1、专题14 热力学定律1（2022重庆巴蜀中学高二期中）关于热力学定律下列说法正确的是（）A随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%B气体从外界吸热，其分子平均动能一定增大C将冰箱的门打开，可以使房间里的温度降低D外界对气体做功，同时气体向外放出热量，气体的内能可能不变【答案】D【解析】A随着设备的改进和技术的提高，热机效率不可能达到100%，A错误；B气体从外界吸热，内能不一定增大，其分子平均动能不一定增大，B错误；C打开冰箱门不仅不能使房间的温度下降，还会使房间温度上升。因为电冰箱的制冷机工作后，冰箱冷冻室内的蒸发器温度降低，吸收空气的热量，与此同时，冰箱内部的冷凝器温度升高，将
2、热量传给空气，室内空气的热量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室温不会降低。反而，电动机工作时，会将一部分电能转化为内能，故室内温度会有少许升高，C错误；D外界对气体做功，同时气体向外放出热量，气体的内能可能不变，D正确。故选D。2（2022重庆巴蜀中学高二期中）在巴蜀中学春季运动会上释放的气球是充有氦气的可降解气球。释放前工作人员用容积为30L、压强为1.0107Pa的氦气罐给气球充气（充气过程温度不变），要求充气后气球体积为6L、压强为1.0105Pa；气球释放后飘向高空，当气球体积膨胀到9L时就会爆裂落回地面。已知高度每升高1000m，大气温度下降6，高度每升高1m，大气压减小11Pa，庆祝
3、现场地面空气温度为27，大气压为1.0105Pa，不计充气过程的漏气和气球内原有气体，下列说法正确的是（）A用一个氦气罐可以充出500个符合要求的气球B用氦气罐给气球充气过程中，氦气从外界吸收热量C当气球发生爆裂时，气球离地面的高度为3448mD要降低气球发生爆裂时的高度，在地面充气时可使充气后的气球体积适当减小【答案】BC【解析】A全部充气完毕，罐内气体压强也变为p0，设充出的气体总体积为V，则根据理想气体状态变化规律将p1=1.0107Pa，V1=30L，p0=1.0105Pa，带入可解得V=3000L设总共充气n个符合要求的气体，则V=V1+nV0V0=6L带入可得n=495故A错误；B
4、对充入气球内的氦气，从氦气罐内到气球内的过程，体积增大，对外做功，不计温度变化，将氦气实为理想气体，则内能不变，根据热力学第一定律=0，W为负值，则Q为正值，气体吸热，故B正确；C当气球发生爆裂时，气球体积膨胀到9L，设此时气球离地面高度为h，则爆裂时气体的压强和温度分别是p2=p0-11h带入理想气体状态变化方程解得h=3448m故C正确；D由C中分析可以推导出h与V0的函数关系式为可见，V0越小，h越大，D错误。故选BC。3（2022山东菏泽一中高二阶段练习）网上热卖的一科普小制作斯特林发动机如图甲所示，它是通过汽缸内的气体经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力的，因此又被称
5、为热气机。如图乙所示，在斯特林循环的p一V图像中，定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温过程和两个等容过程组成，下列说法正确的是（）AAB过程中，气体从外界吸收热量BBC过程中，气体分子的热运动变得更剧烈CCD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少D状态B气体的温度大于状态D气体的温度【答案】BC【解析】A理想气体从AB过程为等温过程，则，而体积变小，则，由热力学第一定律可知则，即气体向外界放热，故A错误；B因BC过程，气体体积不变而压强变大，则温度升高，故气体分子的热运动变得更剧烈，故B正确；C在CD过程为等温膨胀，不变，体积变大，则压强变小
6、；因不变，则所有分子运动的平均快慢程度不变，而体积变大，则分子数密度变小，故位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，故C正确；D因AB为等温过程，则由可知图的横纵坐标所围面积为，可得则有故状态B气体的温度小于状态D气体的温度，故D错误；故选BC。4（2022河北邢台市南和区第一中学高二阶段练习）某容器内封闭一定质量的理想气体。气体开始处于状态a，经历、三个过程回到状态a，其图像如图所示。下列说法正确的是（）A状态a和状态b的体积相等B状态a的体积大于状态c的体积C过程中，外界对气体做正功D过程中吸收的热量比过程中释放的热量少【答案】AD【解析】A根据图像并结合可知a、b在一条等容线上，则状态a和
7、状态b的体积相等，A正确；B对过程，根据p不变，T变小，则V变小，则状态a的体积小于状态c的体积，B错误；C对过程，根据p变小，T不变，则V变大，气体对外界做正功，C错误；D过程中气体体积不变；在过程中气体体积减小，则外界对气体做正功，根据两种过程T的变化量相同，则过程中内能的增加量等于过程中内能的减小量，因过程中外界对气体做正功，所以过程中吸收的热量比过程中释放的热量少，D正确。故选AD。5（2022江苏泰州中学高二阶段练习）一定质量的理想气体从状态，再从状态，最后从状态完成一次循环，如图所示。已知状态A时气体的温度，问：（1）求气体在状态B时的温度；（2）求气体从状态的过程中，气体做的功；
8、（3）已知气体从状态的过程中，外界对气体做的功，试说明该过程中气体是吸热还是放热，求吸（或放）了多少热量。【答案】（1）300K；（2）；（3）放出了的热量【解析】（1）是等容变化，根据查理定律得解得（2）是等压变化，且体积增大，所以气体对外做功，根据功的公式有（3）是等温变化，由理想气体内能只与温度有关，知其内能不变，即已知气体从状态的过程中，是等容变化，气体不做功；气体从状态的过程中，气体对外界做的功；的过程中，外界对气体做的功，由热力学第一定律结合内能不变，有代入数据，求得即气体放出了的热量。6（2022河南郑州高二期末）如图所示，封闭着理想气体的绝热汽缸挂在弹簧测力计下（图中未画出），
9、弹簧测力计的示数为。已知汽缸（包括电热丝等）的质量为，活塞质量为，横截面积为S。活塞与缸体间不漏气且摩擦不计，外界大气压强为。（1）求缸内气体的压强；（2）将电热丝电源接通，给气体加热，若活塞下降高度为h，气体温度从缓慢升高到，求初状态气体的体积和加热过程中气体做的功。【答案】（1）；（2）；【解析】（1）对活塞受力分析可知解得缸内气体的压强（2）加热气体时，气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律可得解得加热过程中气体对外做的功7（2022江苏省天一中学高二期中）如图所示，一绝热汽缸竖直放置，汽缸内横截面积的光滑绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为，在汽缸
10、内部有一个阻值的电阻丝，电阻丝两端的电压，接通电源10s后断开，活塞缓慢升高，已知理想气体的初始温度、体积，大气压强，取10m/s2，假设电阻丝产生的热量全部被气体吸收。（1）求活塞上升10cm后理想气体的温度；（2）从接通电源到活塞上升10cm的过程中理想气体的内能变化量。【答案】（1）400K；（2）增加250J【解析】(1)气体的压强保持不变，由盖吕-萨克定律得解得(2)设汽缸内气体的压强为p，选活塞为研究对象，活塞缓慢移动受力平衡根据平衡得： 解得活塞在上升h=10cm的过程中外界对气体做功电阻丝在通电10s内产生的热量为根据热力学第一定律得即气体的内能增加了250J。一、多选题1（2
11、022山东高三学业考试）如图所示为一定质量的理想气体状态变化时气体的压强随着温度变化的pt关系图像，气体从a状态开始，经历三个过程ab、bc、ca最后回到a状态，图中ba的延长线过原点O，bc平行于t轴，ca的延长线过点（273.15，0）。下列说法中正确的是（）A三个状态的体积关系为VaVcVbB过程bc中外界对气体做功，气体从外界吸热C过程ab中气体对外界不做功，气体从外界吸热Db状态与c状态相比，b状态时容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数较多【答案】AD【解析】A根据VcVbca的延长线过点（273.15，0），则VaVc所以VaVcVb故A正确；B过程bc中气体体积增大，气
12、体对外界做功，即温度升高，内能增大，即根据则即气体从外界吸热，故B错误；C过程ab中气体体积减小，气体对外界做负功，故C错误；Db和c两个状态，压强相同，但c状态时气体温度较高，即c状态分子运动的平均速率较大，分子对容器壁的平均撞击力较大，可判断b状态时单位时间内单位面积容器壁受到分子撞击的次数较多，故D正确。故选AD。2（2022湖南高考真题）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
13、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（）AA端为冷端，B端为热端BA端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的CA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【答案】ABE【解析】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，而边缘部份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、
14、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；CA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；DE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，E正确。故选AB
15、E。3（2022全国高考真题）一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在（）A状态a处的压强大于状态c处的压强B由a变化到b的过程中，气体对外做功C由b变化到c的过程中，气体的压强不变D由a变化到b的过程中，气体从外界吸热E由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能【答案】ABD【解析】AC根据理想气体状态方程可知即图像的斜率为，故有故A正确，C错误；B理想气体由a变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，故B正确；DE理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有而，则有可得，即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量
16、大于其增加的内能，故D正确，E错误；故选ABD。4（2022全国高考真题）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从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【答案】BCE【解析】A因从a到b的pT图像过原点，由可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对外做功，选项A错误；B因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确；CDE因W=0，U0，根据热力学第一定律U=W+Q可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项CE正确，D错误。故选BCE。
17、5（2022天津和平三模）如图为一定质量的理想气体的体积随温度变化的图像，气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c ，直线ac过原点。则气体（）A在状态c的压强等于在状态a的压强B在状态b的压强小于在状态c的压强C在bc的过程中气体从外界吸热D在ab的过程对外做功【答案】AC【解析】A直线ac过原点，根据盖吕萨克定律可知ac为一条等压线，即气体在状态c的压强等于在状态a的压强，故A正确；B气体在bc经历等温变化，体积增大，根据玻意耳定律可知气体在状态b的压强大于在状态c的压强，故B错误；C气体在bc的过程中，温度不变，内能不变，体积增大，对外界做功，根据热力学第一定律
18、可知气体从外界吸热，故C正确；D气体在ab的过程体积不变，不对外做功，故D错误。故选AC。6（2022广东华南师大附中三模）以下说法正确的有（）A绝对湿度大则相对湿度不一定大，但相对湿度大则绝对湿度一定大B液体表面层的分子势能比液体内部的分子势能大C扫地时，在阳光照射下，看到尘埃飞舞，这是尘埃在做布朗运动D电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递【答案】BD【解析】A绝对湿度用空气中所含蒸气的压强表示，相对湿度是指水蒸气的实际压强与该温度下水的饱和汽压之比，绝对湿度大，相对湿度不一定大，相对湿度大而绝对湿度也不一定大，水的饱和汽压与温度有关，需指明温度这一条件，故A错误；B由于液
19、体的表面层内分子之间的距离大于内部分子之间的距离，而分子之间表现为吸引力，表面层的分子距离大，所以分子势能也大，故B正确；C布朗运动是固体微粒在液体内做的无规则的运动，空气中的尘埃受到重力的影响，会落回到地面，不属于布朗运动，故C错误；D根据热力学第二定律，由电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故D正确。故选BD。二、单选题7（2022上海徐汇三模）如图所示，一个内壁光滑的绝热汽缸，汽缸内用轻质绝热活塞封闭一定质量理想气体。现向活塞上表面缓慢倒入细沙，下图为倒入过程中气体先后出现的分子速率分布图像，则（）A曲线先出现，此时气体内能与曲线时相等B曲线先出现，此时气体内能比曲线
20、时更小C曲线先出现，此时气体内能比曲线时相等D曲线先出现，此时气体内能比曲线时更大【答案】B【解析】12向活塞上表面缓慢倒入细沙，重力逐渐变大，压缩气体，外界对气体做功，处在绝热容器中，内能增大，温度升高，由图中曲线可知曲线中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线的温度较高，所以曲线先出现，此时气体内能比曲线时更小，故B正确，ACD错误。故选B。8（2022山东高考真题）如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动过程中，缸内气体（）A内能增加，外界对气体做正功B内能减小，所有分子热运动速率都减小C温度降低，速
21、率大的分子数占总分子数比例减少D温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加【答案】C【解析】初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，气缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有气缸在缓慢转动的过程中，气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，故气缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后气缸水平，缸内气压等于大气压。AB气缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，气缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；CD气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子
22、热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。故选C。9（2022山东临沂三模）2022年伊始，奥密克戎变异毒株较以往新型冠状病毒传播更快，危害更大，特别是疫情区快件也会携带新冠病毒，勤消毒是一个很关键的防疫措施。如图所示是某种家庭便携式防疫消毒用的喷雾消毒桶及其原理图，内部可用容积为，工作人员装入稀释过的药液后旋紧壶盖，关闭喷水阀门，拉动压柄打气，每次打入压强为，体积为的气体，此时大气压强为，当壶内压强增大到时，开始打开喷阀消杀，假设壶内温度保持不变，若不计管内液体体积下列说法正确的是（）A工作人员共打气9次B打开阀门，当壶内不再喷出消毒液时，壶内剩余消毒液的体
23、积为C打开阀门，当壶内不再喷出消毒液时，壶内剩余消毒液的体积为D消毒液喷出过程，气体对外做功，对外做功大于从外界吸收热量【答案】B【解析】A设工作人员共打气n次，根据玻意耳定律有解得故A错误；BC打开阀门后，根据玻意耳定律有解得，壶内不再喷出消毒液时，壶内气体的体积为1.6L，则壶内剩余消毒液的体积为，故B正确，C错误；D由于壶内温度保持不变，则壶内气体的内能不变，则根据热力学第一定律可知气体对外做功的多少等于从外界吸收热量的多少，故D错误。故选B。10（2022山东潍坊三模）如图所示，有一上部开口的圆柱形绝热汽缸，汽缸的高度为，横截面积为S，一厚度不计的轻质绝热活塞封闭的单原子分子理想气体。
24、开始时活塞距汽缸底部的距离为L，气体的热力学温度为。已知外界大气压为，的单原子分子理想气体内能公式为，其中R为常数，T为热力学温度。现对气体缓慢加热，当活塞恰上升到汽缸顶部时，气体吸收的热量为（）ABCD【答案】D【解析】开始加热活塞上升的过程封闭气体做等压变化，由盖吕萨克定律可得，解得由热力学第一定律有其中解得故选D。11（2022辽宁沈阳三模）水枪是同学们喜爱的玩具，某种气压式水枪储水罐如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若储水罐内气体可视为理想气体，在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（）A从外界吸收热量B
25、压强变大C分子平均动能变大D内能变大【答案】A【解析】AD喷水的过程中，气体对外做功，温度保持不变即内能不变，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，A正确，D错误；B气体发生等温变化，根据玻意耳定律可知，气体体积膨胀，压强减小，B错误C温度是分子平均动能的标志，温度保持不变，因此分子平均动能不变，C错误；故选A。12（2022北京101中学三模）恒温水槽中的气泡缓慢上升的过程中（）A压强增加，外界对气泡做功，气泡对外放热B压强增加，气泡对外做功，气泡从外界吸热C压强减小，外界对气泡做功，气泡对外放热D压强减小，气泡对外做功，气泡从外界吸热【答案】D【解析】气泡上升过程中，外界压强降低，则气
26、泡压强减小，气泡温度不变，根据可知气泡的体积变大，则气泡对外界做功，根据热力学第一定律其中可知气泡从外界吸热，故D正确，ABC错误。故选D。三、解答题13（2022青海濮阳一高一模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，AB的反向延长线过原点。已知气体在状态A时的压强。气体从状态A变化到状态B的过程中吸收的热量，求：（1）气体在状态B时的体积VB；（2）在气体从状态A变化到状态B的过程中，气体内能的增量U。【答案】（1）；（2）【解析】（1）气体从A状态变化到B状态的过程中做等压变化，有 根据图像 解得（2）气体对外界做的功为 根据热力学第一定律，在气体从状态A变化到状态B的过程中
27、，气体内能的增量U为四、填空题14（2022山西吕梁二模）一定质量的理想气体从状态a开始，经历状态b、c、d、e回到状态a。该过程气体变化的p-V图像如图所示。图中ab、de与p轴平行，cd与V轴平行。bc的延长线过坐标原点O。该气体由状态a到状态b。气体_（选填“放出或“吸收）热量。气体从状态a回到状态a的过程中气体与外界发生热交换的热量为_J。【答案】 放出 800【解析】1气体由状态a到状态b，体积不变，不对外界做功，另外气体压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低，因此气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放出热量；2气体从状态a回到状态a的过程内能不变，即，由热力学第一定律以及p
28、-V图像的面积可得15（2022上海市市西中学二模）某汽车后备箱内撑起箱盖的装置，主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，则缸内气体对外做_功（选填“正”或“负”），气体温度_（选填“升高”“降低”或“不变”）【答案】 正 降低【解析】1密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，气体体积增大，缸内气体对外做正功；2缸内气体与外界无热交换，即，由于缸内气体对外做正功，即外界对气体做负功，即，根据热力学第一定律，可知气体的内能减小，气体温度降低。16（2022广东高考真题）利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程_（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量_（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。【答案】 不是 大于【解析】1空调将热量从温度低的室内传递到温度较高的室外，这个过程要消耗电能，不是自发的过程；2由于空调的压缩机做功，使得空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。