第52讲 热衡知理・热力学定律深度破译题型专项训练 -2027届高考物理一轮复习

第52讲 热衡知理・热力学定律深度破译题型专项训练 〖组卷模式：解题口诀+高考考向+题型专练〗 题型01 图析能变・热力学第一定律与气体图像 1 题型02 热律交融・气体过程与能量关联推演 6 题型03 熵判方向・热力学第二定律理解应用 11 题型01 图析能变・热力学第一定律与气体图像 解题口诀：图像读懂过程线，体积升降判做功，符号辨清吸放热，内能变化一眼判。 高考考向：利用p‑V、p‑T、V‑T图像，深度考查热力学第一定律，由图像识别等温、等容、等压、绝热过程，判断做功、吸放热、内能变化，多选高频，符号正负是主要失分点。 1.（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）一定质量的理想气体由状态经状态、变化到状态，图像如图所示，则（　　） A．状态的温度比状态的高 B．状态的内能比状态的大 C．、过程气体对外做的功相等 D．过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 2.（2026·山东·高考真题）一定质量的理想气体由状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，两种状态下气体分子的速率分布如图所示，图中是速率附近单位速率区间内分子数占总分子数的百分比。下列说法正确的是（　　） A．气体一定从外界吸收热量 B．气体中每个分子的速率都增加 C．速率附近单位速率区间内的分子数增加 D．气体中速率在区间的分子数占总分子数的比例减小 3.（2025·甘肃·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是（　　） A．A→B过程为吸热过程 B．B→C过程为吸热过程 C．状态A压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 4．一定质量理想气体体积随摄氏温度变化的图像如图所示，过程为，图线与图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（　　） A．从到过程，气体对容器壁单位面积的作用力减小 B．从到过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从到过程，所有气体分子的动能增大 D．从到过程，气体分子数密度增大 5．如图所示是一种外燃式热机的斯特林循环，一定质量的理想气体经ABCDA完成一个循环过程，和均为等温过程，和均为等容过程。下列说法正确的是（　　） A．图中温度 B．的过程中，每个气体分子的速率均增大，气体分子撞击气缸的频率增大 C．的过程中气体对外界做的功大于的过程中外界对气体做的功 D．经过一个斯特林循环，气体一定向外界放热 6．在研究热机效率与微观机制时， 科学家常借助理想气体模型分析热力学过程。如图为一定质量的理想气体经历 循环过程中气体压强 p 与热力学温度 T 的关系图像。已知 AB、BC 分别与横轴和纵轴平行，CA 延长线过坐标原点。下列说法正确的是（　　） A． 过程，气体的体积将增大 B． 过程，单位时间撞击器壁单位面积的分子数增多 C． 过程，每个气体分子的动能均保持不变 D． 过程，气体放出的热量小于气体内能的减少量 7．卡诺循环是只有两个热源的简单循环。一定质量的理想气体经历如图所示的卡诺循环过程，该循环由、两个等温过程和、两个绝热过程组成。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态的温度低于在状态的温度 B．过程中单位时间内气体分子碰撞单位面积器壁的次数不变 C．过程中气体从外界吸收的热量等于过程中放出的热量 D．过程中气体对外做的功等于过程中外界对气体做的功 8．如图所示，一定质量的理想气体经完成循环过程，与纵轴平行，与横轴平行，其中过程为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体内能减少 B．过程中，单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少 C．状态的体积和压强满足 D．过程中，气体从外界吸收热量 9．向袋装薯片包装袋内充入氮气，既抑制微生物繁殖与氧化反应，又能缓冲运输途中的冲击。袋装薯片中的密封氮气（视为理想气体）从状态a开始经a→b→c→a这一循环回到原状态，该过程中氮气的图像如图所示。已知ab反向延长线过O点，bc平行于p轴，ca平行于V轴，氮气在状态a、b的压强分别为、，氮气在状态a的体积为。对于袋内氮气，下列说法正确的有（　　） A．a→b过程中氮气分子的平均动能保持不变 B．b→c过程中氮气对外界放出的热量等于氮气内能的减少量 C．c→a过程中单位时间内撞击单位面积包装袋的氮气分子个数增加 D．完成a→b→c→a过程，氮气从外界吸收热量 10．一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）。 11．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。 12．如图甲所示，有一开口向下，高度为、底面积为的绝热气缸固定在水平面上，气缸内部有加热装置，在缸口处有固定卡环，绝热活塞与气缸内壁之间无摩擦力。将一定质量的理想气体封闭在活塞上方，开始时封闭气体的温度为，压强为，活塞正好位于气缸的中间位置。现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的由的状态变化过程，图中标出的量为已知量。已知外界大气压强为，重力加速度为，活塞的厚度不计，求： (1)活塞的质量以及活塞刚运动到卡环时缸内气体的温度； (2)若已知气体的内能为（为已知常量），求过程中缸内气体吸收的热量。 题型02 热律交融・气体过程与能量关联推演 解题口诀：气体过程定参量，做功看体积升降，第一定律配状态方程联立求解。 高考考向：将理想气体状态变化与热力学第一定律融和，气缸、液柱模型关联计算题高频，既要计算p、V、T参量，也要分析内能、做功、吸放热，热学大题主流命题形式。 13.（2026·浙江·高考真题）如图所示，导热良好的瓶内，用一质量为m1、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，在活塞上方有质量为的液体。初始时，瓶内气体处于状态 A，体积为。将一根质量不计的细管插入液体，液体在细管中上升到一定高度后保持静止，随后通过细管缓慢吸走全部液体，此时瓶内气体处于状态B。环境温度保持不变，从状态A到状态 B 过程中，气体吸收热量。已知，，，，大气压强，g=10m/s2。 (1)图中液体________（选填“浸润”或“不浸润”）管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，管内液面将________（选填“升高”、“不变”或“降低”）； (2)求气体在状态B时的体积； (3)求气体从状态A到状态B过程中对外做的功。 14.（2026·江苏·高考真题）压缩空气储存能量的某个过程中，一定质量的空气从状态压缩至温度相同的状态，此过程中外界对空气做功为。已知状态的压强为、体积为，状态的体积为，空气可视为理想气体。求： (1)该过程气体放出的热量； (2)状态的压强。 15.（2026·云南·高考真题）某同学制作了一个简易气动装置，可简化为如图所示的模型。水平汽缸A和竖直汽缸B固定在气压为的恒温环境中，其活塞a、b的横截面积分别为、。两汽缸通过细管连通，汽缸A内壁光滑，汽缸B内壁与活塞b间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个装置气密性和导热性良好。不计活塞的质量和厚度，重力加速度为g。 (1)打开气阀K，在活塞b上用轻质细线悬挂重物，逐渐增加重物的质量，当重物质量为m时活塞b刚要开始向下运动，求汽缸B内壁与活塞b间的最大静摩擦力大小； (2)在（1）问操作后关闭气阀K，封闭体积为的气体（视为理想气体），然后用水平拉力向右缓慢拉动活塞a，直到重物刚要开始向上运动，已知此过程中气体吸收的热量为Q，求该过程活塞a的位移大小及拉力对活塞a做的功； (3)在（2）问操作后继续缓慢拉动活塞a，使重物上升高度H，此时活塞b未到达汽缸B的顶部，求该过程中水平拉力对活塞a做的功。 16．气压传动是利用压缩空气为动力源，实现机械传动的方式，下图为其结构简化图，传动装置由水平气缸、弯管与足够高的竖直气缸构成，竖直气缸与大气相通。活塞1与水平气缸右端距离为，初始时刻处于静止状态，活塞2紧靠竖直气缸底端。现缓慢向右推动活塞1，随后活塞2缓慢向上运动。已知大气压强为，活塞1的面积为，活塞2的面积为、质量为。重力加速度为，不计一切摩擦与弯管气体的体积，气体温度保持不变。 (1)当活塞2开始移动时，求活塞1运动的距离； (2)若已知活塞1被推至水平气缸最右端的过程中，活塞1对气体做功为，求气体放出的热量。 17．高度为L的直立气缸有两个通气阀门，气缸四壁轻薄且视为刚性，如图甲所示，底部与活塞之间用轻质弹簧连接，活塞静止时恰好位于气缸正中间（见图甲），活塞与气缸之间密闭性良好且无摩擦。已知弹簧原长为L，弹簧体积不计。关闭通气阀门后，将气缸缓慢逆时针放倒，活塞再次静止时，与气缸左壁的距离为，如图乙所示。已知气缸内的温度保持不变，大气压强为，活塞面积为S，活塞厚度不计，重力加速度为g。 (1)求图乙中左、右侧气体的压强之比； (2)求活塞的质量； (3)若从图甲到图乙，左侧气体对活塞做功为，那么左侧气体吸热（或放热）是多少？ 18．如图所示，一根劲度系数的轻质弹簧上端固定，下端与一质量为的绝热活塞连接并悬挂一绝热气缸。活塞与气缸内封闭着一定质量的理想气体。气缸内部带有加热装置，顶部开口且有卡扣，以保证活塞不会脱离。气缸内部高为、底面积为，缸内气体初始温度为，活塞到气缸底部的距离为，弹簧被拉伸了。现缓慢加热气体使气缸下降到活塞恰好到达气缸顶部。已知大气压强恒为，重力加速度为，忽略活塞和气缸壁的厚度及加热装置的体积，不计一切摩擦。求： (1)绝热气缸的总质量； (2)活塞恰好到达气缸顶部时封闭气体的温度； (3)已知在整个加热过程中，气体吸收的热量为，求气体内能的变化量。 19．如图所示，内部高h=30.0cm的圆柱形金属腔体竖直放置，内部用不计厚度的活塞将腔体分隔为上、下两部分，上部通过小孔与大气连通，下部封闭有一定质量的理想气体，初始时，活塞处于静止状态，下部封闭气体高度为h1=20.0cm，温度为T1=300K。当环境温度从T1缓慢升高至T2=330K时，活塞缓慢上移，下部封闭气体从外界吸收热量Q=37.5J。已知活塞面积S=50cm2、质量m=5.0kg，大气压强恒为p0=1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，活塞与腔壁无摩擦，气体温度始终与环境温度相同。求： (1)初始时下部封闭气体的压强p1； (2)当环境温度升高至T2时，活塞上升的高度∆h； (3)环境温度从T1升高至T2的过程中，下部封闭气体内能的增加量∆U。 20．供暖管上的温度计及其内部结构如图，滑片把圆环分成Ⅰ、Ⅱ两部分，Ⅰ密封一定质量的理想气体，紧贴供暖管上的导热片，Ⅱ与大气相通，滑片可沿圆环无摩擦自由滑动。已知大气压强为，供暖前温度计指示-3℃，Ⅰ区内气体体积为，供暖后温度计指示42℃。若供暖前后，Ⅰ区内气体吸收了的热量。求： (1)供暖后，Ⅰ区内气体的体积； (2)供暖前后，Ⅰ区内气体内能的变化量。 21．如图所示，一汽缸固定在水平桌面上，汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞横截面积为。活塞与汽缸壁导热良好，活塞可在汽缸中无摩擦滑动，轻绳跨过定滑轮将活塞和地面上质量为的重物连接。开始时绳子刚好伸直且张力为零，活塞离缸底距离为，温度，外界大气压强。取重力加速度，缓慢降低缸内气体的温度，不计绳与滑轮间的摩擦，求： (1)重物刚好离开地面时，缸内气体的温度； (2)缸内气体的温度缓慢降低到时，活塞对封闭气体做的功。 22．小宁同学在实验室中使用导热性能良好的圆底烧瓶，进行如下实验探究：装置如图所示，空烧瓶上通过橡胶塞连接一根两端开口的细玻璃弯管，向玻璃管水平部分注入一段水柱来封闭气体，瓶内气体温度变化时，会观察到水柱移动。某次实验时室温为，大气压为，封闭的气体体积为，此时水柱水平且静止。双手握住瓶身，水柱开始缓慢水平向外移动（始终未流出玻璃管），待水柱不再移动时，瓶内气体温度升高了，在此过程中双手向瓶内气体传递的热量为。烧瓶内气体可视为理想气体且无质量变化。求稳定后： (1)烧瓶内气体压强； (2)烧瓶内气体的体积变化量； (3)烧瓶内气体内能的变化量。 23．如图甲所示，开口向上的绝热气缸内用横截面积、质量的绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，气缸内气体的温度，活塞静止时距气缸底的高度为。阻值的电热丝密封在气缸内，电热丝的一端连接一个匝数为2000匝、横截面积为的线圈，线圈总电阻。时刻，在线圈所在空间内加一垂直于线圈平面向里的磁场，磁感应强度按照图乙所示规律变化，时刻撤去磁场，经过足够长时间，活塞缓慢升高了，此时气缸内气体的温度为，该过程中气体的内能增加了359.6J。已知活塞可在气缸内无摩擦滑动且不漏气，电热丝的体积忽略不计，电热丝产生的焦耳热完全被气体吸收，外界大气压强始终为，重力加速度，求： (1)温度及整个过程中气体吸收的热量； (2)所加磁场的时间。 24．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈接在电压峰值为的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻值为的电热丝，设电阻丝自身升温所需热量以及所占的体积忽略不计，绝热容器A的容积为。A容器通过一绝热细管与一竖直的横截面积为的绝热容器C相连，容器C上有质量为m＝10kg的绝热活塞封闭，活塞与C容器间无摩擦。现有一定质量理想气体封闭在两容器中，开始时容器内气体温度为，活塞离容器底高度为，大气压强为，接通电源对电阻丝加热放出热量，使C中活塞缓慢移动，当稳定时容器内气体温度为，电阻丝加热放出热量Q＝900J。不考虑容器吸收热量，重力加速度大小。 (1)求变压器的输出功率； (2)求达到平衡时容器C中活塞移动的位移大小； (3)若电热丝产生的热量全部被气体吸收，求电阻丝加热放出Q＝900J热量所用的通电时间和容器中气体增加的内能。 题型03 熵判方向・热力学第二定律理解应用 解题口诀：热传有方向，熵增是大势，两类表述分清，永动两类辨虚实。 高考考向：考查热力学第二定律两种表述、熵增加原理，辨析第一类、第二类永动机，判断热过程能否自发发生，以选择判断为主，侧重概念理解，常联系生活实例。 25.（2026·湖南·高考真题）如图，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是（　　） A．空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B．一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 C．该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D．该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 26．某个冬天的早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10℃水置于该房间内，则下列说法正确的是（　　） A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体 B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变 C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱 D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动 27．半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温（800到1250摄氏度）状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是（　　） A．这种渗透过程是自发可逆的 B．硅晶体具有光学上的各向同性 C．这种渗透过程是分子的扩散现象 D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加 28．布雷顿循环是一种热力循环，常用于核反应堆燃气轮机和航空发动机等领域。该循环由两个等压过程、两个绝热过程构成，其压强p和体积的关系如图所示。如果将工作物质看作理想气体，下列说法中正确的是（　　） A．状态的温度低于状态的温度 B．经过一个布雷顿循环，气体吸收的热量大于放出的热量 C．该热机工作时，能将吸收的热量全部转化为对外做功而不引起其它变化 D．到过程，外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量 29．热泵空调被广泛视为缓解电动汽车冬季续航焦虑的关键技术之一，其核心原理是通过“逆卡诺循环”实现热量的搬运，它能在冬季从低温环境中提取热量送入车厢，能效比（制热量与耗电量之比）在2.0~4.5之间，可提升续航20~30km。关于热泵空调，下列说法正确的是（　　） A．其工作过程违背了热力学第二定律 B．制热循环中，其向车厢放出的热量全部来自消耗的电能 C．在绝热压缩过程中，压缩机对制冷剂（视为理想气体）做功，可使其升压升温 D．当制冷剂温度升高时，组成它的所有分子的热运动速率都增大 30．从2026年起，我国停止生产水银体温计。关于水银体温计，下列说法正确的是（　　） A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃 B．水银吸热温度升高后，所有水银分子热运动速率都会加快 C．玻璃泡中的液体内部的水银分子间距离较近，彼此间只存在斥力 D．体温计测温时只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第一定律 31．如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 32．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（　　） A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 33．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分，A内充满气体，B内为真空。现抽开隔板，让A中气体进入B并最终达到平衡状态，则（　　） A．气体的内能始终不变 B．气体的压强始终不变 C．气体分子的平均动能将减小 D．B中气体不可能自发地再全部回到A中 34．某种理想气体的内能公式可表示为，其中为物质的量，为理想气体常数，为热力学温度。如图所示，一个容器被隔板均分为、两部分，其中充满质量相等的理想气体，它们的压强分别为、，温度分别为、。抽取隔板后，如果容器与外界没有能量交换，经过足够长的时间，稳定后容器内的气体压强为，温度为。则以下说法正确的是（　　） A．、两部分气体体积膨胀，对外做功，气体的总内能减少 B．抽取隔板前、两部分气体压强和温度满足 C．稳定后容器内气体的温度 D．由于气体分子运动的无规则性，抽取隔板后到稳定的过程自发可逆 35．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 36．如图1所示，一质量为m、横截面积为S的活塞将一部分气体封闭在导热圆柱形容器内，活塞能无摩擦地滑动。开始时封闭气体的温度为（低于环境温度），活塞与容器底部的距离为h。当气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升高度d后再次平衡。大气压恒为，环境温度保持不变，重力加速度为g。 (1)求环境温度T； (2)如图2所示，在推力F的作用下，活塞缓慢下移至初始位置，此过程气体向外界放出热量Q，求此过程推力F对活塞所做的功W。 (3)如图所示，下列热机工作过程的能流分配正确，且能自发进行的是________。 A． B． C． D． 1 / 37 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第52讲 热衡知理・热力学定律深度破译题型专项训练 〖组卷模式：解题口诀+高考考向+题型专练〗 题型01 图析能变・热力学第一定律与气体图像 1 题型02 热律交融・气体过程与能量关联推演 11 题型03 熵判方向・热力学第二定律理解应用 23 题型01 图析能变・热力学第一定律与气体图像 解题口诀：图像读懂过程线，体积升降判做功，符号辨清吸放热，内能变化一眼判。 高考考向：利用p‑V、p‑T、V‑T图像，深度考查热力学第一定律，由图像识别等温、等容、等压、绝热过程，判断做功、吸放热、内能变化，多选高频，符号正负是主要失分点。 1.（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）一定质量的理想气体由状态经状态、变化到状态，图像如图所示，则（　　） A．状态的温度比状态的高 B．状态的内能比状态的大 C．、过程气体对外做的功相等 D．过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 【答案】BD 【详解】A．根据题意，由图可知，从过程中，气体的压强不变，气体做等压变化，由于气体体积增大，则气体温度升高，可知，状态a的温度比状态b的低，故A错误； B．从过程中，结合图像，由理想气体状态方程有 解得 可知，状态b的温度比状态c的高，则状态b的内能比状态c的大，故B正确； C．根据图像的面积表示气体做功，由图可知，过程中，气体对外做功为 过程中，气体对外做功为 可知，、过程气体对外做的功不相等，故C错误； D．由图可知，过程气体的压强不变，气体做等压变化，由于气体体积增大，则气体温度升高，气体的内能增大，由热力学第一定律可知，过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量，故D正确。 故选BD。 2.（2026·山东·高考真题）一定质量的理想气体由状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，两种状态下气体分子的速率分布如图所示，图中是速率附近单位速率区间内分子数占总分子数的百分比。下列说法正确的是（　　） A．气体一定从外界吸收热量 B．气体中每个分子的速率都增加 C．速率附近单位速率区间内的分子数增加 D．气体中速率在区间的分子数占总分子数的比例减小 【答案】D 【详解】根据理想气体分子速率分布规律：温度越高，分子平均速率越大，速率分布曲线的峰值向速率更大的方向移动，且峰值降低、曲线更平缓。由此可知，图中状态Ⅱ温度高于状态Ⅰ，气体从Ⅰ到Ⅱ温度升高。 A．一定质量理想气体的内能仅与温度有关，温度升高则内能增大。根据热力学第一定律，若外界对气体做功，则可能，气体可能是放热，A错误； B．温度升高是分子平均速率增大，属于统计规律，不代表每个分子的速率都增加，B错误； C．f(v)的物理意义是速率附近单位速率区间内分子数占总分子数的百分比，由图可知状态Ⅱ在处的小于状态Ⅰ，因此附近单位速率区间内的分子数减少，C错误； D．状态Ⅱ的峰值右移，速率小于的占比减少、速率大于的占比增加，由图可知，区间图像面积减小，则气体中速率在区间的分子数占总分子数的比例减小，D正确。 故选D。 3.（2025·甘肃·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是（　　） A．A→B过程为吸热过程 B．B→C过程为吸热过程 C．状态A压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 【答案】ACD 【详解】A．A→B过程，体积不变，则W=0，温度升高，则∆U>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q 可知Q>0，即该过程吸热，选项A正确； B．B→C过程，温度不变，则∆U=0，体积减小，则W>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q 可知Q<0，即该过程为放热过程，选项B错误； C．A→B过程，体积不变，温度升高，根据 可知，压强变大，即状态A压强比状态B压强小，选项C正确； D．状态A的温度低于状态C的温度，可知状态A的内能比状态C的小，选项D正确。 故选ACD。 4．一定质量理想气体体积随摄氏温度变化的图像如图所示，过程为，图线与图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（　　） A．从到过程，气体对容器壁单位面积的作用力减小 B．从到过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从到过程，所有气体分子的动能增大 D．从到过程，气体分子数密度增大 【答案】B 【详解】A．从到过程为等压过程，气体压强不变，可知气体对容器壁单位面积的作用力不变，A错误； B．从到过程，气体温度不变，内能不变；体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量等于外界对气体做功，B正确； C．从到过程，气体温度升高，气体分子的平均动能变大，但并非所有气体分子的动能都增大，C错误； D．从到过程，气体体积变大，则分子数密度减小，D错误。 故选B。 5．如图所示是一种外燃式热机的斯特林循环，一定质量的理想气体经ABCDA完成一个循环过程，和均为等温过程，和均为等容过程。下列说法正确的是（　　） A．图中温度 B．的过程中，每个气体分子的速率均增大，气体分子撞击气缸的频率增大 C．的过程中气体对外界做的功大于的过程中外界对气体做的功 D．经过一个斯特林循环，气体一定向外界放热 【答案】C 【详解】A．是等容过程，则有，，则，故A错误； B．的过程中，气体的体积不变，气体分子的密集程度不变，温度升高，分子运动越剧烈，分子撞击气缸的频率增大，压强变大，但不是每个分子的速率均增大，故B错误； C．的过程中气体的平均压强大于的过程中气体的平均压强，两过程气体的体积变化量相同，则的过程中气体对外界做的功大于的过程中外界对气体做的功，故C正确； D．图像的面积表示气体对外界做的功，经过一个斯特林循环，气体对外界做正功，由 可得，，则，气体从外界吸热，故D错误。 故选C。 6．在研究热机效率与微观机制时， 科学家常借助理想气体模型分析热力学过程。如图为一定质量的理想气体经历 循环过程中气体压强p与热力学温度T的关系图像。已知AB、BC分别与横轴和纵轴平行，CA 延长线过坐标原点。下列说法正确的是（　　） A． 过程，气体的体积将增大 B． 过程，单位时间撞击器壁单位面积的分子数增多 C． 过程，每个气体分子的动能均保持不变 D． 过程，气体放出的热量小于气体内能的减少量 【答案】A 【详解】A．根据理想气体状态方程，有 过程，温度升高，压强不变，气体的体积将增大，故A正确； B．过程，温度升高，分子的平均动能增大，压强不变，气体的体积将增大，分子数密度减小，单位时间撞击器壁单位面积的分子数减少，故B错误； C． 过程，温度不变，分子的平均动能不变，并不是每个气体分子的动能均保持不变，故C错误； D．根据理想气体状态方程，有 变形可得，可知 过程体积不变，气体做功为0，即W=0 温度降低，气体的内能减少,即 根据热力学第一定律，有 可知，即气体放出的热量等于气体内能的减少量，故D错误。 故选A。 7．卡诺循环是只有两个热源的简单循环。一定质量的理想气体经历如图所示的卡诺循环过程，该循环由、两个等温过程和、两个绝热过程组成。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态的温度低于在状态的温度 B．过程中单位时间内气体分子碰撞单位面积器壁的次数不变 C．过程中气体从外界吸收的热量等于过程中放出的热量 D．过程中气体对外做的功等于过程中外界对气体做的功 【答案】D 【详解】A．过程，气体的体积增大，故气体对外做功，由于该过程为绝热过程，没有热交换，则根据热力学第一定律有 即气体的内能减少，所以气体的温度降低，即气体在状态的温度高于在状态的温度，故A错误； B．是等温压缩过程，气体的温度不变，故分子的平均动能不变；由于此过程气体的体积减小，分子数密度增大，所以单位时间内气体分子碰撞单位面积器壁的次数会增加，故B错误； C．是等温膨胀过程，气体对外做功，吸收的热量等于对外做的功，即 是等温压缩过程，外界对气体做功，放出的热量等于外界对气体做的功，即 由于图像与坐标轴围成的面积表示气体对外界做的功（或外界对气体做的功），由题图可知 所以 即过程中气体从外界吸收的热量大于过程中放出的热量，故C错误； D．从气体的温度不变，所以气体的内能不变；从气体的温度降低，内能减小；从气体的温度不变，内能不变；从气体的温度升高内能增大，且此时回到初始状态与初始内能相同，所以过程气体内能的减少量等于过程气体内能的增加量，且这两个过程均绝热，故这两个过程做功数值大小相等，即过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功，故D正确。 故选D。 8．如图所示，一定质量的理想气体经完成循环过程，与纵轴平行，与横轴平行，其中过程为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体内能减少 B．过程中，单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少 C．状态的体积和压强满足 D．过程中，气体从外界吸收热量 【答案】BC 【详解】A．由图可知，过程中，气体的压强不变，体积增大，根据盖-吕萨克定律可知，气体温度升高，内能增大，故A错误； B．由图可知，过程中，气体的体积不变，压强减小， 因此单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少，故B正确； C．由题可知，过程为等温过程，根据玻意耳定律可得 由图可知为等容过程，且， 则有 因此，故C正确； D．由题可知，过程为等温过程，气体的内能不变，即 气体体积减小，外界对气体做功，即 根据热力学第一定律 解得，即气体放出热量，故D错误。 故选BC。 9．向袋装薯片包装袋内充入氮气，既抑制微生物繁殖与氧化反应，又能缓冲运输途中的冲击。袋装薯片中的密封氮气（视为理想气体）从状态a开始经a→b→c→a这一循环回到原状态，该过程中氮气的图像如图所示。已知ab反向延长线过O点，bc平行于p轴，ca平行于V轴，氮气在状态a、b的压强分别为、，氮气在状态a的体积为。对于袋内氮气，下列说法正确的有（　　） A．a→b过程中氮气分子的平均动能保持不变 B．b→c过程中氮气对外界放出的热量等于氮气内能的减少量 C．c→a过程中单位时间内撞击单位面积包装袋的氮气分子个数增加 D．完成a→b→c→a过程，氮气从外界吸收热量 【答案】BCD 【详解】A．题图可知状态b的压强与体积的乘积大于状态a的压强与体积的乘积，根据可知，状态b的温度大于状态a的温度，因此a→b过程中氮气分子的平均动能增大，故A错误； B．b→c过程中，压强减小、氮气体积不变（W=0），根据查理定律可知，该过程气体温度降低，气体内能减小（），根据 可知b→c过程中氮气对外界放出的热量等于氮气内能的减少量，故B正确； C．c→a过程中，气体压强不变、体积减小，根据盖-吕萨克定律可知，该过程温度降低，分子平均动能减小，因此c→a过程中单位时间内撞击单位面积包装袋的氮气分子个数增加，故C正确； D．题图可知a→b过程气体对外做功（因为气体体积增大）且设为，b→c过程气体不做功（因为气体体积不变），c→a过程外界对气体做功（因为气体体积减小）且设为，由于图面积表示功，由图可知，即整个过程气体对外做的功大于外界对气体做的功，即总功 因为整个过程内能变化量为0，根据热力学第一定律可知，故完成a→b→c→a过程，氮气从外界吸收热量，故D正确。 故选BCD。 10．一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）。 【答案】(1)(2) 【详解】（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 11．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 12．如图甲所示，有一开口向下，高度为、底面积为的绝热气缸固定在水平面上，气缸内部有加热装置，在缸口处有固定卡环，绝热活塞与气缸内壁之间无摩擦力。将一定质量的理想气体封闭在活塞上方，开始时封闭气体的温度为，压强为，活塞正好位于气缸的中间位置。现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的由的状态变化过程，图中标出的量为已知量。已知外界大气压强为，重力加速度为，活塞的厚度不计，求： (1)活塞的质量以及活塞刚运动到卡环时缸内气体的温度； (2)若已知气体的内能为（为已知常量），求过程中缸内气体吸收的热量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）初始状态时气体压强，体积，温度，对活塞受力分析有，外界大气压力向上，内部气体压力向下，活塞重力向下。由平衡条件，得 解得 从是等压过程，体积从变为。根据盖•吕萨克定律有 代入数据解得。 （2）是等压过程，气体等压膨胀，对外做功 内能变化 根据热力学第一定律，有 是等容变化，气体体积不变，对外做功 由查理定律有 解得 内能变化 根据热力学第一定律 过程中缸内气体吸收的热量。 题型02 热律交融・气体过程与能量关联推演 解题口诀：气体过程定参量，做功看体积升降，第一定律配状态方程联立求解。 高考考向：将理想气体状态变化与热力学第一定律融和，气缸、液柱模型关联计算题高频，既要计算p、V、T参量，也要分析内能、做功、吸放热，热学大题主流命题形式。 13.（2026·浙江·高考真题）如图所示，导热良好的瓶内，用一质量为m1、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，在活塞上方有质量为的液体。初始时，瓶内气体处于状态 A，体积为。将一根质量不计的细管插入液体，液体在细管中上升到一定高度后保持静止，随后通过细管缓慢吸走全部液体，此时瓶内气体处于状态B。环境温度保持不变，从状态A到状态 B 过程中，气体吸收热量。已知，，，，大气压强，g=10m/s2。 (1)图中液体________（选填“浸润”或“不浸润”）管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，管内液面将________（选填“升高”、“不变”或“降低”）； (2)求气体在状态B时的体积； (3)求气体从状态A到状态B过程中对外做的功。 【答案】(1) 浸润 升高(2)420cm3(3)2.05J 【详解】（1）[1][2]图中管中液面上升且液面呈现凹状，则液体浸润管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，毛细现象更加明显，管内液面升高。 （2）初态对活塞以及上面的液体分析可知气体压强 末态吸走液体后气体的压强为 根据玻意耳定律可知 解得气体在状态B时的体积为 （3）气体从状态A到状态B过程中气体温度不变，则根据热力学第一定律 其中 即气体对外做的功2.05J。 14.（2026·江苏·高考真题）压缩空气储存能量的某个过程中，一定质量的空气从状态压缩至温度相同的状态，此过程中外界对空气做功为。已知状态的压强为、体积为，状态的体积为，空气可视为理想气体。求： (1)该过程气体放出的热量； (2)状态的压强。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）理想气体经历从状态到状态等温变化，气体的内能不变，由热力学第一定律有 解得 负号表示过程中气体放出热量。 （2）理想气体经历从状态到状态等温变化，由玻意耳定律有 解得 15.（2026·云南·高考真题）某同学制作了一个简易气动装置，可简化为如图所示的模型。水平汽缸A和竖直汽缸B固定在气压为的恒温环境中，其活塞a、b的横截面积分别为、。两汽缸通过细管连通，汽缸A内壁光滑，汽缸B内壁与活塞b间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个装置气密性和导热性良好。不计活塞的质量和厚度，重力加速度为g。 (1)打开气阀K，在活塞b上用轻质细线悬挂重物，逐渐增加重物的质量，当重物质量为m时活塞b刚要开始向下运动，求汽缸B内壁与活塞b间的最大静摩擦力大小； (2)在（1）问操作后关闭气阀K，封闭体积为的气体（视为理想气体），然后用水平拉力向右缓慢拉动活塞a，直到重物刚要开始向上运动，已知此过程中气体吸收的热量为Q，求该过程活塞a的位移大小及拉力对活塞a做的功； (3)在（2）问操作后继续缓慢拉动活塞a，使重物上升高度H，此时活塞b未到达汽缸B的顶部，求该过程中水平拉力对活塞a做的功。 【答案】(1)(2)，(3) 【详解】（1）打开气阀K，对活塞b进行受力分析，当活塞b刚要开始向下运动时，在竖直方向上，重物的重力mg与最大静摩擦力f平衡，即 （2）在（1）问操作后关闭气阀K，则气体压强为，然后用水平拉力向右缓慢拉动活塞a，直到重物刚要开始向上运动，对活塞b，根据平衡条件有 设活塞a向右移动的位移为x，气体体积变为 因为缓慢拉动，气体做等温变化，根据玻意耳定律 联立解得 以气体为研究对象，根据热力学第一定律 其中 活塞对气体做功为 则气体对活塞做功为 对活塞，根据动能定理 解得拉力对活塞a做的功 （3）重物上升H过程中，活塞b匀速运动，气体压强保持不变，恒温下气体总体积不变，因此活塞a向右移动位移满足 得 拉力大小不变 拉力做功 联立解得 16．气压传动是利用压缩空气为动力源，实现机械传动的方式，下图为其结构简化图，传动装置由水平气缸、弯管与足够高的竖直气缸构成，竖直气缸与大气相通。活塞1与水平气缸右端距离为，初始时刻处于静止状态，活塞2紧靠竖直气缸底端。现缓慢向右推动活塞1，随后活塞2缓慢向上运动。已知大气压强为，活塞1的面积为，活塞2的面积为、质量为。重力加速度为，不计一切摩擦与弯管气体的体积，气体温度保持不变。 (1)当活塞2开始移动时，求活塞1运动的距离； (2)若已知活塞1被推至水平气缸最右端的过程中，活塞1对气体做功为，求气体放出的热量。 【答案】(1)(2) 【详解】1）对水平气缸的气体，由等温变化 其中 解得 （2）由热力学第一定律得 气体对活塞2做功 则外界对气体做的功 由于温度不变 即 17．高度为L的直立气缸有两个通气阀门，气缸四壁轻薄且视为刚性，如图甲所示，底部与活塞之间用轻质弹簧连接，活塞静止时恰好位于气缸正中间（见图甲），活塞与气缸之间密闭性良好且无摩擦。已知弹簧原长为L，弹簧体积不计。关闭通气阀门后，将气缸缓慢逆时针放倒，活塞再次静止时，与气缸左壁的距离为，如图乙所示。已知气缸内的温度保持不变，大气压强为，活塞面积为S，活塞厚度不计，重力加速度为g。 (1)求图乙中左、右侧气体的压强之比； (2)求活塞的质量； (3)若从图甲到图乙，左侧气体对活塞做功为，那么左侧气体吸热（或放热）是多少？ 【答案】(1)2:1(2)(3) 【详解】（1）关闭通气阀门后，从图甲到图乙，图乙中左、右侧气体均做等温变化，由玻意耳定律得 ， 解得， 压强之比 （2）在图甲中，活塞在气缸正中间且受力平衡，设弹簧的劲度系数为k，由胡克定律得 活塞受力平衡，有 在图乙中，活塞受力平衡，有 代入化简得 解得 （3）从图甲到图乙，左侧气体做等温变化，内能不变，体积收缩，活塞对左侧气体做功，由热力学第一定律得 其中， 可得 故左侧气体向外界放热。 18．如图所示，一根劲度系数的轻质弹簧上端固定，下端与一质量为的绝热活塞连接并悬挂一绝热气缸。活塞与气缸内封闭着一定质量的理想气体。气缸内部带有加热装置，顶部开口且有卡扣，以保证活塞不会脱离。气缸内部高为、底面积为，缸内气体初始温度为，活塞到气缸底部的距离为，弹簧被拉伸了。现缓慢加热气体使气缸下降到活塞恰好到达气缸顶部。已知大气压强恒为，重力加速度为，忽略活塞和气缸壁的厚度及加热装置的体积，不计一切摩擦。求： (1)绝热气缸的总质量； (2)活塞恰好到达气缸顶部时封闭气体的温度； (3)已知在整个加热过程中，气体吸收的热量为，求气体内能的变化量。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）温度为时，对活塞分析 解得 对气缸分析 解得 （2）活塞恰好到达气缸顶部的过程中，气体做等压变化 可解得 （3）当气体温度为时，体积为；当活塞恰好到达气缸顶部时，气体温度为，所以气体温度由加热到的过程中，气体作等压变化，故气体对外做功为 根据热力学第一定律可得 19．如图所示，内部高h=30.0cm的圆柱形金属腔体竖直放置，内部用不计厚度的活塞将腔体分隔为上、下两部分，上部通过小孔与大气连通，下部封闭有一定质量的理想气体，初始时，活塞处于静止状态，下部封闭气体高度为h1=20.0cm，温度为T1=300K。当环境温度从T1缓慢升高至T2=330K时，活塞缓慢上移，下部封闭气体从外界吸收热量Q=37.5J。已知活塞面积S=50cm2、质量m=5.0kg，大气压强恒为p0=1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，活塞与腔壁无摩擦，气体温度始终与环境温度相同。求： (1)初始时下部封闭气体的压强p1； (2)当环境温度升高至T2时，活塞上升的高度∆h； (3)环境温度从T1升高至T2的过程中，下部封闭气体内能的增加量∆U。 【答案】(1)1.1×105Pa(2)2cm(3)26.5J 【详解】（1）对活塞，根据平衡条件可得 解得下部气体的压强为 （2）假设升温过程中活塞未上升到腔体顶部，则气体做等压膨胀，根据盖吕萨克定律得 解得 故假设成立； （3）活塞上升过程中，外界对封闭气体做功为 解得 根据热力学第一定律可得 20．供暖管上的温度计及其内部结构如图，滑片把圆环分成Ⅰ、Ⅱ两部分，Ⅰ密封一定质量的理想气体，紧贴供暖管上的导热片，Ⅱ与大气相通，滑片可沿圆环无摩擦自由滑动。已知大气压强为，供暖前温度计指示-3℃，Ⅰ区内气体体积为，供暖后温度计指示42℃。若供暖前后，Ⅰ区内气体吸收了的热量。求： (1)供暖后，Ⅰ区内气体的体积； (2)供暖前后，Ⅰ区内气体内能的变化量。 【答案】(1)(2)38J 【详解】（1）Ⅰ区内气体压强始终等于大气压强，供暖前， 供暖后 根据盖吕萨克定律有 解得 （2）若供暖前后，Ⅰ区内气体吸收了的热量，则有 气体体积增大，气体对外界做功，则有 根据热力学第一定律有 解得 21．如图所示，一汽缸固定在水平桌面上，汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞横截面积为。活塞与汽缸壁导热良好，活塞可在汽缸中无摩擦滑动，轻绳跨过定滑轮将活塞和地面上质量为的重物连接。开始时绳子刚好伸直且张力为零，活塞离缸底距离为，温度，外界大气压强。取重力加速度，缓慢降低缸内气体的温度，不计绳与滑轮间的摩擦，求： (1)重物刚好离开地面时，缸内气体的温度； (2)缸内气体的温度缓慢降低到时，活塞对封闭气体做的功。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）重物刚好离开地面时，对活塞受力分析，得 解得 该过程为等容变化，根据查理定律， 解得 （2）当温度小于270 K时，气体做等压变化，由盖—吕萨克定律，得 解得 活塞移动的距离 活塞对封闭气体做的功 22．小宁同学在实验室中使用导热性能良好的圆底烧瓶，进行如下实验探究：装置如图所示，空烧瓶上通过橡胶塞连接一根两端开口的细玻璃弯管，向玻璃管水平部分注入一段水柱来封闭气体，瓶内气体温度变化时，会观察到水柱移动。某次实验时室温为，大气压为，封闭的气体体积为，此时水柱水平且静止。双手握住瓶身，水柱开始缓慢水平向外移动（始终未流出玻璃管），待水柱不再移动时，瓶内气体温度升高了，在此过程中双手向瓶内气体传递的热量为。烧瓶内气体可视为理想气体且无质量变化。求稳定后： (1)烧瓶内气体压强； (2)烧瓶内气体的体积变化量； (3)烧瓶内气体内能的变化量。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）初始状态水柱静止，说明瓶内气体压强等于大气压。 实验过程中，水柱始终水平静止，瓶内气体压强始终与外界大气压平衡，因此稳定后气体压强： （2）气体做等压变化，由盖-吕萨克定律： 交叉相乘展开： 化简得： 因此体积变化量： （3）根据热力学第一定律：，其中是外界对气体做的功。气体等压膨胀，对外做功 因此外界对气体做功 将代入，得： 代入热力学第一定律，得： 23．如图甲所示，开口向上的绝热气缸内用横截面积、质量的绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，气缸内气体的温度，活塞静止时距气缸底的高度为。阻值的电热丝密封在气缸内，电热丝的一端连接一个匝数为2000匝、横截面积为的线圈，线圈总电阻。时刻，在线圈所在空间内加一垂直于线圈平面向里的磁场，磁感应强度按照图乙所示规律变化，时刻撤去磁场，经过足够长时间，活塞缓慢升高了，此时气缸内气体的温度为，该过程中气体的内能增加了359.6J。已知活塞可在气缸内无摩擦滑动且不漏气，电热丝的体积忽略不计，电热丝产生的焦耳热完全被气体吸收，外界大气压强始终为，重力加速度，求： (1)温度及整个过程中气体吸收的热量； (2)所加磁场的时间。 【答案】(1)，(2) 【详解】（1）活塞缓慢上升，气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律则有 解得 则 对活塞受力分析，则有 解得 活塞缓慢上移的过程中，活塞对气体做的功 解得 由热力学第一定律 解得封闭气体吸收的热量 （2）磁场变化，在线圈中产生的感应电动势 解得 由闭合电路的欧姆定律可得 根据焦耳定律解得 24．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈接在电压峰值为的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻值为的电热丝，设电阻丝自身升温所需热量以及所占的体积忽略不计，绝热容器A的容积为。A容器通过一绝热细管与一竖直的横截面积为的绝热容器C相连，容器C上有质量为m＝10kg的绝热活塞封闭，活塞与C容器间无摩擦。现有一定质量理想气体封闭在两容器中，开始时容器内气体温度为，活塞离容器底高度为，大气压强为，接通电源对电阻丝加热放出热量，使C中活塞缓慢移动，当稳定时容器内气体温度为，电阻丝加热放出热量Q＝900J。不考虑容器吸收热量，重力加速度大小。 (1)求变压器的输出功率； (2)求达到平衡时容器C中活塞移动的位移大小； (3)若电热丝产生的热量全部被气体吸收，求电阻丝加热放出Q＝900J热量所用的通电时间和容器中气体增加的内能。 【答案】(1)(2)(3)， 【详解】（1）由题意可知，变压器输入电压的有效值为 根据 可得，变压器的输出电压为 则变压器的输出功率为 （2）设达到平衡时容器C中活塞移动的位移为，由题意可知，容器A和C中的气体压强不变，根据 其中， 解得 （3）通电时间为 对活塞，根据平衡条件可知 解得容器C中压强为 则，达到平衡时容器C中活塞移动使得外界对气体做功为 根据热力学第一定律 题型03 熵判方向・热力学第二定律理解应用 解题口诀：热传有方向，熵增是大势，两类表述分清，永动两类辨虚实。 高考考向：考查热力学第二定律两种表述、熵增加原理，辨析第一类、第二类永动机，判断热过程能否自发发生，以选择判断为主，侧重概念理解，常联系生活实例。 25.（2026·湖南·高考真题）如图，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是（　　） A．空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B．一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 C．该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D．该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 【答案】BC 【详解】A．温度是分子平均动能的统计标志，仅反映整体的平均水平，高温处仍存在速率小的水分子，低温处也存在速率大的水分子，并非所有水分子的运动速率都满足高温处大于低温处，故A错误； B．一定量的水变为同温度的水蒸气，温度不变则分子总动能不变。汽化过程吸收热量，且汽化后分子间距大幅增大，分子势能增加，因此总内能变大，故B正确； C．该过程中，均热板从高温的芯片吸热，向低温的冷凝端放热，整个过程循环进行，均热板自身状态复原，不需要对外界做功，仅依靠水传递热量，符合物理规律，故C正确； D．根据热力学第二定律，不可能从低温物体吸热、向高温物体放热，同时不产生其他影响，该描述违反热力学第二定律，故D错误。 故选BC。 26．某个冬天的早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10℃水置于该房间内，则下列说法正确的是（　　） A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体 B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变 C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱 D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动 【答案】A 【详解】A．制暖空调机工作时，因为电机工作电流做功，热量从低温物体传到高温物体，故A正确； B．制暖空调机开始工作后，房间内气体温度升高，内能增大，故B错误； C．待空调稳定后，房间内温度升高，装花粉的水温度升高，花粉做布朗运动激烈程度会增加，故C错误； D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，故D错误。 故选A。 27．半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温（800到1250摄氏度）状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是（　　） A．这种渗透过程是自发可逆的 B．硅晶体具有光学上的各向同性 C．这种渗透过程是分子的扩散现象 D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加 【答案】C 【详解】AC．掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，故A错误，C正确； B．由于硅晶体的晶格结构，硅晶体具有光学上的各向异性，故B错误； D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，并不是所有分子的热运动速率都增加，故D错误。 故选C。 28．布雷顿循环是一种热力循环，常用于核反应堆燃气轮机和航空发动机等领域。该循环由两个等压过程、两个绝热过程构成，其压强p和体积的关系如图所示。如果将工作物质看作理想气体，下列说法中正确的是（　　） A．状态的温度低于状态的温度 B．经过一个布雷顿循环，气体吸收的热量大于放出的热量 C．该热机工作时，能将吸收的热量全部转化为对外做功而不引起其它变化 D．到过程，外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量 【答案】B 【详解】A．B到C过程，气体经历绝热过程，气体的体积增大，对外界做功，根据热力学第一定律可知气体内能减小，热力学温度降低，所以状态B的温度高于状态C的温度，故A错误； B．由图可知，经过一个布雷顿循环，气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，即吸收的热量大于放出的热量，故B正确； C．根据热力学第二定律可知，该热机工作时，不能将吸收的热量全部转化为对外做功而不引起其它变化，故C错误； D．C到D过程，气体经历等压变化，体积减小，外界对气体做功，则热力学温度降低，即内能在减小。由热力学第一定律，可知外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故D错误。 故选B。 29．热泵空调被广泛视为缓解电动汽车冬季续航焦虑的关键技术之一，其核心原理是通过“逆卡诺循环”实现热量的搬运，它能在冬季从低温环境中提取热量送入车厢，能效比（制热量与耗电量之比）在2.0~4.5之间，可提升续航20~30km。关于热泵空调，下列说法正确的是（　　） A．其工作过程违背了热力学第二定律 B．制热循环中，其向车厢放出的热量全部来自消耗的电能 C．在绝热压缩过程中，压缩机对制冷剂（视为理想气体）做功，可使其升压升温 D．当制冷剂温度升高时，组成它的所有分子的热运动速率都增大 【答案】C 【详解】A．热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。热泵工作时消耗了电能（产生了其他影响），实现热量从低温环境向高温车厢转移，不违背热力学第二定律，故A错误； B．热泵制热时会消耗电能从低温外界环境吸收热量送入车厢，电能又不能全部用于做功搬运热量，还有一部分额外消耗，因此向车厢放出的热量只是来自消耗电能的一部分，故B错误； C．绝热压缩过程中制冷剂与外界无热交换，即 压缩机对制冷剂做功 由热力学第一定律可知 理想气体内能仅与温度有关，故温度升高，由理想气体状态方程，压缩时体积V减小、温度T升高，可得压强p增大，即实现升压升温，故C正确； D．温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高时分子热运动的平均速率增大，但不是所有分子的热运动速率都增大，存在部分分子速率减小的情况，故D错误。 故选C。 30．从2026年起，我国停止生产水银体温计。关于水银体温计，下列说法正确的是（　　） A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃 B．水银吸热温度升高后，所有水银分子热运动速率都会加快 C．玻璃泡中的液体内部的水银分子间距离较近，彼此间只存在斥力 D．体温计测温时只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第一定律 【答案】A 【详解】A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃，A正确； B．水银吸热温度升高后，水银分子热运动平均速率会加快，并非所有水银分子热运动速率都会加快，B错误； C．分子间同时存在斥力和引力，C错误； D．只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第二定律，D错误。 故选A。 31．如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 【答案】BD 【详解】绝热容器内的气体与外界没有热交换，则 气体向真空扩散，没有对外界做功，则 根据热力学第一定律可知气体的内能不变，温度不变，气体体积变大，气体无序度变大，根据理想气体状态方程可知压强减小。 故选BD。 32．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（　　） A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 【答案】AB 【详解】A.依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，故A正确； B．依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速度小于从B端流出的，故B正确； C．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误； D．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故D错误。 故选AB。 33．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分，A内充满气体，B内为真空。现抽开隔板，让A中气体进入B并最终达到平衡状态，则（　　） A．气体的内能始终不变 B．气体的压强始终不变 C．气体分子的平均动能将减小 D．B中气体不可能自发地再全部回到A中 【答案】AD 【详解】A．由于内为真空，抽走隔板后，A部分气体自由膨胀，膨胀过程中没有对外做功，容器又是绝热容器，所以气体也不可能与外界发生热交换，由热力学第一定律可知气体的内能始终不变，故A正确； C．由于气体的内能不变，故气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，故C错误； B．由于气体发生的是等温膨胀，故由玻意耳定律可知，气体的压强将减小，故B错误； D．由热力学第二定律可知，气体不可能再自发地全部回到A部分，故D正确。 故选AD。 34．某种理想气体的内能公式可表示为，其中为物质的量，为理想气体常数，为热力学温度。如图所示，一个容器被隔板均分为、两部分，其中充满质量相等的理想气体，它们的压强分别为、，温度分别为、。抽取隔板后，如果容器与外界没有能量交换，经过足够长的时间，稳定后容器内的气体压强为，温度为。则以下说法正确的是（　　） A．、两部分气体体积膨胀，对外做功，气体的总内能减少 B．抽取隔板前、两部分气体压强和温度满足 C．稳定后容器内气体的温度 D．由于气体分子运动的无规则性，抽取隔板后到稳定的过程自发可逆 【答案】BC 【详解】A．对于容器中的气体，在隔板抽取前、后气体总体积没变，所以没有与外界做功过程，即W=0，由于容器与外界没有能量交换，即Q=0，根据热力学第一定律知，，即气体的总内能不变，故A错误； B．对于一定质量的理想气体,中为物质的量，为理想气体常数，，, 所以 故B正确； C．对容器中的气体有 则, 且 联立解得 故C正确； D．根据热力学第二定律知，抽取隔板K后到稳定的过程不能自发可逆，故D错误 故选BC。 35．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3） 【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 （2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有 解得状态2气体的压强为 解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得 解得 （3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有 可得状态3气体的体积为 该过程气体对外做功为 根据热力学第一定律可得 解得气体吸收的热量为 可知电阻丝C放出的热量为 36．如图1所示，一质量为m、横截面积为S的活塞将一部分气体封闭在导热圆柱形容器内，活塞能无摩擦地滑动。开始时封闭气体的温度为（低于环境温度），活塞与容器底部的距离为h。当气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升高度d后再次平衡。大气压恒为，环境温度保持不变，重力加速度为g。 (1)求环境温度T； (2)如图2所示，在推力F的作用下，活塞缓慢下移至初始位置，此过程气体向外界放出热量Q，求此过程推力F对活塞所做的功W。 (3)如图所示，下列热机工作过程的能流分配正确，且能自发进行的是________。 A． B． C． D． 【答案】(1)(2)(3)B 【详解】（1）根据盖-吕萨克定律有 解得 （2）此过程为等温变化，气体内能变化，由热力学第一定律，可得 解得 （3）根据热力学第二定律，热机工作时从高温热库吸热，对外做功，向低温热库放热，且该过程能自发进行。 A．放热，违反能量守恒，故A错误； B．从高温热库吸热，对外做功，向低温热库放热，符合热力学第二定律，故B正确； C．从低温热库吸热，无法自发进行，故C错误； D．向高温热库放热，违背自发过程的方向性，故D错误。 故选B。 1 / 37 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $