2025年高中物理復習加練：熱力學定律

第十五章熱學

微專題102熱力學定律

1.理解熱力學第一定律中正負號的含義，并掌握氣體做功的表達式少=pA兀2.熱力學第二

定律強調(diào)的是一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程是不可逆的，意味著“不自發(fā)”或“有其他

影響”的非自然過程可以逆向發(fā)生。

1.（2024?江蘇南通市高三期中）A、B導熱汽缸，封閉質(zhì)量相同的同種理想氣體，如圖所示，

在甲、乙兩個環(huán)境中，兩汽缸內(nèi)氣體體積相同?，F(xiàn)將甲、乙兩環(huán)境升高相同的溫度，則A、

B汽缸內(nèi)的氣體（）

A.分子的平均動能相同

B.內(nèi)能的增加量不相同

C.體積的增加量相同

D.吸收的熱量相同

答案D

解析由甲、乙兩圖可知，A、B兩汽缸內(nèi)氣體的壓強關(guān)系為？A<PB,氣體體積關(guān)系為FA=

KB,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程號=C,可知7\<TB。

若將甲、乙兩環(huán)境升高相同的溫度AT,依然滿足TA+A7<?B+A7,由于溫度是分子平均動能

的標志，因此A氣體分子的平均動能小于B氣體分子的平均動能，A錯誤；

對一定量的理想氣體，內(nèi)能增加量AUZAT,因此A、B汽缸內(nèi)的氣體，升高相同的溫度內(nèi)能

增加量相同，B錯誤；

A、B汽缸內(nèi)的氣體，均發(fā)生等壓變化，則上=/+△%—=F+A^,可得

7ATk+AT7BTB+A7

ATNT

AP^=-r,AFB=—r,c錯誤；

7A7B

A、B汽缸內(nèi)的氣體對外做功亞A=PAZ以=MX7,%=PB-A%3=^AT

7A7B

由于因此吸=人，根據(jù)熱力學第一定律可知，A、B汽缸內(nèi)的氣體

TA7B

吸收的熱量相同，D正確。

2.（2023?上海市黃浦區(qū)格致中學?？迹┫铝姓f法中正確的是（）

A.熱量是狀態(tài)量，它是反映物體的內(nèi)能多少的物理量

B.物體吸收熱量，其溫度不一定升高

C.凡是不違反能量守恒定律的過程都一定能實現(xiàn)

D.常溫下一定質(zhì)量的氣體，內(nèi)能增大，壓強一定增大

答案B

解析熱量是過程量，它是反映傳熱過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的物理量，故A錯誤；熱量是一

種能量，根據(jù)能量守恒定律知物體吸收了熱量（能量），可能轉(zhuǎn)化為其他能量儲存或釋放，溫

度不一定升高，故B正確；不違反能量守恒定律的物理過程不一定可以實現(xiàn)，物理過程還要

遵循熱力學第二定律，故C錯誤；常溫下一定質(zhì)量的氣體，內(nèi)能增大，溫度升高，氣體體積

可能增大，壓強不一定增大，故D錯誤。

3.（多選）（2023?山東卷?9）一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K,壓強為lXl（）5pa。經(jīng)等

容過程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過程，需要吸收600J的熱量

才能使氣體溫度上升100K。下列說法正確的是（）

A.初始狀態(tài)下，氣體的體積為6L

B.等壓過程中，氣體對外做功400J

C.等壓過程中，氣體體積增加了原體積的1

4

D.兩個過程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400J

答案AD

解析設理想氣體初始狀態(tài)的壓強、體積和溫度分別為b="），片=%，Ti=300K,等容過

程為狀態(tài)二必=?,%=%=%,72=400K,等壓過程為狀態(tài)三必="），匕=?,73=400K,

由理想氣體狀態(tài)方程可得，坯=*=*,解得p2=\o,匕=&%,等壓過程中，氣體體

T\T2T333

積增加了原體積的5C錯誤；等容過程中氣體做功為零，由熱力學第一定律△[/=少+。=400

J,兩個過程的初末溫度相同即內(nèi)能變化相同，因此內(nèi)能增加都為400J,D正確；等壓過程

內(nèi)能增加了400J,吸收熱量為600J,由熱力學第一定律可知氣體對外做功為200J,即做功

4

的大小為沙=po（；K）—%）=200J,解得%=6L,A正確，B錯誤。

4.（2023?江蘇省蘇州實驗中學?？迹┮欢ㄙ|(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)如圖所示狀態(tài)變化回到

原狀態(tài)，下列說法正確的是（）

V/m3

C

A.8溫度升高，壓強變大

B.體積減小，壓強不變

C.3-C體積不變，氣體從外界吸收熱量

D.AfB氣體對外做功大于。一/外界對氣體做功

答案D

解析為等壓線，3溫度升高，壓強不變，即有p4=°比故A錯誤；B-C體積不

變，壓強變小，有pB>pc,所以C-/體積減小，壓強變大，故B錯誤；體積不變，溫

度降低，內(nèi)能減小，所以氣體向外界放出熱量，故C錯誤；過程氣體體積變化等于C-N

過程氣體體積變化，但N-3過程氣體平均壓強大于C-/過程氣體平均壓強，所以過

程氣體對外做功大于C-/外界對氣體做功，故D正確。

5.（2023?江蘇南京市第二十九中學?？迹┤鐖D所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)N開始，經(jīng)

歷兩個狀態(tài)變化過程，先后到達狀態(tài)B和Co兩條虛線分別表示狀態(tài)/或C的等溫線。下列

說法正確的是（）

A.氣體在狀態(tài)/的內(nèi)能最大

B.氣體在狀態(tài)C的分子平均速率最大

C.4到8過程中，氣體對外界做功，吸收熱量

D.8到C過程中，外界對氣體做功，內(nèi)能減小

答案C

解析根據(jù)圖像可知，氣體從狀態(tài)N到狀態(tài)8發(fā)生等壓變化，且體積增大，根據(jù)號=?？芍?/p>

氣體從4到2的溫度升高，因此氣體在狀態(tài)2的溫度大于在狀態(tài)/的溫度，而對于一定量的

氣體而言，溫度越高其內(nèi)能越大，則可知氣體在狀態(tài)/的內(nèi)能不是最大，故A錯誤；

氣體從2到C發(fā)生等容變化，壓強減小，則可知其溫度降低，內(nèi)能減小，而等溫線離原點越

遠表示溫度越高，因此可知，狀態(tài)C的溫度最低，氣體分子的平均速率最小，故B錯誤；

4到8過程中，氣體發(fā)生等壓變化，且體積變大，則可知氣體對外做功，但3狀態(tài)的溫度高

于/狀態(tài)的溫度，即8狀態(tài)的內(nèi)能大于/狀態(tài)的內(nèi)能，從N到8內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學第

一定律AU=Q+少可知，氣體從外界吸收熱量，故C正確；

8到。過程中，氣體體積不變，氣體既不對外做功，外界也不對氣體做功，但該過程氣體的

溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體向外界放出熱量，故D錯誤。

6.（多選X2023?寧夏中衛(wèi)中學?？迹τ诶硐霘怏w，下列說法正確的是（）

A.絕熱膨脹過程中，氣體的內(nèi)能減少

B.等壓膨脹過程中，氣體的內(nèi)能減少

C.等容變化過程中，氣體吸收的熱量和內(nèi)能的增加量相同

D.氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能一定變大

答案AC

解析絕熱膨脹過程，即。=0,W<0,由熱力第一定律+少，可得AUO,即理想氣

體的內(nèi)能減少，故A正確；等壓膨脹過程中，由蓋一呂薩克定律匕=&體積增大，可得溫度

T

升高，則氣體的內(nèi)能增大，故B錯誤；等容變化過程，有少=0,由熱力學第一定律AU=0

+W,可得AU=。，即氣體吸收的熱量和內(nèi)能的增加量相同，故C正確；氣體在被壓縮的過

程，體積變小，即郎>0,不能確定溫度如何變化，則氣體分子的平均動能不一定變大，故D

錯誤。

7.(2023?河北邯鄲市統(tǒng)考)如圖所示，帶有加熱裝置(圖中未畫出)的絕熱汽缸用輕桿固定在天

花板上。現(xiàn)用一個質(zhì)量為加=1kg,面積為S=100cm2的絕熱活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封

閉在汽缸內(nèi)。初始時缸內(nèi)溫度為300K,活塞處于平衡狀態(tài)，此時缸內(nèi)氣體處于狀態(tài)/,體

積為力=600cm3。現(xiàn)豎直向上緩慢將活塞推動1cm,此時缸內(nèi)氣體處于狀態(tài)瓦然后將活

塞固定，同時啟動汽缸內(nèi)的加熱裝置，氣體達到狀態(tài)C,此時壓強0c=1.6X105pa。已知氣

體從狀態(tài)/到狀態(tài)C,內(nèi)能增加25J,從狀態(tài)3到狀態(tài)C吸收的熱量為12J。已知大氣壓力

=1.01Xio5Pa,不計活塞與汽缸之間的摩擦。求：

(1)氣體處于狀態(tài)N時的壓強;

(2)氣體在狀態(tài)C的溫度Tc(結(jié)果保留一位小數(shù))；

(3)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中外界對氣體做的功。

答案(l)l.oxio5Pa(2)400K(3)13J

解析(1)由題知乙=%=%一A/rS=600cm3—1X100cm3=500cm3,氣體處于狀態(tài)/時,

5

對活塞受力分析有mg+PAS=poS,解得^=1.0X10Pa

(2)根據(jù)題意可知，在/-C過程，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有區(qū)以=匹”，解得Tc=400K

TATC

(3)氣體從狀態(tài)/到狀態(tài)8,設外界對氣體做功為少，氣體內(nèi)能增加量為AUi,則AUi=/，從

狀態(tài)8到狀態(tài)C氣體體積不變，吸收熱量，內(nèi)能增加45=12J,從狀態(tài)/到狀態(tài)C氣體內(nèi)

能增加AU=25J,可知氣體從狀態(tài)N到狀態(tài)3外界對氣體做功^=AUI=AU—AU2=13J。

8.如圖，某實驗小組為測量一個葫蘆的容積，在葫蘆開口處豎直插入一根兩端開口、內(nèi)部橫

截面積為01cm2的均勻透明長塑料管，密封好接口，用氮氣排空內(nèi)部氣體，并用一小段水柱

封閉氮氣。外界溫度為300K時，氣柱長度/為10cm；當外界溫度緩慢升高到310K時，氣

柱長度變?yōu)?0cm。已知外界大氣壓恒為1.0X105Pa,水柱長度不計。

「冰柱

接口處

(1)求溫度變化過程中氮氣對外界做的功；

⑵求葫蘆的容積；

(3)試估算被封閉氮氣分子的個數(shù)(保留2