第39讲 热力学定律与能量守恒定律 专项训练-2027届高三物理一轮复习

**基本信息** 以热力学定律为核心，通过三级训练体系构建"概念理解-综合应用-能力培优"的递进式方法体系，强化能量观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础对点练|8题|热力学第一定律ΔU=Q+W应用步骤；气体实验定律与图像结合判断状态变化；热力学第二定律方向性分析|从单一定律理解到多定律综合应用，形成"概念-定律-图像-计算"的逻辑链| |综合提升练|2选择+2计算|p-V图像面积求功；循环过程能量转化分析；实际问题中的模型建构|通过循环过程和实际情境（轮胎胎压）提升综合应用能力，衔接工程实践| |培优加强练|1题|不同过程功热关系比较；等温与非等温过程能量转化差异|深化热力学定律的普适性理解，培养质疑创新思维|

第39讲 热力学定律与能量守恒定律 专项训练 基础对点练 1． 选择题： 对点1　热力学第一定律的理解和应用 1.(2025·重庆卷)易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某次撞击过程中，气袋被压缩(无破损)，不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内气体(视为理想气体)(　　) A.分子热运动的平均动能增加 B.内能减少 C.压强减小 D.对外界做正功 2.(2025·安徽卷)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 3.如图所示，一绝热容器(与外界没有热交换)被隔板K隔开成a、b两部分，a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中(　　) A.气体对外界做功，内能减少 B.气体对外界做功，内能增加 C.气体不做功，内能不变 D.外界对气体做功，内能增加 对点2　热力学第二定律 4.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 对点练3　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 5.(2025·八省联考内蒙古卷)如图所示，一绝热汽缸中理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分，活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦。初始时活塞静止，缓慢倒置汽缸后(　　) A.a部分气体的压强减小 B.b部分气体的温度降低 C.b部分气体的所有分子速率均减小 D.弹簧的弹力一定增大 6.(2026·江苏海安高级中学月考)现利用固定在潜水器体外的一个密闭汽缸做验证性实验:如图，汽缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中(　　) A.活塞对气体所做的功小于气体向外界放出的热量 B.单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数减少 C.被封闭的气体体积与潜水器下潜的深度成反比 D.被封闭的气体压强与潜水器下潜的深度成正比 对点练4　热力学第一定律与图像的综合应用 7.如图，一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过坐标原点O，下列说法正确的是(　　) A.bc过程外界对气体做功 B.ca过程气体压强不变 C.ab过程气体吸收热量 D.ca过程气体内能减小 8.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，气体内能减少 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 综合提升练 1． 选择题： 9.(2026·江苏宿迁期中)一定质量的理想气体从状态A开始，经历A→B→C→A后回到原状态，其V-T图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A.B→C过程气体对外界做功 B.B→C过程每个气体分子的速率都增大 C.A、B状态对应的气体压强之比为9∶1 D.A→B→C→A过程中，气体内能增加 10.如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后，下列说法错误的是(　　) A.弹簧恢复至自然长度 B.活塞两侧气体质量相等 C.与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D.与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 二．计算题： 11.(2025·陕、晋、青、宁卷)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105 Pa~3.5×105 Pa。卡车行驶过程中，一般胎内气体的温度会升高，体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示，温度T1为300 K时，体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa;当胎内气体温度升高到T2为350 K时，体积增大到V2为0.560 m3，气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强p2; (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J，求胎内气体的内能增加量ΔU。 12.(2025·山东卷)如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为p0，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为f0=p0S，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，T1=330 K时，气柱高度为h1，活塞开始缓慢上升;继续缓慢加热至T2=440 K时停止加热，活塞不再上升;再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至T3=400 K时，活塞才开始缓慢下降;温度缓慢降至T4=330 K时，保持温度不变，活塞不再下降。求: (1)T2=440 K时，气柱高度h2; (2)从T1状态到T4状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q(扣除放热后净吸收的热量)。 培优加强练 12.(2026·江苏苏州吴江中学月考)如图所示，一定质量的理想气体分别经历A→B→D和A→C→D两个变化过程。A→B→D过程，气体对外做功为W1，从外界吸收Q1的热量;A→C→D过程为等温变化，气体对外做功为W2，从外界吸收Q2的热量。两过程中(　　) A.W1<W2 B.W2<Q2 C.W1=Q1 D.Q1-W1>Q2-W2 参考答案： 1.答案　A解析　气袋被压缩且绝热(无热交换)，袋内气体视为理想气体。绝热压缩时外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能由温度决定，分子热运动的平均动能增加，故A正确，B错误; 根据理想气体状态方程=C，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C错误;气体体积减小，外界对气体做功，气体对外界做负功，故D错误。 2.答案　A解析　理想气体的温度不变，则内能不变，气体分子的平均动能不变，B、C、D错误;气球上升过程中，球内气体压强减小，由玻意耳定律可知气体体积增大，对外做功，A正确。 3.答案　C解析　稀薄气体向真空扩散没有做功，W=0;绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q=0。根据热力学第一定律可知内能不变，故C正确。 4.答案　C解析　宇宙中的下限温度为零下273.15 ℃，故A错误;第二类永动机违背了热力学第二定律，故B错误;做功和热传递对改变物体的内能是等效的，故C正确;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。 5.答案　B解析　初始时活塞静止，缓慢倒置汽缸后，a部分气体体积减小，b部分气体体积增大，由于是绝热汽缸和绝热活塞，则Q=0，根据热力学第一定律有ΔU=W，可得ΔUa>0，ΔUb<0，则a的温度升高，b的温度降低，b的气体分子的平均速率减小，并不是所有分子速率均减小，根据理想气体状态方程=C可知，a的压强增大，b的压强减小，故A、C错误，B正确;由于不知初始状态a、b两部分气体的压强以及弹簧处于哪种状态，所以无法判断倒置汽缸后弹簧的弹力的变化，D错误。 6.答案　A解析　因为轻质导热活塞可自由移动，所以封闭气体的压强等于外界压强。在潜水器缓慢下潜过程中，海水温度T逐渐降低，外界压强增大，气体压强增大，根据理想气体状态方程=C可知气体体积V减小，外界对气体做功，W>0，又因为温度降低，气体内能减少，ΔU<0，由ΔU=W+Q可知Q=ΔU-W<0，则气体向外界放热，且活塞对气体所做的功小于气体向外界放出的热量，故A正确;温度降低，分子平均动能减少，平均速率减小，气体压强增大，则单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故B错误;设潜水器下潜深度为h，外界压强p=p0+ρgh，由=C可知，当温度降低时V与潜水器下潜的深度h不成反比，故C错误;由外界压强p=p0+ρgh，可知压强p与深度h是一次函数关系，但不是正比关系，故D错误。 7.答案　A解析　由于bc过程气体体积减小，则外界对气体做功，A正确;根据pV=CT(C为常量)可得V=T，根据题图可知，ca过程，图线上的点与坐标原点连线的斜率增大，则p减小，气体温度升高，内能增大，B、D错误;ab过程气体温度不变，内能不变，即ΔU=0，体积减小，外界对气体做功，即W>0，结合热力学第一定律ΔU=Q+W可知，Q<0，即气体放出热量，C错误。 8.答案　D解析　1→2过程中，气体体积减小，外界对气体做功，W>0，该过程是绝热过程，Q=0，由热力学第一定律ΔU=Q+W知ΔU>0，气体内能增加，A错误;2→3过程中，气体体积增大，对外界做功，W<0，气体压强不变，由盖-吕萨克定律=C可知温度升高，内能增加，ΔU>0，由热力学第一定律ΔU=Q+W知Q>0，气体从外界吸收热量，B错误;3→4过程中，气体体积增大，对外界做功，W<0，该过程是绝热过程，Q=0，由热力学第一定律ΔU=Q+W知ΔU<0，气体内能减少，C错误;4→1过程中，气体体积不变，外界对气体不做功，W=0，气体压强减小，体积不变，由查理定律=C可知温度降低，内能减少，ΔU<0，由热力学第一定律ΔU=Q+W知Q<0，气体向外界释放热量，D正确。 9.答案　C解析　B→C过程，气体体积不变，气体对外界不做功，故A错误;B→C过程，气体温度升高，气体分子平均动能增加，平均速率增大，但不是每个气体分子的速率都增大，故B错误;根据理想气体状态方程可得=，可得A、B状态对应的气体压强之比pA∶pB=9∶1，故C正确;A→B→C→A过程中，气体在初、末状态的温度相同，所以气体内能不变，故D错误。 10.答案　B解析　初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不严，左侧气体向右侧真空逸散，左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，故弹簧恢复原长，A正确;由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，B错误;密闭的汽缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，由能量守恒定律可知气体内能增加，C正确;初始时气体在左侧，最终气体充满整个汽缸，则左侧单位体积内气体分子数减少，D正确。 11.答案　(1)3.3×105 Pa　(2)6.6×104 J 解析　(1)对胎内理想气体，根据理想气体状态方程有= 代入数据解得p2=3.3×105 Pa。 (2)根据p-V图像与横轴所围图形面积表示胎内气体做功可知， 此过程外界对气体做的功 W=-×105×(0.560-0.528) J=-1.008×104 J 根据热力学第一定律有ΔU=Q+W 又Q=7.608×104 J 解得ΔU=6.6×104 J。 12.答案　(1)h1　(2)p0Sh1 解析　(1)从T1状态到T2状态，封闭气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律有= 其中V1=Sh1，V2=Sh2 联立解得h2=h1。 (2)从T1状态到T4状态，封闭气体的温度不变，则整个过程内能变化量ΔU=0 T1状态到T2状态，活塞缓慢上升，则活塞所受摩擦力方向向下， 由平衡条件有p0S+f0=p1S 解得p1=p0 从T2状态到T3状态，封闭气体发生等容变化，由查理定律有= 解得p3=p0 从T3状态到T4状态，封闭气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律有= 其中V4=Sh4 解得h4=h1 则从T1状态到T4状态，外界对封闭气体做的功为 W=-[p1S(h2-h1)-p3S(h2-h4)]=-p0Sh1 由热力学第一定律ΔU=W+Q和ΔU=0可知， 封闭气体吸收的净热量为Q=-W=p0Sh1。 13.答案　C解析　由题图可知，两过程气体体积都变大，气体均对外做功，p-V图像与坐标轴所围图形的面积表示外界对气体做的功，A→B→D过程图像与坐标轴所围图形的面积大于A→C→D过程图像与坐标轴所围图形的面积，可知W1>W2，故A错误;A→C→D过程为等温过程，内能不变，ΔU=0，又因为气体对外做功，W<0，根据热力学第一定律得Q2-W2=ΔU=0，则Q2=W2，故B错误;A→B→D过程，ΔU=0，W<0，根据热力学第一定律得Q1-W1=ΔU=0，则Q1=W1，故C正确;综上可知Q1-W1=Q2-W2，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $