热力学定律 期末复习专项训练-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 以热力学定律为核心，通过概念辨析与综合应用结合，系统构建从定律理解到气体状态分析的解题体系，培养科学思维与能量观念。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|5道选择|热力学定律理解、热平衡状态分析、能量转化判断|从热力学基本定律（第一、第二定律）到现象解释，构建“定律-现象-本质”逻辑链| |综合应用|4道解答|气体状态方程（等压/等容/等温）、热力学第一定律（ΔU=Q+W）、受力分析求压强|从状态参量关系（p-V-T）到能量转化过程，形成“状态描述-过程分析-能量计算”完整推理路径|

专题三 热力学定律 1．下列关于热现象的描述正确的是（　　） A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100% B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的 C．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 D．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律的 2．根据热力学第二定律，下列说法正确的是（    ） A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递而不造成任何影响 B．机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化为机械能 C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功 D．冰可以融化为水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律 3．如图所示，两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中接触点2插在冷水中，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于一现象，下列说法中正确的是（　　） A．这一实验过程违反了热力学第二定律 B．在实验过程中，热水和冷水的温差可以保持不变 C．在实验过程中，热水减少的内能等于冷水增加的内能 D．在实验过程中，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能 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．（多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历过程到达状态E，其中的延长线经过原点，与横轴平行，与纵轴平行。下列说法正确的是（　　） A．过程中气体的体积不变 B．过程中气体的体积变小 C．过程中气体的体积变大 D．过程气体与外界没有热交换 三、解答题 6．一定质量的理想气体能从状态A经历等压变化到达状态B，也能从状态A经历等容变化到达状态C，图像如图所示。假定该理想气体的内能，其中p、V分别为气体的压强和体积，所有变化过程均缓慢发生。 (1)已知气体在状态A时的温度为，求气体在状态B和状态C时的温度和； (2)求气体从状态A到状态B过程吸收的热量和从状态A到状态C过程吸收的热量之比。 7．如图所示，一定质量的理想气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内，汽缸顶端有绝热阀门K，汽缸底部接有电热丝，E为电源。a内被封闭气体初始温度，活塞位于汽缸中央，与底部的距离，活塞和汽缸之间的摩擦不计。 (1)若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后，活塞与底部的距离，求a内气体的温度。 (2)若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a内气体传递了的热量，稳定后a内气体内能增加了，求此过程中b内气体的内能增加量。 8．如图所示，一个质量为的活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体，活塞下方悬挂一个劲度系数为的轻质弹簧，弹簧原长为，活塞体积可忽略不计，距汽缸底部处连接有一右端开口的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，活塞距离汽缸底部为，U形细管两边水银柱存在高度差。已知大气压强为，汽缸横截面积为，重力加速度为，不计活塞与汽缸内壁的摩擦。 （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，若封闭气体向外界放出的热量为5J，求气体内能的变化量。 9．如图所示，竖直放置在水平地面上的封闭容器由横截面积分别为S和2S的两个同轴圆筒形气缸连通而成，每个圆筒形气缸的高度均为2l，O点为中间连接处，容器的下底面B导热，侧面和上底面A及活塞均绝热。整个容器被通过长为2l的刚性轻质细杆连接的小活塞C和大活塞D分隔成三部分，上部分通过阀门K2抽成真空，中间部分打开阀门K1，保持与外界大气连通，下部分封闭压强为2p0的空气，使大活塞D与下底面B之间的距离为l，两活塞的厚度不计，两活塞与气缸内壁间的摩擦忽略不计。现对下部分空气缓慢加热，使大活塞D上升到两气缸的连接处O点，大活塞D与连接处O、小活塞C与上底面A恰好均无接触。已知大气压强为p0，外界温度为T0，重力加速度大小为g，所封闭空气可视为理想气体求， (1)两活塞的总质量； (2)大活塞D上升到连接处O点时，下部分空气的温度； (3)已知在大活塞D的初始位置上升到连接处O点的过程中，下部分空气吸收的热量为Q，求该过程中下部分空气增加的内能； (4)保持下部分空气加热后的温度不变，将阀门K1和K2用细管（未画出）连接，经过一段时间重新达到平衡，忽略细管内气体的体积，求此时大活塞D与气缸下底面B的距离。 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 学科网（北京）股份有限公司 专题三 热力学定律参考答案 题号 1 2 3 4 5 答案 C C D C AC 1．C 【详解】A．热机在工作过程中不可避免的要有能量耗散，其效率不可能达到100%，A错误； B．热传递是靠能量的转移改变系统内能的，B错误； C．系统达到热平衡的标志是温度相同，C正确； D．分子动理论告诉我们，物质是由分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，但大量分子的运动遵从一定的统计规律，如温度升高，所有分子的平均动能增大，D错误； 故选C。 2．C 【详解】A、电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，在该过程中压缩机做功，产生其他的变化，故A错误； B、机械能可以全部转化为内能，内能不可以自发地全部转化为机械能，故B错误； C、可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功，如各种内燃机，但注意不是全部用来对外做功，故C正确； D、冰可以熔化成水，水也可以结成冰，伴随能量的转移，不是自发进行的，故这个现象没有违背热力学第二定律，故D错误； 故选C． 【点睛】所有与热现象有关的过程都有一定的方向性，不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；功和能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的；只要不要求吸收的热量全部用来做功而产生其他影响，可以做成一种热机，由热源吸取一定热量而对外做功；热力学第二定律说明：热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体． 3．D 【详解】A．热力学第二定律由实际热现象总结而来，故任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误； BCD．在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，故热水一定会降温，冷水一定会升温，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能,由于有电能产生，则热水减少的内能大于冷水增加的内能，故BC错误，D正确； 故选D。 4．C 【详解】A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W<0，由盖-吕萨克定律可知 即内能增大，，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； B．方法一：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。 方法二：过程为等温过程，所以 结合分析可知 所以b到c过程气体的内能减少。故B错误； C．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； D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：一整个热力学循环过程，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得 故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。 故选C。 【点睛】 5．AC 【详解】A．AB直线过原点，即为等容过程，故A正确。 B．BC过程压强不变，温度升高，所以内能变大，根据公式 可知体积变大，故B错误； C．过程压强减小，温度升高，根据公式 可知体积变大，故C正确； D．DE过程温度不变，内能不变，压强降低，根据公式 可知，体积升高，气体对外做功，根据热力学第一定律：，可知气体对外做功等于气体吸收的热量，故D错误。 故选AC。 6．(1)， (2) 【详解】（1）理想气体从状态A经历等压变化到达状态B，则 其中 ，， 解得 理想气体从状态A经历等容变化到达状态C，则 其中 ，， 解得 （2）气体从状态A到状态B过程，气体体积增大，对外做功，为 内能增量为 根据热力学第一定律可知，吸收的热量为 气体从状态A到状态C过程，气体体积不变，做功为零，即 内能增量为 根据热力学第一定律可知，吸收的热量为 所以，两次吸收热量之比为 7．(1) ；(2) 【详解】(1)设活塞横截面积为S，则对a气体，初态        末态        阀门K打开，加热过程a气体做等压变化，由盖·吕萨克定律得 联立解得 即 (2)阀门K闭合，对a气体，根据热力学第一定律得 解得 对b气体，根据热力学第一定律得 其中 ， 解得 8．（1）210K；（2）1.5J 【详解】（1）初态时，对活塞受力分析，可求气体压强为 体积为 设两边水银面相平时，汽缸内气体的压强为 则弹簧下端一定与汽缸底接触，对活塞进行受力分析有 解得弹簧的压缩量为 根据 则有 设此时温度为，由理想气体状态方程有 联立解得 （2）从开始至弹簧恰与汽缸底接触，气体压强不变，外界压缩气体做功为 在之后弹簧被压缩2cm的过程中，外界大气对活塞做功为 活塞所受重力做功为 弹簧弹力对活塞做功为 设活塞克服封闭气体压力做功为W5，对活塞，弹簧触底后，根据动能定理，有 解得 压缩气体做的总功 且 由热力学第一定律 解得 9．(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）对两活塞整体受力分析可得 解得 （2）大活塞D上升到连接处O点的过程中下部气体的压强不变，对下部气体，由盖吕萨克定律可得 解得 （3）下部分气体对外所做的功 由热力学第一定律可得 解得 （4）K1和K2连接平衡后，考虑细管导热，上部分和中部分气体温度保持不变，对这两部分气体，由玻意耳定律可得 对下部分气体，由玻意耳定律可得 对两活塞整体受力分析可得 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $