第十五章 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 专项练习 -2027届高考物理一轮复习考点精讲

**基本信息** 聚焦热力学定律与能量守恒，通过概念辨析、图像分析、定量计算及实际应用题型，系统覆盖理想气体状态变化、内能规律及定律应用，强化能量观念与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|3题（1、6、7）|高考题与原创题结合，考查定律理解|从分子动能、内能概念到热力学第一、二定律的逻辑延伸| |图像分析|4题（2、3、8、9）|p-T、p-V图像过程判断，涉及等温、等容过程|气体状态方程与热力学第一定律的综合应用| |定量计算|3题（4、10、11）|结合图像的状态参量、内能、做功计算|能量守恒定律在气体状态变化中的定量推导| |实际应用|1题（5）|生产场景空腔体积测量，气体实验定律应用|模型建构解决实际问题，体现科学态度与责任|

[课时通关精练(三十九)]　热力学定律与能量守恒定律 (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟) 1.(2025·安徽高考)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体(可视为理想气体)温度不变，则气球上升过程中，球内气体(　　) A.对外做功，内能不变 B.向外放热，内能减少 C.分子的平均动能变小 D.吸收的热量等于内能的增加量 解析：选A。由于该容器为恒温容器，气球上升过程中球内气体温度不变，内能不变，分子平均动能不变，B、C错误；随着气球上升，水对气球的压强逐渐减小，球内气体压强也逐渐减小，气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体体积逐渐增大，气体对外做功，A正确；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，气体对外做功且内能不变，故球内气体吸收的热量等于气体对外做功的大小，D错误。 2.在如图所示的压强p与热力学温度T的关系图像中，一定质量的理想气体从状态1沿直线变化至状态2，图中的虚线为过坐标原点的倾斜直线。则在该过程中(　　) A.气体分子的平均动能逐渐增加 B.气体的内能逐渐增加 C.气体对外界做功 D.气体向外界放出热量 解析：选D。理想气体从状态1到状态2，热力学温度T不变(图像中T轴坐标不变)。温度是分子平均动能的标志，所以气体分子平均动能不变；理想气体内能只与温度有关，内能也不变，A、B错误；根据理想气体状态方程＝C，T不变，p增大，则体积V减小，即外界对气体做功，C错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为内能不变，ΔU＝0；外界对气体做功，W＞0，所以Q＜0，即气体向外界放出热量，D正确。 3.一定质量的理想气体被密封在容器中，如图所示为其某段时间内的p-V图像，1和2是两条等温线，线段bc平行于V轴，下列说法正确的是(　　) A.a→b过程中，气体温度降低 B.a→b过程中，外界对气体做功 C.b→c过程中，气体从外界吸收热量 D.b→c过程中，容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力增大 解析：选B。由图可知等温线离原点越远，对应的温度越高，故a→b过程中，气体温度升高，A错误；a→b过程中，体积减小，外界对气体做功，B正确；b→c为等压变化，由公式＝C可知，等温线2对应的气体温度比等温线1对应的气体温度低；b→c过程中，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体放出的热量比外界对气体做功多，此过程中压强不变，根据p＝，可得容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力不变，C、D错误。 4.如图所示，一定质量的理想气体经历从A→B→C的变化过程，在此过程中气体从外界吸收了Q＝510 J的热量，气体对外界做了W＝96 J的功。已知状态A时气体压强为pA＝2.4×105 Pa、气体内能UA＝136 J，求： (1)状态B时气体的压强pB； (2)状态C时气体的内能UC。 解析：(1)状态A→B为等容过程，由查理定律得 ＝ 解得pB＝3pA＝7.2×105 Pa。 (2)由热力学第一定律得UC－UA＝Q－W 解得UC＝550 J。 答案：(1)7.2×105 Pa　(2)550 J 5.(生产生活融通题)建筑工地上工人用液态金属浇筑一个金属立柱时，由于工艺缺陷在柱体内部浅层形成了一个不规则的空腔，为修补空腔需要测出空腔的体积，在金属立柱上打一个小孔，用细管将空腔内部与一个封闭的汽缸相连通(如图所示)，做好密封使空腔、汽缸、细管内部组成一个密闭的空间。汽缸上部由横截面积S＝10 cm2的活塞密封，初始状态汽缸内封闭的气体体积为10 L。现对活塞施加一个竖直向下的变力F，使活塞缓慢下移，当汽缸内气体体积变为7 L时，外力F的大小为20 N，上述过程中外力F做的功W1＝28 J。已知外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，不计活塞质量、活塞与汽缸间的摩擦力、细管中气体的体积，大气压强p0＝1.0×105 Pa。求： (1)金属立柱内空腔的体积； (2)汽缸内气体体积由10 L变为7 L的过程中，封闭气体与外界热交换是吸热还是放热，热量是多少。 解析：(1)以整体气体为研究对象，根据玻意耳定律有p0(10 L＋V)＝(7 L＋V) 代入数据解得V＝8 L。 (2)外力F做的功W1＝28 J，汽缸内气体体积由10 L变为7 L的过程中，大气压力对封闭气体做功 W2＝p0ΔV＝1.0×105×(10－7)×10－3 J＝300 J 外力对封闭气体做功W＝W1＋W2＝328 J 外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，则内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知0＝W＋Q 解得Q＝－328 J 则汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量为328 J。 答案：(1)8 L　(2)放热　328 J 6.关于热力学定律，下列说法正确的是(　　) A.热量不可能从低温物体传到高温物体 B.若系统A和系统B之间达到热平衡，则它们的温度一定相同 C.当墨水均匀扩散到整杯清水后，经过足够长的时间，墨水和清水也可能自动分开 D.随着科学技术的发展，汽车热机的效率可达到100％ 答案：选B。 7.(原创)关于永动机的设计思路及可行性，下列说法正确的是(　　) A.第二类永动机不违背能量守恒定律，只要科技足够发达，未来可以制成 B.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，两类永动机均不可能制成 C.第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律，因此都无法实现 D.两类永动机的实质相同，都是因为无法满足能量转化的条件，所以仅存在于设想中 答案：选B。 8.(2025·湖北高考)如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是(　　) A.外力F保持不变 B.密封气体内能增加 C.密封气体对外做正功 D.密封气体的末态压强是初态的2倍 解析：选B。气体温度升高，体积减小，根据＝C，气体压强变大，则外力F增加，A错误；气体温度升高，则气体内能变大，即ΔU ＞ 0，B正确；气体体积减小，则外界对气体做正功，C错误；根据＝C，热力学温度变为原来的2倍，体积减小，则气体压强大于原来的2倍，D错误。 9.如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经状态b、c、d再回到状态a，其中图线bc、da平行于横轴。下列说法正确的是(　　) A.从a到b，气体对外界做功 B.从b到c，气体温度保持不变 C.从c到d，气体内能减小 D.从d到a，气体从外界吸热 解析：选D。从a到b，气体体积减小，故外界对气体做功，A错误；从b到c，气体压强不变、体积减小，根据＝C可知温度减小，B错误；从c到d，根据＝C，整理得p＝CT，可知温度不变时，p-图像为过原点的倾斜直线，故从c到d温度不变，气体内能不变，C错误；从d到a，气体压强不变、体积增大(W＜0)，根据＝C，可知温度升高(ΔU＞0)，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，故该过程气体从外界吸热，D正确。 10.如图所示的p-V图像记录了一定质量的理想气体经历的缓慢变化过程A→B→C，其中A→B段是等容过程，B→C段是绝热过程。已知该理想气体内能与温度的关系为U＝CT，其中C＝10 J/K，A状态的热力学温度为TA＝420 K。求： (1)B和C状态对应的热力学温度； (2)B→C过程中外界对气体所做的功。 解析：(1)A→B过程为等容变化，由查理定律有＝ 解得TB＝176.4 K 对A、C两状态由理想气体状态方程有 ＝ 解得TC＝280 K。 (2)B→C过程中无热传递Q＝0，此过程内能变化为 ΔU＝C(TC－TB)＝1 036 J 由热力学第一定律有W＝ΔU＝1 036 J 可得B→C过程外界对气体做功 W＝1 036 J 答案：(1)176.4 K　280 K　(2)1 036 J 11.如图所示，圆柱形汽缸竖直悬挂于天花板，用横截面积S＝0.04 m2的轻质光滑活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下悬挂质量为m＝80 kg的重物，此时活塞在距离汽缸上底面h1＝0.21 m的A处，气体的温度为T1＝280 K。给汽缸内的电热丝加热，活塞缓慢移动到距离汽缸上底面h2＝0.24 m的B处(图中未画出)，此过程气体内能增加了44 J，大气压为p0＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2。 (1)求活塞在B处时的气体温度T2； (2)求此过程中气体吸收的热量Q。 解析：(1)从A到B为等压变化，由盖-吕萨克定律有＝ 解得T2＝320 K。 (2)活塞从A处到B处的过程中，对活塞受力分析，可得mg＋pS＝p0S 外界对气体做功W＝－pS(h2－h1) 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 解得Q＝140 J。 答案：(1)320 K　(2)140 J 学科网（北京）股份有限公司 $ [课时通关精练(三十九)]　热力学定律与能量守恒定律 (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟) 1.(2025·安徽高考)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体(可视为理想气体)温度不变，则气球上升过程中，球内气体(　　) A.对外做功，内能不变 B.向外放热，内能减少 C.分子的平均动能变小 D.吸收的热量等于内能的增加量 2.在如图所示的压强p与热力学温度T的关系图像中，一定质量的理想气体从状态1沿直线变化至状态2，图中的虚线为过坐标原点的倾斜直线。则在该过程中(　　) A.气体分子的平均动能逐渐增加 B.气体的内能逐渐增加 C.气体对外界做功 D.气体向外界放出热量 3.一定质量的理想气体被密封在容器中，如图所示为其某段时间内的p-V图像，1和2是两条等温线，线段bc平行于V轴，下列说法正确的是(　　) A.a→b过程中，气体温度降低 B.a→b过程中，外界对气体做功 C.b→c过程中，气体从外界吸收热量 D.b→c过程中，容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力增大 4.如图所示，一定质量的理想气体经历从A→B→C的变化过程，在此过程中气体从外界吸收了Q＝510 J的热量，气体对外界做了W＝96 J的功。已知状态A时气体压强为pA＝2.4×105 Pa、气体内能UA＝136 J，求： (1)状态B时气体的压强pB； (2)状态C时气体的内能UC。 5.(生产生活融通题)建筑工地上工人用液态金属浇筑一个金属立柱时，由于工艺缺陷在柱体内部浅层形成了一个不规则的空腔，为修补空腔需要测出空腔的体积，在金属立柱上打一个小孔，用细管将空腔内部与一个封闭的汽缸相连通(如图所示)，做好密封使空腔、汽缸、细管内部组成一个密闭的空间。汽缸上部由横截面积S＝10 cm2的活塞密封，初始状态汽缸内封闭的气体体积为10 L。现对活塞施加一个竖直向下的变力F，使活塞缓慢下移，当汽缸内气体体积变为7 L时，外力F的大小为20 N，上述过程中外力F做的功W1＝28 J。已知外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，不计活塞质量、活塞与汽缸间的摩擦力、细管中气体的体积，大气压强p0＝1.0×105 Pa。求： (1)金属立柱内空腔的体积； (2)汽缸内气体体积由10 L变为7 L的过程中，封闭气体与外界热交换是吸热还是放热，热量是多少。 6.关于热力学定律，下列说法正确的是(　　) A.热量不可能从低温物体传到高温物体 B.若系统A和系统B之间达到热平衡，则它们的温度一定相同 C.当墨水均匀扩散到整杯清水后，经过足够长的时间，墨水和清水也可能自动分开 D.随着科学技术的发展，汽车热机的效率可达到100％ 7.(原创)关于永动机的设计思路及可行性，下列说法正确的是(　　) A.第二类永动机不违背能量守恒定律，只要科技足够发达，未来可以制成 B.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，两类永动机均不可能制成 C.第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律，因此都无法实现 D.两类永动机的实质相同，都是因为无法满足能量转化的条件，所以仅存在于设想中 8.(2025·湖北高考)如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是(　　) A.外力F保持不变 B.密封气体内能增加 C.密封气体对外做正功 D.密封气体的末态压强是初态的2倍 9.如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经状态b、c、d再回到状态a，其中图线bc、da平行于横轴。下列说法正确的是(　　) A.从a到b，气体对外界做功 B.从b到c，气体温度保持不变 C.从c到d，气体内能减小 D.从d到a，气体从外界吸热 10.如图所示的p-V图像记录了一定质量的理想气体经历的缓慢变化过程A→B→C，其中A→B段是等容过程，B→C段是绝热过程。已知该理想气体内能与温度的关系为U＝CT，其中C＝10 J/K，A状态的热力学温度为TA＝420 K。求： (1)B和C状态对应的热力学温度； (2)B→C过程中外界对气体所做的功。 11.如图所示，圆柱形汽缸竖直悬挂于天花板，用横截面积S＝0.04 m2的轻质光滑活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下悬挂质量为m＝80 kg的重物，此时活塞在距离汽缸上底面h1＝0.21 m的A处，气体的温度为T1＝280 K。给汽缸内的电热丝加热，活塞缓慢移动到距离汽缸上底面h2＝0.24 m的B处(图中未画出)，此过程气体内能增加了44 J，大气压为p0＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2。 (1)求活塞在B处时的气体温度T2； (2)求此过程中气体吸收的热量Q。 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