的过程中气缸内气体释放的热量为16.8J，求气体内能的变化量。 【答案】(1) (2)减少4.8J 【详解】（1）设重新平衡后活塞到汽缸底部的距离为，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得 解得 （2）活塞重新平衡的过程中外界对气体做功，则有 由热力学第一定律得 解得 气体内能减少4.8J。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强，吸收的热量，求此过程中气体内能的增加量。 【答案】 【详解】一定质量的理想气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律得 则 气体对外做的功 根据热力学第一定律得 解得 此过程中气体内能的增加量。 【变式2】（24-25高二下·江苏淮安·期末）如图所示为一定质量的某种理想气体从状态到状态的体积随热力学温度的变化关系图像。已知气体在状态时的压强，体积，温度；在状态时的温度。 (1)求气体在状态时的体积； (2)若上述过程气体吸收的热量为，求该过程中气体内能的变化量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由题图可知，A→B为等压变化，则有 代入数据解得 （2）A→B过程，外界对气体做功为 根据热力学第一定律可得 联立解得 【变式3】．（25-26高三上·广东·月考）如图所示，右侧有挡板的导热汽缸固定在水平地面上，轻质薄活塞横截面积为，给活塞施加一向左的水平恒力，活塞处于平衡状态时封闭的气柱长度为10cm，大气压强为，不计摩擦。 (1)求施加恒力F前汽缸内气柱的长度（此时活塞与挡板没有接触）； (2)判断活塞从开始压缩到处于平衡状态的过程中，缸内气体是吸热还是放热，并求恒力对活塞做的功W。 【答案】(1)12cm (2)放热，0.4J 【详解】（1）恒力F水平向左时，对活塞，根据受力平衡条件有 解得 对导热缸内气体，压缩活塞过程气体做等温变化，有 解得 （2）以封闭气体为研究对象，外界对气体做功气体做等温变化，内能没变化，由热力学第一定律可知，缸内气体对外放热； 由做功公式可得，恒力对活塞做的功 题型四：永动机问题 【典例4】．（25-26高二下·全国·课堂例题）永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【答案】C 【详解】第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了热力学第一定律。 故选C。 【变式1】．（2022高三·全国·专题练习）关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 D．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的 【答案】D 【详解】AB．第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，故AB错误； C．由热力学第一定律 可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，同时做功和热传递也不一定会改变内能，故C错误； D．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的，但会引起其他变化。故D正确。 故选D。 【变式2】．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于第二类永动机的说法，正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性 C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律 D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺 【答案】B 【详解】A．第二类永动机不违反能量守恒定律（热力学第一定律），因为能量转化过程在理论上守恒，故A错误； B．第二类永动机违反热力学第二定律（开尔文表述），因为机械能和内能的转化过程具有方向性，即不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化，故B正确； C．第二类永动机仅违反热力学第二定律，不违反能量守恒定律，故C错误； D．第二类永动机不可能制成是由于物理定律（热力学第二定律）的限制，而非工艺问题，故D错误。 故选B。 【变式3】．（24-25高二下·全国·课后作业）能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永动机，关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。 甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。 乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。 丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机也因此才不能制成。 丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。 你认为以上说法正确的是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【答案】D 【详解】第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，甲同学说法错误；内能在转化为机械能的过程中要生热，所以要引起其他变化，乙同学说法错误；第二类永动机不能制成的原因是违反了热力学第二定律，丙同学说法错误；内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因，丁同学说法正确。 故选D。 题型五：热力学中的图像问题 【典例5】．（25-26高三上·湖北·月考）一定质量的理想气体从状态开始，经历一次循环回到状态，其压强随体积倒数变化的图像如图所示，其中的反向延长线过原点为双曲线，与横轴平行。下列说法正确的是（    ） A．过程气体内能不变，气体从外界吸收热量 B．过程气体分子平均动能不变 C．过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少 D．全过程气体从外界吸收热量 【答案】C 【详解】A．根据 的斜率表示温度，过程图像斜率不变，所以温度不变，理想气体内能只与温度有关，即内能不变，因为气体体积减小，外界对气体做正功，即，根据热力学第一定律 可知，气体向外界放出热量，故A错误； B．图像在过程中的各点与坐标原点连线构成的斜率逐渐减小，表示理想气体的温度逐渐降低，可知平均动能减小，故B错误； C．图像在过程中的各点与坐标原点连线构成的斜率逐渐增大，表示理想气体的温度逐渐降升高，分子平均动能增大，而压强不变，则气体分子单位时间内对容器壁的碰撞次数减少，故C正确； D．过程和过程气体体积变化量大小相同，根据图像可知前一过程压强大于后一过程，且前一过程气体体积减小，外界对气体做功 后一过程气体体积增大，气体对外界做功， 而 根据热力学第一定律 可得，所以全过程放热，故D错误。 故选C。 【变式1】．（24-25高二下·福建厦门·阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A，其中，过程AB和CD为等温过程，过程BC和DA为绝热过程，下列说法正确的是（　　） A．AB过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功 B．BC过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变 C．CD过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大 D．DA过程中，气体分子的平均动能减小 【答案】A 【详解】A．AB过程中，气体温度不变所以内能不变，体积膨胀时气体对外做功，有 所以气体从外界吸收且吸热量与做功相等，故A正确； B．BC过程是绝热的，所以；体积膨胀过程中，所以，内能减少，故B错误； C．CD过程中，温度是不变的，所以内能也不变，故C错误； D．DA过程中，外界对气体做功且是绝热过程，内能增大，所以气体分子的平均动能增加，故D错误。 故选A。 【变式2】．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）列车运行的平稳性与车厢的震动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震。空气弹簧主要由活塞、汽缸及汽缸内封闭的一定质量的气体构成，乘客上下车及剧烈颠簸均能引起车厢震动，从而引起缸内气体的状态变化。列车沿某路段行驶时，缸内气体（视为理想气体）从A状态经B状态变化到C状态，图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体内能减小 B．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体向外界释放热量 C．缸内气体处于A状态时的温度大于处于C状态时的温度 D．气体从A状态变化到C状态的过程中，气体对外做的功小于吸收的热量 【答案】D 【详解】AB．气体从A状态变化到B状态的过程中，压强不变，由盖吕萨克定律可得体积增大，温度升高，故缸内气体内能增大，又因气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知缸内气体由外界吸收热量。故AB错； C．由理想气体状态方程 得 由图像有 所以，故C错； D．气体从A状态变化到C状态的过程中，气体体积增大，对外做功，而温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知对外做的功小于吸收的热量，故D正确。 故选D。 【变式3】．（24-25高二下·江苏南通·期中）一定质量的理想气体由状态a开始，经历、、三个过程回到状态a，其图像如图所示，其中bc与纵轴平行。已知a、c两状态下气体的温度相同，的过程中气体向外界放出热量大小为Q，下列说法错误的是（　　） A．过程中气体从外界吸收热量，大小为Q B．过程中气体内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值 C．a、c状态下气体的内能相等 D．整个过程中气体对外界做功，大小为 【答案】A 【详解】A．过程是等容变化， 则 A错误； B．过程中，外界对气体做功，气体放热，内能变化 因温度降低， 内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值，B正确； C．理想气体内能只与温度有关，a、c温度相同，故内能相等，C正确； D．图像中，图像与轴围成的面积表示气体做功，体积增大时气体对外做功（面积为正），体积减小时外界对气体做功（面积为负）。 根据理想气体状态方程，可知 化简可得 则 整个过程中气体对外界做功为 D正确。 本题选错误的，故选A。 题型六：热力学和理想气体方程的综合问题 【典例6】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一个质量为m的“T”形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距气缸底部处连接一U形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离气缸底部为，两边水银柱存在高度差。已知水银密度为，大气压强为，气缸横截面积为S，活塞竖直部分高为，重力加速度为g，求： (1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平； (2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）初态时，对活塞受力分析，则气体压强 体积，温度 要使两边水银面相平，气缸内气体的压强 此时活塞下端一定与气缸底接触，有 设此时温度为，由理想气体状态方程有 解得。 （2）从开始至活塞竖直部分恰与气缸底接触，气体压强不变，外界对气体做功 之后气体发生等容变化，对外做的功为0，从开始至两水银面相平的过程中，由热力学第一定律，解得。 【变式1】．（25-26高二下·全国·随堂练习）某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个气缸C、D通过活塞分别封闭质量相等的两部分同种理想气体A、B，活塞通过轻弹簧相连，静置在水平面上。已知两个气缸C、D的质量均为M（气缸壁的厚度不计），初始环境温度为T0，封闭气体的初始高度均为L，轻弹簧的劲度系数为k、原长为L0，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的横截面积均为S，活塞的质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限度内，活塞始终未脱离气缸，不计活塞与气缸之间的摩擦。 (1)若环境温度缓慢降至0.8T0，求稳定后活塞a离水平面的高度； (2)若环境温度缓慢升至1.2T0，A、B气体总内能增加ΔU，求A气体从外界吸收的热量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）降温前a离水平面的高度为 对活塞、分别有， 则 对汽缸C分析有 解得 可知环境温度缓慢下降，气缸中气体压强不变，则AB部分气体发生均是等压变化，弹簧压缩量不变，则有 稳定后活塞a离水平面的高度 联立解得 （2）若环境温度缓慢升至，AB部分气体发生均是等压变化，弹簧压缩量不变，则有 解得 根据热力学第一定律有 此过程气体体积增大，则 解得 【变式2】．（2025·贵州·模拟预测）如图，一绝热汽缸固定在倾角为的斜面上，距汽缸底部L处有一质量为2m、横截面积为S、密封性良好的绝热活塞用一轻质细线绕过定滑轮与一质量为m的物体相连。初始时刻整个装置处于静止状态，且汽缸内气体的温度为（封闭气体可视为理想气体，大气压强为）。现用电热丝对汽缸内气体进行缓慢加热，直至活塞到汽缸底部的距离为1.5L。不计一切阻力。 (1)求最终汽缸内气体的温度； (2)已知封闭气体的内能U与其热力学温度T成正比，即（其中比例系数k为已知常量），求加热过程中汽缸内气体所吸收的热量Q。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）对活塞受力分析，由平衡条件得 代入数据解得 由于缓慢加热，活塞和物体缓慢移动，即处于动态平衡，则汽缸内气体压强保持不变，为等压变化，由盖—吕萨克定律得 代入数据解得 （2）由题意可知，封闭气体的内能变化量 在加热过程中，气体对外做功，即 又由热力学第一定律得 代入数据解得 【变式3】．（25-26高三上·陕西西安·月考）如图（a）所示，两个活塞将A、B两部分种类、质量都相同的理想气体密封在导热气缸内，初始时气缸水平放置且两部分气体体积均为。现将气缸缓慢转动到与水平方向成30°角的位置，达到末状态，如图（b）所示。已知大气压强为，重力加速度为，两活塞横截面积均为S，质量均为，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度保持不变。 (1)求末状态时，A、B两部分气体的密度之比； (2)查阅资料知：如图（c），反比例函数图像上a、b间的曲线与x轴所围成的面积为，其中为自然对数。求气缸旋转的过程中，A部分气体向外界放出的热量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）A、B两部分气体的初态压强满足 A、B两部分气体的末态压强分别为， 由玻意耳定律得 联立各式得， 因为两部分气体的质量相等，所以末状态时A、B两部分气体的密度之比为 （2）A、B两部分气体的状态变化在同一条等温线上，由p-V图线与横轴所围成的面积表示气体做的功可知，B气体对A气体做的功为 A气体的温度保持不变，有 由热力学第一定律 解得A气体向外界放出的热量 【双基达标】 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·课后作业）一定质量的理想气体被活塞封闭在导热的气缸中，如图所示。不计活塞与气缸间的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变。下列判断正确的是（　　） A．拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量 B．气体对外做功，内能不变，吸收热量 C．外界对气体做功，内能不变，放出热量 D．气体吸收的热量大于气体对活塞做的功 【答案】B 【详解】活塞缓慢上移的过程中，气体膨胀对活塞做功，而气体温度保持不变，内能不变，由热力学第一定律可知，，即吸收热量且气体吸收的热量等于气体对活塞做的功。 故选B。 2．（25-26高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机违背了能量守恒定律 B．第二类永动机违背了热力学第二定律 C．根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率有可能达到100% D．电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律 【答案】B 【详解】AB．第二类永动机的定义是从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化的机器。它不违背能量守恒定律（热力学第一定律），但违背热力学第二定律的开尔文表述（即不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响），故A错误，B正确。 C．根据热力学第二定律（卡诺定理），热机的效率不可能达到100%，因为总有一部分热量要排放到低温热源，即使技术改进也无法突破这一极限。能量守恒定律仅保证能量总量不变，但不保证效率可达100%，故C错误。 D．电冰箱和空调机工作时，通过外部做功（如压缩机耗电），实现了热量从低温热源向高温热源的传递，这并不违背热力学第二定律，因为该过程需要外界能量输入（即不“自发”），故D错误。 故选B。 3．（24-25高二下·江苏徐州·月考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p−V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化，对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，其温度降低 B．气体经历过程1，其内能增大 C．气体在过程2中一直对外放热 D．气体在过程2中一直对外做功 【答案】A 【详解】AB．气体经历过程1，压强减小，体积变大，气体膨胀对外做功，又气体与外界无热量交换，根据热力学第一定律知，其内能减小，故温度降低，故A正确，B错误； CD．气体经历过程2，根据理想气体状态方程 可知开始时，体积不变，对外不做功，压强减小，温度降低；根据热力学第一定律，可知气体对外放热；然后压强不变，体积变大，气体膨胀对外做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律知，气体要吸收热量，故CD错误。 故选A。 4．（24-25高二下·江苏徐州·月考）如图，实验室研究一台四冲程内燃机的工作情况。封闭喷油嘴，使活塞和汽缸封闭一定质量的气体（可视为理想气体），连杆缓慢推动活塞向上运动，运动到图示位置时活塞对封闭气体的推力为F。活塞由图示位置缓慢向上运动的最大距离为L，环境温度保持不变，汽缸壁的导热性能良好，关于该过程，下列说法正确的是（　　） A．活塞向上运动到最大距离过程中对气体做功为FL B．气体放出的热量大于活塞对气体做的功 C．单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的气体分子数增加 D．速率大的分子数占总分子数的比例增加 【答案】C 【详解】A．活塞向上运动的过程中理想气体体积减小，活塞缓慢运动，理想气体温度与周围温度一致，保持不变，根据 可知压强增大，活塞缓慢向上运动，活塞对封闭气体的作用力逐渐增大，所以活塞对气体做功大于FL，故A错误； B．气体温度不变，所以气体内能不变，由热力学第一定律可知，气体向外界放出的热量等于活塞对气体做的功，故B错误； C．气体压强增大，温度不变，根据气体压强的微观解释，单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的气体分子数增加，故C正确； D．温度不变，速率大的分子数占总分子数的比例不变，故D错误。 故选C。 5．（25-26高三上·河北邯郸·期中）如图所示，两端开口的足够长玻璃管竖直插在水银槽中，管中有一段水银柱，水银柱静止时，水银槽中的水银在管内、外液面高度差为h，管中封闭气体看成理想气体，保持玻璃管不动，现从上管口缓慢向管中倒入水银，在倒入水银的过程中气体温度不变，下列说法正确的是（　　） A．h保持不变 B．管中气体分子数密度不变 C．管中气体内能增大 D．管中气体放出热量 【答案】D 【详解】A．设管中气体初始状态时压强为，末态压强为，对水银柱受力分析，由平衡条件 由于从上管口缓慢向管中倒入水银，水银质量增大，所以管中气体压强增大，根据玻意耳定律 可知管中气体体积减小，故h会增大，故A错误； B．管中气体被压缩，体积减小，则管中气体分子数密度增大，故B错误； C．由于在倒入水银的过程中气体温度不变，则管中气体内能不变，故C错误； D．根据热力学第一定律 其中，，则 故管中气体放出热量，故D正确。 故选D。 6．（25-26高三上·山东·开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。为等压过程，为等容过程，和为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程气体向外界放出热量 B．过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功 C．过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．在过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少 【答案】D 【详解】A． 为等温过程，则C、D状态气体温度相同，由图知，过程气体体积增大，则气体对外做功。 根据热力学第一定律，，W为负值，故Q为正值，气体从外界吸收热量，故A错误； B． 为等温过程，则A、B状态气体温度相同，由图知，过程气体体积减小，则外界对气体做功。 根据热力学第一定律，，W为正值，故Q为负值，气体对外界放出热量，气体向外界放出热量等于外界对气体做的功，故B错误； C．过程，压强不变，V增加，根据可知T升高，可知气体对外做功，气体分子的平均动能增大，故C错误； D．过程，压强不变，V增加，T升高，气体分子平均动能增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少，故D正确。 故选D。 7．（24-25高二下·云南昆明·月考）在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡。已知重力加速度为g，下列判断正确的是（　　） A．外界对气体做功 B．气体的压强始终为 C．外界环境温度为 D．气体的内能改变量为 【答案】D 【详解】B．以活塞为研究对象，其受力平衡，有 解得气体压强为 气体做等压变化，压强始终不变，故B错误； A．气体体积变大，对外界做功，大小为，故A错误； C．密封气体初状态的温度为T0，体积为，末状态的温度等于外界环境的温度，由盖－吕萨克定律有， 解得，故C错误； D．根据热力学第一定律，气体内能改变量为，故D正确。 故选D。 8．（24-25高二下·广东肇庆·月考）一定质量的理想气体经历了如图所示的、、、四个过程，其中的延长线通过坐标原点，气体a、b、c、d四个状态的压强与温度的关系如图所示，则（　　） A．气体在过程中体积增大 B．气体在过程中内能减小 C．气体在过程和过程中内能变化量绝对值相等 D．气体在过程中吸收的热量大于内能变化量 【答案】C 【详解】A．根据理想气体状态方程有 变形得 则过程中，图像上某点与原点连线的斜率能够间接表示体积的倒数，从c到d，图像上某点与原点连线的斜率逐渐增大，则气体在过程中体积逐渐减小，故A错误； B．气体在过程中，温度不变，则气体内能不变，故B错误； C．气体在过程温度变化量的绝对值等于过程温度变化量的绝对值，则气体在过程和过程中内能变化量绝对值相等，故C正确； D．气体在过程中，由于的延长线通过坐标原点，根据查理定律可知，气体体积不变，气体与外界不做功，温度升高，气体内能增大，根据热力学第一定律可知，气体在过程中吸收的热量等于内能变化量，故D错误。 故选C。 9．（24-25高二下·四川攀枝花·月考）如图所示，固定在倾角的斜面上的内壁光滑的绝热汽缸开口处有卡口，汽缸长度为1.2m。活塞a为绝热活塞，活塞b导热性能良好，活塞厚度忽略不计，两活塞用轻质弹簧连接，弹簧的劲度系数，，封闭气体A、B初始温度均为，弹簧恰好处于原长，大气压强，重力加速度，外界温度保持不变，质量均为2kg、面积均为的活塞a、b将汽缸体积均分为三等份。现给电阻丝通电，缓慢加热密封气体A，下列说法正确的是（　　） A．初始时气体B的压强为 B．开始加热后，气体A温度升高，活塞对气体B做功，气体B的体积不变 C．弹簧压缩0.1m时，气体B的压强为 D．弹簧压缩0.1m时，气体A的温度为580K 【答案】C 【详解】A．初始时，对活塞b受力分析 代入数据得，A错误； B．在活塞b碰到汽缸卡口之前,将活塞a、b与之间弹簧、气体B看作整体,对整体受力分析，沿斜面方向有 可得 缓慢加热气体，气体A做等压变化，体积变大，温度升高，气体B的压强不变，体积不变，温度不变，活塞对气体B不做功，B错误； C．在活塞b碰到汽缸顶端后，继续加热，弹簧被压缩，气体B发生等温变化，设初状态气体B的体积为，当弹簧压缩0.1m时，气体B的体积变为原来的，对气体B有 解得，C正确； D．弹簧的弹力 此时气体A的压强 对气体A有 解得，D错误。 故选C。 二、多选题 10．（25-26高二下·浙江·开学考试）下列有关热学知识的说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能 B．热量可以从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 【答案】AB 【详解】A．机械能可以全部转化为内能（如摩擦生热）；在引起其他变化的前提下，内能也可以全部转化为机械能，比如理想气体等温膨胀过程中，气体内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，但是同时引起了气体体积增大的变化，因此该说法正确，故A正确。 B．热量不能自发从低温物体传递给高温物体，但在外界做功的条件下，热量可以从低温物体传递给高温物体（如冰箱、空调的工作过程），因此该说法正确，故B正确。 C．第二类永动机并不违反能量守恒定律，它不可能制成是因为违反了热力学第二定律，故C错误。 D．热力学第二定律的开尔文表述为：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他变化，若允许引起其他变化，是可以实现的，选项D缺少“不引起其他变化”这个前提，故D错误。 故选AB。 11．（2026高三·全国·专题练习）下列关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．气体向真空的自由膨胀是可逆的 B．效率为100%的热机是不可能制成的 C．机械能转变为热能的实际宏观过程是不可逆过程 D．热量可以自发地从高温物体传向低温物体而不引起其他变化 【答案】BCD 【详解】根据热力学第二定律（开尔文表述和克劳修斯表述）对每个选项进行判断： A．气体向真空的自由膨胀是不可逆过程，因为膨胀后气体不会自发返回原状态，这符合热力学第二定律关于宏观自然过程不可逆性的描述，故A错误； B．热力学第二定律的开尔文表述指出，不可能从单一热源吸热并使之完全变为有用功而不产生其他影响，因此效率为100%的热机不可能制成，故B正确； C．机械能转变为热能（即内能）的实际宏观过程（如摩擦生热）是不可逆的，因为其逆过程（内能完全转变为机械能而不引起其他变化）违反热力学第二定律，故C正确； D．热力学第二定律的克劳修斯表述表明，热量可以自发地从高温物体传向低温物体而不引起其他变化，故D正确。 故选BCD。 12．（24-25高二下·河南信阳·月考）一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态a，其p﹣V图像如图所示。ab、bc、ca皆为直线，ca平行于p轴，bc平行于V轴。关于理想气体经历的三个过程，下列说法正确的是（　　） A．ab过程中，气体分子的平均动能先变大后变小 B．a、b两个状态下的气体温度相等 C．ca过程中，外界一定对气体做功 D．bc过程中，气体一定向外界放热 【答案】AD 【详解】A．根据a、b两点的等温线，可知ab过程中温度先增大后减小，所以气体分子的平均动能先变大后变小，故A正确； B．由图知a、b两个状态下，根据理想气体状态方程 解得，故B错误； C．ca过程中，体积不变，则，故C错误； D．bc过程中，根据热力学第一定律，因体积变小，所以，压强不变，体积变小，根据盖-吕萨克定律，温度降低，所以内能变小，即，所以，气体一定放热，故D正确； 故选AD。 13．（25-26高三上·青海西宁·开学考试）一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。状态气体温度为，内能为，且内能与热力学温度成正比，以下分析正确的是（　　） A．气体在过程做等温变化，状态温度为 B．气体在过程中气体内能增加量为 C．气体在过程中向外界放出热量为 D．气体在过程中向外界放出热量为 【答案】BD 【详解】A．由理想气体方程，可知气体从过程中温度先升高后降低，计算得，故A错误； B．气体在过程中，由，解得 内能与热力学温度成正比得 内能增加量，故B正确； C．气体在过程中内能增加量为，气体对外界做功 由热力学第一定律代入 解得，表示气体吸收热量，故C错误； D．气体在过程中气体先对外界做功，后外界对气体做功，总功等于图像中三角形面积 气体内能增加量为 由 解得，负号表示气体放热，D正确。 故选BD。 14．（24-25高二下·河南南阳·月考）一定质量的理想气体用横截面积为S的活塞封闭在汽缸内，汽缸内壁光滑。如图甲所示，用轻质细线系在活塞的正中央，然后将整个装置悬挂在天花板上处于静止状态，此时缸内气体的压强为；如图乙所示，用竖直杆固定在地面，让汽缸开口向下，活塞放置在竖直杆上，整个装置处于静止状态；如图丙所示，汽缸开口水平向右放置在水平面上，处于静止状态。已知大气压强为，各状态下，所用汽缸和活塞都相同，且活塞与汽缸的质量相等，不计活塞及汽缸壁的厚度，且汽缸不漏气，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．活塞与汽缸的质量均 B．图乙中缸内气体压强为 C．若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸将吸收热量 D．若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸温度升高 【答案】BD 【详解】A．设活塞与汽缸的质量均为m，对甲图的汽缸受力分析，由三力平衡可得 解得，A错误； B．对图乙的汽缸受力分析，由三力平衡可得 综合解得，B正确； C.若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°的过程中，温度不变，压强变大，由知，体积变小，外界对气体做功，温度不变，根据 知，放出热量，C错误； D．若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°的过程中，压强增大，由知，体积V减小，外界对气体做功，汽缸和活塞均绝热知，根据 知，故温度升高，D正确。 故选BD。 三、解答题 15．（2026·河北·一模）在如图所示的V-T图像中，一定质量的理想气体从状态a出发，经历（a→b→c→d→a的循环过程回到状态a。已知气体在状态d下的压强为 求： (1)气体在状态c下的压强； (2)整个过程气体吸收或放出的热量。 【答案】(1) (2)放热， 【详解】（1）气体从状态d到状态a，从状态b到状态c均为等压变化，则， 气体从状态a到状态b是等容变化，由查理定律有 联立各式解得气体在状态c下的压强 （2）a状态到b状态，c状态到d状态气体做等容变化气体不做功，b状态到c状态外界对气体做功，则有 d状态到a状态气体对外界做功 整个过程的总功为 根据热力学第一定律有 解得 则整个过程气体放热，放出的热量为 16．（2025·浙江·一模）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在圆筒形的金属汽缸内，活塞的质量kg，截面积cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时封闭气柱长度为20cm，外界气温℃，大气压强Pa。将质量为的重物缓慢放到活塞上，稳定后活塞下降了5cm；再对汽缸内气体缓慢加热，气体吸收了J的热量，活塞又上升了3cm，求： (1)重物的质量； (2)加热前后缸内气体温度的增加值； (3)加热前后缸内气体内能的变化量。 【答案】(1)kg (2)℃ (3)J 【详解】（1）状态1（初始），根据平衡条件有，cm 状态2，根据平衡条件有，cm 等温过程方程 解得kg （2）缓慢加热，状态3有，cm， 等压过程方程 解得℃ （3）从状态2至状态3内气体对外做功 由热力学第一定律，有 得J 17．（2025·广东湛江·一模）“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”比赛项目。某同学在容积为V且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ的矿泉水，拧紧瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度v₀，瓶内气体温度从T下降至。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间： (1)瓶内气体的压强； (2)瓶内内能变化。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由理想气体状态方程可得 解得 （2）由于饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出矿泉水瓶，该过程近似看作动量守恒，有 外界对气体做功为 其中 由热力学第一定律可得 由于时间极短，热交换为 联立解得 18．（2025·河北·一模）某简易温度报警装置的示意图如图所示，其原理是：导热性能良好的竖直气缸中用上表面涂有导电物质的活塞封闭了一定质量的空气（可视为理想气体），活塞质量m=200g，横截面积厚度不计，当温度升高时，活塞上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警声。开始时活塞距汽缸底部的高度为H=6cm，缸内温度为当环境温度上升，活塞缓慢上移=4cm，活塞上表面与M、N两触点接触，蜂鸣器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为热力学温度与摄氏温度的关系为T=t+273K，求： (1)该报警装置的报警热力学温度T2； (2)若上述过程气体的内能增加8.92J，则气体吸收的热量Q。 【答案】(1)500K (2)11J 【详解】（1）气体发生是等压变化，由气体实验定律 即， 代入数据解得T2=500K （2）缸内气体压强 气体等压膨胀对外做功 由热力学第一定律得ΔU=W+Q 代入数据Q=∆U-W=8.92J+2.08J=11J 故气体吸收的热量11J。 2 学科网（北京）股份有限公司 $