2023届高考 二轮专题 专题练：热力学定律（含解析）

2023届高考专题练：热力学定律
（共23题）
一、选择题（共15题）
一定质量的某种气体，下列过程中能实现的是
A．内能增加，对外做功，放出热量
B．内能减少，对外做功，不吸收热量也不放出热量
C．内能不变，外界对气体做功，吸收热量
D．内能增加，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，放出热量
如图所示，在研究功与内能改变的关系时，将一小块易燃物放在厚玻璃筒底部，用力向下压活塞，可以将易燃物点燃。关于该实验，下列说法正确的是
A．筒内气体，在被压缩的同时从外界迅速吸收热量，导致气体温度升高
B．只要最终筒内气体压强足够大，筒内易燃物就会被点燃
C．若实验中易燃物被点燃，是活塞与筒壁间摩擦生热导致的
D．该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快
下列说法中正确的是
A．布朗运动是指液体分子的无规则运动
B．物体对外做功，其内能一定减小
C．两分子间距离减小，分子间的引力和斥力都增大
D．用打气筒往自行车轮胎内打气时需要用力，说明气体分子间存在斥力
两个物体之间发生了热传递，则一定是
A．内能大的物体向内能小的物体传递热量
B．比热容大的物体向比热容小的物体传递热量
C．含热量多的物体向含热量少的物体传递热量
D．一个物体的分子平均动能大于另一个物体的分子平均动能
下列说法正确的是
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功而不引起其他变化
C．功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功
D．凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现
下列说法正确的是
A．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
B．空气中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C．在热传递过程中，一定是内能大的物体向内能小的物体传热
D．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第一定律
下列说法正确的是
A．只有吸热才能增加物体的内能
B．一定质量理想气体的温度和体积都增加时，压强可能减少
C． 氧气中的分子一定都比 氧气中的分子速率大
D．新冠病毒在 环境下超过 分钟可有效灭活， 等于
一定质量的理想气体，在温度升高的过程中
A．气体的内能一定增加 B．外界一定对气体做功
C．气体一定从外界吸收热量 D．气体分子的平均动能可能不变
如图所示，一绝热容器被隔板 隔成 、 两部分。已知 内有一定量的稀薄气体， 内为真空。抽开隔板 后， 内气体进入 ，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．外界对气体做功，内能增加
C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变
1.下列说法正确的是
A．一个热力学系统吸收热量后，其内能一定增加
B．一个热力学系统对外做功后，其内能一定减少
C．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时其压强一定增大
D．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时其压强一定减小
关于分子的热运动与物质内能的理解，下列说法正确的是
A．扩散现象说明分子间存在斥力
B．物体对外做功，其内能一定减少
C．气体的压强增大则气体分子一定运动越剧烈
D．物体温度升高则分子的平均动能一定增大
有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中
A．由于气泡克服重力做功，内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，内能增加
C．由于气泡内气体膨胀做功，内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，内能减少
如图，在汽缸内活塞的左边封闭着一定质量的理想气体（汽缸与活塞均绝热），压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内气体升高一定的温度，气体吸收的热量为 ，内能的增加量为 ；如果活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦，不漏气），也使汽缸内气体温度升高相同温度，其吸收的热量为 ，内能的增加量为 ，则
A． B． C． D．
气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示。座舱 与气闸舱 间装有阀门 ， 中充满空气， 内为真空。航天员由太空返回到 时，将 封闭，打开阀门 ， 中的气体进入 中，最终达到平衡。假设此过程中系统保持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中
A．气体膨胀做功，内能减小
B．气体从外界吸收热量
C．气体分子在单位时间内对 舱壁单位面积碰撞的次数减少
D．一段时间后， 内气体的密度可以自发地恢复到原来的密度
如图，一定质量的理想气体，由状态 经过 过程到达状态 或者经过 过程到达状态 。设气体在状态 和状态 的温度分别为 和 ，在过程 和 中吸收的热量分别为 和 ，则
A． ； B． ；
C． ； D． ；
二、填空题（共4题）
如图所示，用隔板将一密闭绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸，该过程气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；待气体状态达到稳定后，缓慢推压活塞至原隔板处，该过程中，气体温度 （选填“升高”“降低”或“不变”）。
如图所示，容器 、 的底部用一带有阀门的细管相连，阀门关闭时 中水面较高，打开阀门使水流动，最终 、 中的水面相平，则在此过程中，大气压力对水所做的功 ，水的内能的增加量 （选填“”、“”或“”）。
如图是常见的气压式水枪储水罐示意图，从储水罐充气口充入足够多的气体，然后关闭充气口，扣动扳机将阀门 打开，水即从枪口喷出。向储水罐充气是为了 ；若不考虑罐内气体与外界的热传递因素，则在水不断喷出的过程中罐内气体的内能 （选填“逐渐增加”“逐渐减少”或“保持不变”）。
如图所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，硝化棉燃烧起来，压活塞过程中，玻璃筒内气体内能 （填“变大”“变小”或“不变”)，用能量的转化和守恒定律解释硝化棉燃烧的原因 。
三、解答题（共4题）
某压力锅的结构如图所示。盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时，停止加热。
(1) 若此时锅内气体的体积为 ，摩尔体积为 ，阿伏加德罗常数为 ，写出锅内气体分子数的估算表达式。
(2) 假定在一次放气过程中，问：锅内气体对压力阀及外界做功 ，并向外界释放了 的热量。锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
(3) 已知大气压强 随海拔高度 的变化满足 ，其中常数 。结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同。
我们可以从宏观与微观两个角度来研究热现象。
一定质量的理想气体由状态 经过状态 变为状态 ，其中 过程为等压变化， 过程为等容变化。已知 ，，，。
(1) 请你求出气体在状态 时的体积 。
(2) 气体分别处于状态 和状态 时，分子热运动速率的统计分布情况如图所示，其中对应状态 的是曲线 （选填“”或“”）。
(3) 请你说明 过程中，气体压强变化的微观原因。
(4) 设 过程气体吸收热量为 ， 过程气体放出热量为 ，请你比较 、 的大小并说明依据。
如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的 形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长 （可视为理想气体），两管中水银面等高。现将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面 （环境温度不变，大气压强 ）。
(1) 求稳定后低压舱内的压强（用“”作单位）。
(2) 此过程中左管内的气体对外界 （填“做正功”、“做负功”或“不做功”），气体将 （填“吸热”或“放热”）。
如图所示，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸内壁有两个固定卡口 和 ，卡口 距缸底的高度 ，卡口 距缸底的高度 。横截面积为 、质量为 的活塞下方密封有一定质量的理想气体。开始时活塞处于卡口 处静止，汽缸内气体温度为 ，压强为 。活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦，大气压强为 。现用电阻为 的电热丝缓慢加热汽缸中的气体，通过电热丝的电流为 。重力加速度为 。求：
(1) 活塞开始上升时气体的温度 ；
(2) 活塞恰好上升到卡口 时气体的温度 ；
(3) 气体的温度升为 的过程持续了时间 ，不计电热丝由于温度升高而吸收的热量，试计算气体增加的内能 。
答案
一、选择题（共15题）
1. 【答案】B
2. 【答案】D
【解析】在用力向下压活塞的过程中，对筒内气体做功，机械能转化为内能，筒内气体温度升高，达到易燃物的燃点，易燃物被点燃，故A、B、C错误；
该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快，因为速度慢了的话，会使筒内气体与外界发生热交换，从而使筒内温度达不到易燃物的燃点，故D正确。
3. 【答案】C
4. 【答案】D
【解析】两个物体之间发生了热传递，则两个物体间一定有温度差，即一个温度高一个温度低，而温度是物体分子平均动能的标志，故一定是一个物体的分子平均动能大于另一个物体的分子平均动能，故D正确。
5. 【答案】B
【解析】热量能够自发从高温物体传到低温物体，也能在一定的条件下从低温物体传到高温物体，如电冰箱制冷过程，A错误；不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，这是热力学第二定律的内容，B正确；功可以全部转化为热，热也可以全部转化为功，但会引起其他变化，C错误；不违背能量守恒定律的过程不一定遵循热力学第二定律，不一定都能实现，D错误。
6. 【答案】B
7. 【答案】B
8. 【答案】A
【解析】一定质量的理想气体的温度升高了，则说明分子的平均动能增加了，而理想气体的分子间作用力是 ，故没有分子势能，所以气体的内能就是分子的平均动能，所以气体的内能也一定增加，选项A正确；
由热力学第一定律，气体的温度升高了，可以通过热传递也可以通过对气体做功的方法来实现，故选项BC均错误；
气体的温度升高了，可见气体分子的平均动能一定变大了，选项D错误。
9. 【答案】D
【解析】绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，，稀薄气体向真空扩散没有做功，，根据热力学第一定律可知 ，内能不变，故A、B错误；
气体的内能不变，则温度不变，稀薄气体扩散，体积增大，由 可知压强必然减小，故C错误，D正确。
10. 【答案】C
11. 【答案】D
【解析】扩散现象证明了分子不停地做无规则运动，不能证明分子间存在斥力，故A错误；
物体对外做功，若物体吸热，则其内能不一定减少，选项B错误；
根据 ，若气体的压强增大，则可能是温度不变而体积减小，则气体分子不一定运动越剧烈，选项C错误；
温度是分子平均动能的标志，则物体温度升高时分子的平均动能一定增大，选项D正确。
故选D。
12. 【答案】D
13. 【答案】B
【解析】对一定质量的理想气体，其内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，则 ，C、D项均错误。第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，；第二种情况，活塞自由移动，气体温度升高，压强不变，则气体体积增大，气体对外做功，，由热力学第一定律 可知，，，则 ，A项错误，B项正确。
14. 【答案】C
【解析】气闸舱 内为真空，打开阀门 ， 中的气体进入 的过程中 内的气体自由扩散，对舱壁不做功，同时系统对外界没有热交换，根据热力学第一定律 ，可知气体内能不变，故A，B错误；
气体体积增大，温度不变，气体分子的密集程度减小，气体分子单位时间对 舱壁单位面积碰撞的次数减少，故C正确；
根据熵增加原理可知， 中气体不能自发地全部退回到 中，即 内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度，故D错误。
15. 【答案】C
【解析】设气体在 状态时的温度为 ，
由图可知： 、 ，
①从 到 是等压变化：，
解得：，
从 到 是等容变化：，
由于 ，
解得：，
所以：，
②因为从 到 是等容变化过程，体积不变，气体不做功，故 过程增加的内能等于 过程吸收的热量；而 过程体积增大，气体对外做正功，由热力学第一定律可知 过程增加的内能大于 过程吸收的热量，。
二、填空题（共4题）
16. 【答案】不变；
【解析】抽开隔板后，气体体积变大，但隔板右侧是真空，气体不对外做功，绝热汽缸没有发生传热，由 可知气体的内能不变。气体被压缩的过程中，外界对气体做功( )，绝热汽缸没有发生传热( )，由 可知，气体内能增大，理想气体分子的平均动能变大，温度升高。
17. 【答案】；
【解析】设平衡后， 下落的高度为 ， 上升的高度为 ，由体积变化相等得：，大气压力对两侧做功 ，，
故大气压力对水做功 ，
由 ， 得 ，
故水的重力势能减少，故水的内能增加，。
18. 【答案】增大罐内气体的压强；逐渐减少
19. 【答案】变大；迅速向下压活塞，外界对厚壁玻璃筒中的气体做功，机械能转化为内能，气体的内能增加，温度也会随之升高，当温度达到硝化棉的燃点然后硝化棉燃烧
【解析】如图所示，当把活塞迅速压下去后，活塞压缩气体做功，气体的内能增加，温度也会随之升高，当温度达到硝化棉的燃点时，会看到硝化棉燃烧。故迅速向下压活塞，硝化棉燃烧起来，压活塞过程中，玻璃筒内气体内能变大。
三、解答题（共4题）
20. 【答案】
(1)
(2) 内能减少；减少
(3) 锅内气体的沸腾温度随着海拔高度的增加而降低
【解析】
(1) 设锅内气体分子数为 ，。
(2) 根据热力学第一定律 ，锅内气体内能减少，减少了 。
(3) 由 （其中 ）知，随着海拔高度的增加，大气压强减小；由 知，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小；根据查理定律 可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低。
21. 【答案】
(1)
(2)
(3) 气体的压强与气体分子的平均动能、气体分子的密集程度有关。 过程为等容变化，气体体积不变，气体分子的密集程度不变。气体的温度降低，气体分子的平均动能变小，因此气体的压强变小。
(4) 大于
一定质量理想气体的内能只与温度有关。
过程：气体温度升高，内能增大 。气体体积增大，气体对外做功 。由热力学第一定律可知，气体吸收热量
过程：气体温度降低，内能减少 。气体体积不变，既没有气体对外做功，也没有外界对气体做功，。由热力学第一定律可知，气体放出热量 。
由题知 ，，因此 大于 。
【解析】
(1) 过程为等压变化，由盖 吕萨克定律有
代入数据，解得 。
22. 【答案】
(1)
(2) 做正功；吸热
【解析】
(1) 设 型管横截面积为 ，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为 ，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为 ，气柱长度为 ，稳定后低压舱内的压强为 。左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得 ，
，，，
，由几何关系得 ，联立各式，
代入数据得 。
(2) 左管中气体体积变大，对外界做正功，外界对气体做负功；管内气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律 ，得 为正值，表示气体要吸热。
23. 【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1) 当活塞开始上升时，对活塞受力分析，由平衡条件得 ，解得 ，
从开始到活塞开始上升时的过程，气体发生等容变化，由查理定律得 ，解得 。
(2) 活塞从卡口 恰好升高到卡口 处的过程中，气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律得 ，解得 。
(3) 活塞从卡口 恰好升高到卡口 处的过程中，气体对外界做功 ，
整个过程中气体吸收的热量为 ，
由热力学第一定律 ，得 。

2023届高考 二轮专题 专题练：热力学定律（含解析）