2026年高考物理一轮复习专项练习考点 50热力学定律（含解析）

考点50 热力学定律
1.某救生手环主要由高压气囊组成。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中，若气囊内气体温度不变，体积增大，则 ( )
A.外界对气囊内气体做正功
B.气囊内气体压强增大
C.气囊内气体内能增大
D.气囊内气体从外界吸热
2.(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是( )
A.气体的体积不变，温度升高
B.气体的体积减小，温度降低
C.气体的体积减小，温度升高
D.气体的体积增大，温度不变
E.气体的体积增大，温度降低
3.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮。上浮过程中，小瓶内气体
( )
A.内能减少
B.对外界做正功
C.增加的内能大于吸收的热量
D.增加的内能等于吸收的热量
4.(多选)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
E.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
5.下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 。(填正确答案标号)
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
6.(多选)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( )
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
7.(多选)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 0 点，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过程气体放出热量
D. ca过程气体内能减小
8.(多选)一定量的A， b处于p-T 图上从 a 到 b的线段所示。在此过程中( )
A.气体一直对外做功
B.气体的内能一直增加
C.气体一直从外界吸热
D.气体吸收的热量等于其对外做的功
E.气体吸收的热量等于其内能的增加量
9.(多选)对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是 ( )
A.等温增压后再等温膨胀
B.等压膨胀后再等温压缩
C.等容减压后再等压膨胀
D.等容增压后再等压压缩
E.等容增压后再等温膨胀
10.一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
11.(多选)如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为 f、g、h 三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f 中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后 ( )
A.h中的气体内能增加
B.f与 g 中的气体温度相等
C.f 与 h 中的气体温度相等
D.f 与 h 中的气体压强相等
12.(多选)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为 经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600J的热才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是 ( )
A.初始状态下，气体的体积为6 L
B.等压过程中，气体对外做功400 J
<等压过程中，气体体积增加了原体积的
D.两个过程中，气体的内能增加量都为400 J
13.(2023 福建卷)一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A 的循环过程后回到状态A，其p-V图如图所示。完成一次循环，气体内能 (填“增加”“减少”或“不变”)，气体对外界 (填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体 (填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”)。
14.如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为 m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为 S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为 T ，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升 h再次平衡。已知容器内气体内能变化量△U与温度变化量△T的关系式为△U=C△T,C 为已知常数,大气压强恒为p ，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求
(1)再次平衡时容器内气体的温度。
(2)此过程中容器内气体吸收的热量。
15.在驻波声场的作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内的气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p-V图像，气泡内气体先从压强为 P 、体积为 V 、温度为 T 的状态A 等温膨胀到体积为5V 、压强为PB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为 V 、压强为1.9p 、温度为 Tc 的状态 C,B 到 C 的过程外界对气体做功为W。已知P 、V 、T 和W。求:
(1)pB的表达式;
(2) Tc的表达式;
(3)B到C 的过程，气泡内气体的内能变化了多少
1D 气囊上浮过程，密闭气体温度不变，体积变大，则气体对外做功，由理想气体状态方程可知，气体压强变小，A、B错误；气体温度不变，内能不变，气体对外做功，由热力学第一定律知，需要从外界吸热，C错误，D正确。
2ABD
3B 距瓶口越近水的温度越高，上浮过程中，小瓶内气体温度升高，内能增加，A错误；上浮过程中，小瓶内气体体积增加，对外界做正功，B正确；根据热力学第一定律可知，增加的内能小于吸收的热量，C、D错误。
4 ABE 分子热运动速率较大的气体分子聚集在边缘部位，从B 端流出，A、B正确。气体内能与分子热运动的总动能有关，而总动能由气体分子热运动平均速率与分子数共同决定，故C错误。热力学第二定律是指一切与热现象有关的宏观过程具有方向性，本题中利用高压氮气实现冷热气体的分离，说明该热现象不是在自然条件下进行的，未违背热力学第二定律，D错误，E正确。
5 答案 B C
解题思路 汽车内燃机通过燃烧汽油，获得高温、高压的气体，对外做功同时向空气中散热，气体的内能减少，燃烧汽油获得的能量不能全部转化为汽车的机械能，A项描述符合热力学第一定律和热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，在不考虑做功的情况下，保温杯与外界隔热，内能不变，保温杯和冷水的温度不可能都变低，B项描述不符合热力学第一定律；机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不产生其他影响，热机效率不可能达到百分之百，C项描述不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律；制冷机工作时从冰箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，同时需要电机做功，D项描述符合热力学第一定律、热力学第二定律。
6ACD 活塞初始时静止在汽缸正中间，弹簧处于压缩状态，活塞密封不严时，活塞左侧气体压强减小，活塞缓慢左移，当活塞左右两侧气体压强相等时，弹簧恢复至自然长度，活塞重新静止，A正确；活塞左侧气体体积小，质量小，B错误；由于汽缸密闭绝热，则弹簧弹性势能的减少量会全部转化为气体的内能，与初始时相比，汽缸内气体的内能增加，C正确；与初始时相比，气体总体积增大，活塞左侧单位体积内气体分子数减少，D正确。
7AC 由理想气体状态方程 化简可得 V-T图像上的点与原点连线的斜率越大，压强越小，故p。0，根据热力学第一定律△U=Q+W，解得Q<0，故 ab 过程气体放出热量，故C 正确；ca过程，温度升高，内能增大，故 D错误。
8BCE 审题指导 “理想气体”→内能变化只与温度有关→温度升高，内能增大；；p-T图像为过原点的倾斜直线→气体进行等容变化→气体不对外界做功。
解题思路 “一定量的理想气体”，说明气体的内能只由温度决定。通过图像可知，由a到b的过程温度升高，所以气体的内能一直增加，B正确。由p-T图线是一条过原点的倾斜直线可知，气体的体积不变，气体进行等容变化，气体对外界不做功，A错误。热力学第一定律△U=Q+W，其中W=0,△U>0,所以△U=Q,Q>0,气体一直从外界吸热,C、E正确，D错误。
9ACD 一定质量理想气体的内能只与温度有关。对于A选项，2个过程都是等温变化，所以气体内能不变，A正确；对于B选项，根据 等压膨胀则T变大，再等温压缩，整个过程温度升高，内能增大，B错误；等容减压后再等压膨胀，据 知，温度先减小后增大，内能可能相等，C正确；等容增压后再等压压缩，据 知，温度先升高再降低，内能可能相等，D正确；等容增压后再等温膨胀，据 C知，温度先升高后不变，内能增大，E错误。
10 C a→b过程，气体压强不变，体积增大，则温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，ΔU=Q+W，气体从外界吸收的热量大于对外界做的功，A错误；b→c过程，气体与外界无热量交换，气体体积增大，对外界做功，内能减少，B错误；a→b→c过程，气体在状态a和状态c的温度相等，内能相等，则气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；a→b过程，气体从外界吸收的热量等于 a→b→c过程气体对外界做的功，可用a→b→c过程图线与横轴围成的面积表示，c→a过程放出的热量等于该过程外界对气体做的功，可用该过程图线与横轴围成的面积表示，第一个面积大于第二个面积，则a→b过程气体从外界吸收的热量大于 c→a过程放出的热量，D错误。
11 AD 审题指导 初始时三部分中气体的温度 T、体积V、压强p均相等，停止加热并达到稳定后三部分中气体各自的PV/T仍相等。
解题思路 电阻丝对f中气体缓慢加热过程中，两活塞向右移动，右侧活塞对h中的气体做功，h中的气体内能增加(点拨：绝热汽缸与外界没有热交换)，温度升高，选项A正确。以两活塞、弹簧、g中气体整体为研究对象，稳定后整体处于平衡状态，由于活塞与汽缸间没有摩擦，则f与h中的气体压强相等，选项 D 正确。左侧活塞稳定后水平方向受三个力，合力为零， 因此p > pf,又知V >V ,由 可知f中气体的温度大于g中气体的温度，选项B错误。f、h中的气体压强相同，f中的气体体积大，由 可知f中的气体温度大于h中的气体温度，选项C错误。
12 AD 初始状态, 经等压过程，由 得， 气体的体积增加了原体积的- ，C错误。由热力学第一定律△U=W+Q 知,等容过程中 W=0,内能增加量△U=Q=400 J；等压过程，外界对气体做负功， 内能增加量 两个过程，温度都是从300 K上升到 400 K，内能增加量相同，△U=△U',有 解得 6L,A、D 正确。等压过程,气体对外做功|W'I=200 J,B错误。
⊙名师点睛 在热力学第一定律中，△U=W+Q，外界对气体做功，W>0，气体对外界做功，W<0；气体从外界吸收热量，Q>0，气体向外界放出热量，Q<0。
13 答案 不变 做正功 吸热
解题思路 一定质量的理想气体完成一次循环，p和 V不变，根据气体实验定律可知气体温度不变，所以气体内能不变。根据功的定义W=F△x，对于气体做功有W=pS△x=p△V，在p-V图像中，图线与横坐标轴所围的面积表示气体对外所做的功的大小；体积增大过程，气体对外做正功，反之气体对外做负功。由题图可知，A→B→C 过程中气体克服外界做的功小于 C→D→A 过程中气体对外界做的功，所以该循环过程气体对外界做正功。由前述推理可知△U=0、W<0，根据热力学第一定律△U=Q+W,得Q>0,说明此过程气体吸热。
14 答案(1) T。(2)CT +p Sh+ mgh
解题思路 (1)气体做等压变化，初、末状态压强p不变初态:V = Sh,T =T
末态：
由盖-吕萨克定律可得
解得
(2)对活塞受力分析有
气体膨胀体积
所以外界对气体做功
由题知
由热力学第一定律可得△U=Q+W
解得
15 答案(1)PB=P (2)T =1.9T。 (3)增加了W
解题思路 (1)由题意可知从状态A 到状态B，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 解得
(2)解法一 由题图可知，若从状态A 沿虚线到状态 C，则气体发生等容变化，根据查理定律有 解得 1.9T 。
解法二 气体从状态B到状态C的过程，由理想气体状态方程有
联立解得
(3)由题意可知从状态B到状态C，气体发生绝热收缩，Q=0，根据热力学第一定律有△U=Q+W=W,故从 B 到 C 过程,气泡内气体的内能增加了W。