热力学定律 专项练习 -2026届高考物理二轮复习

2026届高三热力学定律专项练习 一、问题引入 1．（2023广东月考）（热力学第一定律的应用）一定质量的理想气体，从状态a开始，经历a→b、b→c、c→a三个过程回到原状态，其p－V图像如图所示。图线ac的反向延长线过坐标原点O，图线ab平行于V轴，图线bc平行于p轴。已知a状态的气体温度为，求： （1）气体在状态c的温度 ； （2）从a到b过程中气体对外做的功。 2．（2025常州模拟）（热力学第一定律的应用）如图所示，下端开口的导热汽缸竖直悬挂在天花板下，缸口内壁有卡环，卡环与汽缸底部间的距离为L。一横截面积为S、质量为m的光滑活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，缸内气体温度T，活塞处于静止状态，活塞与汽缸底部的距离为。现对缸内气体缓慢加热，直至活塞到达卡环处，此过程中气体内能增加了ΔU。已知外界大气压强为，重力加速度为g，不计活塞厚度。求： (1)初始温度T时缸内气体的压强p； (2)升温过程中缸内气体吸收的热量Q。 二、各类模型专项模拟题训练 3．（2026武威模拟）一定质量的理想气体的图像如图所示，点坐标为，点坐标为，点坐标为，气体在状态时的热力学温度，求： (1)气体在状态时的热力学温度； (2)气体从状态到状态对外做的功。 4．（2025新乡期末）如图所示、一定质量的理想气体从状态a开始经a→b，b→c，c→a三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，气体在状态a的压强为、体积为，在状态b的体积为、温度为，在状态c的温度为，求： (1)气体在状态b的压强p； (2)气体在状态c的体积V； (3)从状态b到状态c，外界对气体做的功W。 5．（2026保定一模）（“变质量气体”模型）某重型半挂货车的气刹系统配备双储气筒，总容积V=160L，车辆启动前，储气筒内气体压强等于标准大气压 温度与外界一致，均为T=300K。车辆启动后，发动机带动空气压缩机为储气筒充气，1s内可往气筒内充入压强和温度均与外界气体相同、体积 的气体。忽略管路容积，充气过程筒内气体温度不变，气筒密封良好，气体可看成理想气体。气刹系统正常工作时，气筒内气压为7p0。 (1)充气过程，判断筒内气体向外界放出热量还是从外界吸收热量。 (2)求从车辆启动到气刹正常工作充入的气体的体积。 (3)实际充气过程中，若发动机怠速导致压缩机1s内充气体积只有原来的 ，且空气干燥器会使实际充入气体的压强变为0.9p0，求车辆怠速状态下从启动到气刹系统正常工作所需的时间。 6．（2026淮北二模）（“气缸活塞类”模型）如图所示，在水平面上竖直放置一上端开口的圆柱形气缸，横截面积为S的轻质活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内。初始时气缸内气体的温度为T1，在活塞上放置质量为m的物块，活塞平衡时气缸内气柱长度为L1。当气缸内气体从外界吸收一定热量，活塞缓慢上升h再次平衡，此过程气体内能的变化量为∆U。忽略活塞与气缸内壁的摩擦，所有温度为热力学温度，已知大气压强恒为p0，重力加速度为g。求： (1)活塞再次平衡时气体的温度T2； (2)气体从外界吸收的热量Q。 7．（2026揭阳二模）如图所示，深海潜水器舱内搭载的应急氧气瓶是导热良好的刚性密闭罐体，容积V0＝6.0L，氧气瓶内的氧气可视为理想气体。舱内初始温度为t1＝27℃，氧气瓶内气体压强p1＝200bar。已知1bar＝1.0×105 Pa，0℃取273K。 (1)若舱内气温缓慢降至t2＝3℃，求氧气瓶内气体的压强p2； (2)若上述降温过程瓶中气体向外放热2000J，求此过程瓶中气体内能的变化量△U； (3)若将初始温度下应急氧气瓶中的氧气通过吸氧系统供乘员呼吸。乘员每分钟呼吸12次，每次吸入压强为1bar、体积为V＝1.0L的氧气。忽略供氧过程的温度变化，当瓶内氧气压强缓慢下降至50bar时，求该吸氧过程经历的时间t。 8．（2026南京月考）一种能汲取地下水的装置压水井结构如图乙所示，取水时先按下手柄同时带动皮碗向上运动，此时上单向阀门关闭。皮碗向上运动到某个位置时，下单向阀门被顶开，水流进入腔体内。设某次下压手柄前，腔体只有空气，空气的体积和压强分别为p0和V0。现缓慢下压手柄，直至下单向阀门刚被顶开的瞬间，下单向阀门到水面距离为h（h＜p0/ρg），如图所示。已知大气压强为p0，水的密度为ρ，下单向阀门质量为m，（阀门的重力不可忽略）横截面积为S，重力加速度为g。 (1)简要说明缓慢下压手柄过程，腔内气体是吸热还是放热； (2)求下单向阀门刚被顶开时，腔体内气体的体积。 9．（2026合肥二模）（“气缸活塞类”模型）如图所示，容器甲及内部活塞导热性能好；容器乙及内部活塞绝热性能好（视为绝热装置）。甲、乙内部各封闭了一定质量的理想气体。已知大气压强恒为，两活塞质量均为、截面积均为，重力加速度为，不计活塞与容器间的摩擦，环境温度不变。 (1)在甲内活塞上缓慢倒入一定质量的沙粒，活塞最终稳定时，封闭气体体积减为初始的一半，求所倒沙粒的质量； (2)用乙内电热丝将封闭气体缓慢加热。若活塞锁定，由初始状态，气体温度升高，吸收的热量为。若活塞不锁定，气体由相同的初始状态，温度升高，吸收的热量为，求此过程中活塞移动的距离。 10．（2026山西二模）（“气缸活塞类”模型）某汽车的空气悬架可以简化为竖直放置的绝热气缸，汽车的重力可视为作用在四个相同气缸的活塞上。如图所示，气缸内均封闭着一定质量的理想气体，初始时，气缸内气体的温度为T1=300K，活塞距离缸底的高度h=10cm。现通过电加热丝缓慢加热气缸内的气体，使活塞上升h=2cm。已知活塞的截面积为S=100cm2，汽车重力为G=20000N，外部大气压强p0=1.0×105Pa，活塞质量以及活塞与气缸间的摩擦忽略不计。 (1)求加热后气缸内气体的温度； (2)若每个气缸内的气体均吸收了Q=200J的热量，求加热过程中每个气缸内的气体内能的变化量U。 11．（2026广安二模）如图所示为一玩具小车上测量加速度的装置示意图，横截面积为、足够长、导热性能良好的薄壁容器固定在水平小车上，容器内有一质量的活塞，小车静止时恰好封闭一段长度的理想气体。某次测试中小车向右匀加速运动，稳定后活塞封闭的气体压强为、长度，已知初始环境温度为，大气压强，不计一切摩擦阻力。 (1)求封闭气体压强和小车匀加速运动的加速度大小； (2)保持活塞封闭气体的压强不变，环境温度由缓慢降低至的过程中，测得封闭气体向外界放出的热量为，求此过程封闭气体内能变化量。 12．（2026营口二模）（“气缸活塞类”模型）如图所示，一绝热气缸固定在倾角θ=30°的斜面上，距汽缸底部L=0.8m处有一横截面积S=10cm2、密封性良好的轻质绝热活塞，用一轻质细线绕过定滑轮将活塞与一质量m1=2kg的物体相连。初始时刻整个装置恰好处于静止状态，且气缸内气体的温度为300K（封闭气体可视为理想气体，大气压强p0=1×105Pa）。现用电热丝对气缸内气体进行缓慢加热，直至活塞到气缸底部的距离为1.5L，不计一切摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2. (1)求最终气缸内气体的热力学温度T2； (2)假设该过程吸收的热量为200J，求封闭气体内能的增加量。 13．（2026徐州二模）一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，已知气体初始状态参数如下：状态a的压强，体积，温度；为等压过程，状态b的体积；为绝热过程，气体对外做功；为等温过程。 (1)求过程中，气体从外界吸收的热量； (2)现将该理想气体充入容积为的储气罐中，储气罐初始温度为、压强为，充入后储气罐内气体温度降至，压强变为。求充入储气罐的气体在状态a下的体积（不计充气过程气体泄漏，充气后储气罐内气体可视为理想气体）。 14．（2026抚顺模拟）（“变质量气体”模型）某物理探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积、质量的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度、活塞与容器底的距离的状态。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态。活塞保持不动，气体被继续加热至温度的状态时触动报警器。从状态到状态的过程中，气体内能增加了，大气压强，重力加速度取，求： (1)气体在状态时的压强； (2)气体由状态到状态的过程中，从外界吸收的热量； (3)达到状态后，由于意外导致容器开始缓慢漏气，漏气过程中容器内温度视为不变，求活塞与卡口刚要分离时，漏出的气体与容器内剩余气体的质量之比。 15．（2026凉山二模）（“变质量气体”模型）在温度为的车间给容积为40L的氧气瓶充好氧气，测得瓶内压强，该瓶氧气内能与温度间的关系为（k为常数且已知），把氧气瓶运送到温度为工地上分装给氧气袋，分装多个氧气袋后测得瓶内的压强为。若忽略氧气瓶因热胀冷缩造成的容积偏差，取为0K。试求： (1)氧气瓶从车间运送到工地，分装前向外界释放的热量； (2)分装后剩余的氧气质量与分装前氧气总质量的比值； (3)设分装前的氧气袋内无气体，分装后每个氧气袋的容积为10L，压强为，则分装了多少个氧气袋？ 16．（2026·浙江嘉兴·二模）如图甲所示，上方开口的圆筒气缸竖直放置，气缸导热性能良好，底部有一凸出物。缸内用质量、面积的活塞封闭了一定质量理想气体。缸内壁离缸底56cm处固定一卡口。初始时活塞位于卡口处，活塞到缸底距离h随气体温度T的变化关系如图乙所示。状态A时，卡口对活塞的支持力为40N；状态B时，卡口对活塞恰好无作用力。从状态A经状态B到状态C的过程中气体内能增加了。已知大气压，不计卡口体积，活塞与缸壁无摩擦，求： (1)状态B的温度； (2)凸出物的体积； (3)整个过程中气体吸收的热量Q。 17．（2026惠州月考）某兴趣小组设计的拉力测量装置如图所示，由两个不同横截面积的绝热圆筒连接成的汽缸水平固定放置，汽缸内用一刚性轻质细杆连接两导热活塞A、B，两活塞间密封一定质量的理想气体，汽缸两侧与大气相通。活塞A左侧连接一轻质细绳，细绳另一端绕过定滑轮被施加大小为F的力。已知环境温度保持不变，大气压强始终为，活塞A、B的面积分别为2S、S。初始时拉力F为零，两活塞与汽缸连接处的距离都为L，不计活塞与汽缸之间的摩擦，不计活塞厚度的影响。求： (1)拉力缓慢增大时，汽缸内的气体吸热还是放热，并说明理由； (2)当拉力时，活塞A与汽缸连接处的距离x 18．（2026云南月考）某种利用枪管内的封闭气体推动塑料子弹射出的玩具枪，其原理简化图如图所示，长为、横截面积为的圆柱形枪管左端封闭，右端与外界大气连通，枪管水平放置，质量为的球形子弹放置在枪口处，将子弹缓慢推至枪管中间后突然释放，子弹将从管口射出。已知外界大气压强为，温度为，枪管导热性良好，子弹进入枪管后与枪管密封良好，且忽略接触面间的摩擦，子弹大小对气体体积的影响忽略不计，枪管内气体可视为理想气体。 (1)子弹被缓慢推至枪管中间时，管内气体压强为多大？ (2)若子弹从管口弹出时，管内气体温度降至，子弹速度大小为。气体的内能满足（为常数），求子弹从释放到射出，气体从外界吸收的热量。 19．（2026沙坪坝模拟）（“玻璃管液封”模型）如图，上端封闭下端开口的玻璃管长，保持该管竖直，将下端从水银上方缓慢插入足够深的水银中，直到水银进入管中的长度为时保持管静止。已知环境大气压强为，管内气体温度不变，可视为理想气体，玻璃管粗细均匀，不考虑水银与玻璃管间的毛细效应。 (1)求末态管内气体的压强p。 (2)求末态管下端到管外水银面的高度差H。 (3)判断玻璃管插入过程中水银对管内气体做功的正负以及管内气体从外界吸热还是向外界放热。 20．（2026河北月考）（“气缸活塞类”模型）如图甲为广泛应用于汽车的减振器——氮气减振器，其结构简图如图乙所示。汽缸内充有惰性气体氮，处于压缩状态的弹簧将“工”字型活塞顶于气缸顶部，活塞被卡环卡住，当活塞受到外界压力时，由于缸内气体和弹簧的共同作用，可以达到缓冲减振的效果。现将减振器竖直放置，状态A时缸内充入的氮气，此时弹簧的压缩量为氮气柱长度为L=20cm。现用外力F向下压活塞，使其缓慢下降h=4cm，气体达到状态B。从状态A到B过程气体放出热量Q=82.4J。已知汽缸中活塞截面，活塞质量m=1kg，弹簧劲度系数k=2×104N/m，大气压强为1×105Pa，重力加速度为气缸内的氮气可视为理想气体，气缸壁导热性能良好，不计摩擦和外界温度变化。 (1)求状态B缸内氮气的压强的大小； (2)从状态A到B过程中，施加于活塞的外力F的最大值； (3)状态A到B过程外界对气体做的功W。 试卷第14页，共15页 第2页，共8页 学科网（北京）股份有限公司 2026届高三热力学定律专项练习 答案及解析 1.（1）；（2） 解：（1）根据理想气体状态方程有解得 （2）从a到b过程中气体对外做的功为图线与横轴围成的面积，有解得 2.(1)(2) 解：（1）活塞初态平衡时，则有结合解得 （2）等压变化过程中，外界对气体所做功由热力学第一定律得 解得 3.(1)(2) 解：解：（1）气体从状态到状态，有   解得。 （2）题中图线与轴围成的面积即气体对外做的功，有解得。 4.(1)(2)(3) 解：（1）气体从状态a到状态b做等温变化，根据玻意耳定律有 解得气体在状态b的压强为 （2）气体从状态b到状态c做等压变化，根据盖·吕萨克定律有 解得气体在状态c的体积为 （3）气体从状态b到状态c做等压收缩变化，外界对气体做的功为 代入数据解得 5．(1)向外界放出热量(2)(3) 解：（1）充气过程可视为将外界气体压缩进储气筒内，外界对气体做正功，W>0，由于气体温度不变，则气体的内能不变，由△U=Q+W可得Q<0，则气体向外界放出热量。 （2）充气前气筒内气体压强p0，气体体积V，充气后气筒内气体压强7p₀，气体体积V。设充入的外界气体的体积为，由玻意耳定律有解得 （3）结合题述可知，由玻意耳定律有解得则充气时间 6.(1)(2) 解：（1）活塞缓慢上升h再次平衡的过程为等压变化，则解得 （2）活塞缓慢上移过程，气体对外做功，则由热力学第一定律 可得气体从外界吸收的热量 7.(1)(2)(3) 解：（1）瓶内气体发生等容变化，由查理定律得 其中，解得 （2）由于气体体积不变，外界对气体不做功，即由热力学第一定律有 由题意可知解得即气体内能减小。 （3）设可支持呼吸次，瓶内气体发生等温变化，由玻意耳定律可得解得 吸氧过程经历的时间为 8.(1)吸热(2) 解：（1）下压手柄带动皮碗向上运动，气体体积变大对外做功。缓慢移动过程中，气体内能不变，根据热力学第一定律，则气体应吸热。 （2）设下阀门恰好要被顶开时，腔内气体压强为，体积为，则 根据玻意耳定律有联立得。 9.(1)(2) 解：（1）甲容器导热，环境温度不变，内部气体做等温变化。初始状态对活塞受力平衡 可得封闭气体初始压强 加入沙粒稳定后，对活塞 + 沙粒受力分析可得​ 根据玻意耳定律 由题意得联立可得 （2）理想气体内能仅与温度有关，两种情况温度均升高，因此内能变化相等 活塞锁定时，气体体积不变，气体不做功（） 根据热力学第一定律得 活塞不锁定时，活塞平衡，气体压强保持不变 气体膨胀推动活塞，气体对外做功，外界对气体做功为 根据热力学第一定律 联立可得 解得 10．(1)(2)80J 解：（1）气体发生等压变化，初态体积温度，末态体积 根据盖-吕萨克定律即代入数据解得 （2）对活塞受力分析，气体压强代入数据得 气体对外做功代入数据解得 根据热力学第一定律代入数据得 11.(1)(2)内能减少 解：（1）容器导热性能良好，温度不变，封闭气体做等温变化，由玻意耳定律 代入，， 约去得 对活塞受力分析，活塞随小车向右匀加速， 由牛顿第二定律（大气压力向右，气体压力向左，合力向右） 代入，得 （2）压强不变，封闭气体做等压变化，由盖-吕萨克定律 其中初始温度，末温度解得 气体体积减小，外界对气体做功 代入数据得 气体向外界放热，故，由热力学第一定律则 负号表示封闭气体内能减少。 12.(1)(2) 解：（1）初始状态：装置静止，活塞受力平衡，有解得 ， 最终状态：活塞受力不变（缓慢加热，仍平衡），有 由盖-吕萨克定律有解得 （2）气体膨胀做的功 由热力学第一定律有 13.(1)(2) 解：（1）状态的热力学温度为 为等压过程，由盖—吕萨克定律得解得 循环过程中，理想气体回到初始状态，总内能变化。由总内能变化 为绝热过程，气体对外做功，则有 为等温过程，则有可得 等压过程，气体对外做功 对过程应用热力学第一定律解得 （2）设充入的气体在状态下的体积为。由题意可得 其中，，，，代入数据解得 14.(1)(2)170J(3) 解：（1）气体在状态时，有解得 气体由状态到状态过程中，气体的压强不变 由盖吕萨克定律有解得 气体由状态到状态过程中，气体的体积不变，由查理定律有解得 （2）气体从状态到状态的过程中，气体对外做的功为 由热力学第一定律有  解得 （3）活塞与卡口刚要分离时气体压强为 由（1）知根据解得 漏出的气体与容器内剩余气体的质量之比 15.(1)30k(2)(3)5 解：（1）根据ΔU=W+Q可知，因气体体积不变，则W=0，则Q=ΔU而 分装前向外界释放的热量30k。 （2）根据可得 分装后剩余的氧气质量与分装前氧气总质量的比值 （3）根据玻意耳定律可知解得n=5 16.(1)(2)(3) 解：（1）根据平衡条件有，可得， 状态到状态发生等容变化，有可得状态B的温度 （2）状态到状态发生等压变化，有可得凸出物的体积 （3）状态A到状态B，有；状态到状态，外界对气体做功 从状态A经状态B到状态C的过程中气体内能增加了，根据热力学第一定律有 可得整个过程中气体吸收的热量 17.(1)吸热，理由见解析(2) 解：（1）吸热。拉力缓慢增大时，密封气体的体积增大，气体对外做功，即；汽缸导热良好，则密封气体温度不变，内能不变，即，根据热力学第一定律 可得，即密封气体从外界吸热。 （2）初始时，对A、B和轻杆构成的系统受力分析解得 当时，假设活塞B还未到达连接处，仍对A、B和轻杆构成的系统受力分析解得 等温变化有解得 则密封气体的体积解得 说明活塞B还未到达连接处，假设成立。 18.(1)(2) 解：（1）枪管导热性良好，子弹缓慢推进，为等温过程，根据玻意耳定律可得解得 （2）子弹从释放到射出，以子弹为分析对象，设气体对子弹做的功为，大气对子弹做的功为， 其中由动能定理可得 对管内气体进行分析，根据热力学第一定律可得其中， 解得 19．(1)(2)(3)水银对管内气体做负功，管内气体向外界放热 解：（1）设管内截面积为S，从初态到末态，对管内气体，由玻意耳定律有 解得 （2）末态，管内外压强关系为解得 （3）插入过程中管内水银面下降，气体对水银做正功，水银对气体做负功。 由于气体体积缩小，外界整体对气体做正功，管底对气体做正功，即 气体温度不变，即内能不变 由热力学第一定律解得即气体向外界放热。 20.(1)(2)2190N(3)82.4J 解：（1）根据玻意耳定律可得解得 （2）B状态，对活塞，根据平衡条件可得解得 （3）从状态A到状态B过程气体温度不变，故内能不变，根据热力学第一定律，结合气体放出热量，所以有解得 $