专题09 热力学定律——高二年级物理下学期期末专题复习知识点清单+训练学案+期末模拟卷（人教版2019）

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专题09 热力学定律【专项训练】-2020-2021学年高二年级物理下学期期末专项复习（2019新人教版）


一、 单项选择题：

1．(2020·陕西省运城市风陵渡中学高二下学期段考)如图所示为课本中的几幅热现象示意图，则下列关于这几幅图的有关说法正确的有(　 　)

A．图一表达的意思是分子不一定是球形的，但可以把它们当做球形处理，这是在物理学的学习和研究中常用的“估算”的方法
B．图四中的永动机的设计违背了热力学第二定律
C．图二中绳子对玻璃板的拉力一定等于玻璃板的重力
D．图三中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的大

【答案】A
【解析】图一表达的意思正确，图四中的永动机设计违背了能量守恒定律，图三中绳子的拉力一定大于玻璃板的重力，图四中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的小，综上所述，选项A正确，BCD错误。
故选A。

2．(2020·山东寿光现代中学高二下学期检测)一定质量的理想气体沿p－V坐标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线ADB是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分，则(　　)

A．气体由A经C到B，一定是放热的
B．气体由B经C为A，一定是吸热的
C．气体由A经C到B再经D到A，吸热多于放热
D．气体由A经C到B再经D到A，放热多于吸热

【答案】C
【解析】由图可知，由A经C到B，中途体积增大，对外做功，同时温度也升高，内能增大，所以一定要吸热。而由B经D到A，只是体积减小，温度是不变的(是条等温线)，所以虽然是放热，但相对前面的由A到B过程，放出的热量要少些，所以总的吸热大于放热，综上所述选项C正确。
故选C。

3．(2020江苏校级模拟)以下说法中正确的是(　　)
A．系统在吸收热量时内能一定增加
B．悬浮在空气中做布朗运动的PM2.5粒子，气温越低，运动越剧烈
C．封闭容器中的理想气体，若温度不变，体积减半，则单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，气体的压强加倍
D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力

【答案】C
【解析】根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，系统在吸收热量时，同时向外放热，则内能不一定增加，故A错误；当温度越高时，分子运动越激烈，导致布朗运动的颗粒也激烈，故B错误；由＝C，当温度不变，体积减半，则气体压强p加倍，即单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，故C正确；铁棒没有断，说明此时分子间同时存在引力与斥力，分子力体现为引力，故D错误．
故选C。

4．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化；其二是：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。第一种表述方式可以用如右图示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是(　B　)


【答案】B
【解析】第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体。
故选B。

5．飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在－50 ℃以下。在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫作气团。气团直径可达几千米。由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略。高空气团温度很低的原因可能是(　　)
A．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低
B．地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低
C．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减少，气团温度降低
D．地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低

【答案】C
【解析】由热力学第一定律，物体内能的变化ΔU与做功W和热传递Q有关，满足ΔU＝W＋Q，气团在上升的过程中不断膨胀，气体对外做功，又由于气团很大，其边缘与外界的热交换可忽略，因而其内能不断减小，所以气团的温度会很低。
故选C。

6．一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的p－V图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态， a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是(　　)

A．由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能减少
B．由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能减少
C．c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大
D．b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能相等


【答案】D
【解析】由题意，ab是一条双曲线，说明气体由a状态至b状态过程为等温变化，内能不变，气体的体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故A错误；由b状态至c状过程中，气体的体积增大，对外做功，温度升高，内能增大，故B错误；c状态与a状态相比，体积相同，分子平均距离相等，故C错误；b状态与a状态相比，b状态体积小，分子平均距离较小，温度相等，则分子平均动能相等，故D正确。
故选D。

7．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　 　)

A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小

【答案】A
【解析】筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A正确。
故选A。

8．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)

A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加

【答案】C
【解析】打开卡子后，容器内气体膨胀对外界做功，内能减少、温度降低，故C正确．
故选C。

9．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)

A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加

【答案】B
【解析】A，B两球升高同样的温度，体积又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做的功多，因此B球吸收的热量多．
故选B。

10．如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)

A．Tb>Tc，Qab>Qac　　 B．Tb>Tc，Qab C．Tb＝Tc，Qab>Qac D．Tb＝Tc，Qab
【答案】C
【解析】由理想气体状态方程在bc两点：＝，则Tb＝Tc，过程ab和过程ac内能的增量相同且ΔU>0.过程ab体积增大则对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则吸收的热量Qab＝ΔU＋|W|，过程ac体积不变W＝0，则ΔU＝Qac，则C正确．
故选C。

二、 多项选择题：

11．(2020·山东省济宁市实验中学高二下学期检测)用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子S，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时(　 　)

A．氧气的温度不变　　 B．氢气的压强增大
C．氧气的体积减小 D．氧气的内能变大

【答案】CD
【解析】质量相同，则H2的分子数多，温度相同表明两气体分子平均动能相同，则H2压强大，释放后，活塞右移，H2体积变大，同时对O2做功，O2的温度升高，内能变大。
故选CD。

12．奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成。当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧。则以下说法中正确的是(　　)
A．燃气由液态变为气态的过程中要对外做功
B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能减少
C．燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程
D．燃气燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用

【答案】AC
【解析】燃气由液态变为气态的过程中体积膨胀，对外做功，故A选项正确；燃气在膨胀过程中克服分子间引力做功，分子势能增大，故B选项错误；由熵增加原理可知C选项正确；由能量耗散可知D选项错误。
故选AC。

13．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示，下列判断正确的是(　 　)

A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

【答案】AD
【解析】从a→b为等容变化、温度升高、内能增大，不做功，所以要吸热，A对；过程bc为等温膨胀，要吸热，B不正确；ca过程为等压降温，体积减小，外界对气体做功，而内能减小，所以要放热，但W≠Q，C错；由图象可知pb>pc，气体发生等温变化，体积Vb 故选AD。

14．如图是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置。具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气(忽略气体的分子势能)，将其装入“可乐瓶”中。通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同。当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是(　AD　)

A．快速挤压时，瓶内气体压强变大
B．快速挤压时，瓶内气体温度不变
C．快速挤压时，瓶内气体体积不变
D．缓慢挤压时，气球下降

【答案】AD
【解析】快速挤压气体时，外界对它做功，来不及热传递，由W＋Q＝ΔU，内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，则A项对，B、C两项错；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，对气球来说，压强也增大，温度不变，体积必然减小，则重力mg大于浮力ρgV气球，气球下降，则D项正确。

故选AD。

15．(2019渭南模拟)下列说法正确的是(　　)
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，反映了液体分子的无规则运动
B．没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能
C．知道某物体的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数
D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同

【答案】AD
【解析】略。

16．关于内能和机械能，下列说法中正确的是(　　)
A．机械能很大的物体，其内能一定很大
B．物体机械能损失时，内能可能增加
C．物体内能损失时，机械能必然会减少
D．物体机械能为零时，内能必不为零

【答案】BD
【解析】内能与机械能的区别：(1)内能是由大量分子热运动和分子间的相对位置决定的能，机械能是物体由于做机械运动、发生弹性形变或由于被举高而具有的能量；(2)物体的机械能在一定条件下可等于零，但物体的内能不可能为零．内能与机械能的联系是内能和机械能在一定条件下可以相互转化．
故选BD。

17．(2016·全国Ⅲ卷)(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是________．
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．气体被压缩时，内能可能不变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

【答案】CDE
【解析】温度相同，分子平均动能相同，质量虽然相同但两种气体分子个数不一定相同，则内能不一定相同，故A、B错误；理想气体的内能只与温度有关，等压膨胀温度必升高，故D、E正确；由热力学第一定律知，外界对气体做功但可能放热故内能可能不变，则C正确．
故选CDE。

三、 填空题：

18.根据制冷机的工作原理，试分析每个工作过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程 ：

(1)工作物质的内能____，是____的过程；
(2)工作物质的内能____，是____的过程；
(3)工作物质的内能____，是____的过程。
【答案】(1)__增加__，是__做功__的过程；
(2)工作物质的内能__减小__，是__放热__的过程；
(3)工作物质的内能__增加__，是__吸热__的过程。
【解析】在(1)中，压缩气体，对气体做功，内能增加；在(2)中，气体液化要放出热量，内能减小；在(3)中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加。

19.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B的p－T图象和V－T图象如图所示，此过程中气体的内能增加了100 J，则此过程中气体__吸收__(选填“吸收”或“放出”)的热量为__300__ J。

【答案】一定质量的理想气体从状态A变化到状态B的p－T图象和V－T图象如图所示，此过程中气体的内能增加了100 J，则此过程中气体__吸收__(选填“吸收”或“放出”)的热量为__300__ J。
【解析】由题图知气体发生的是等压变化，由盖·吕萨克定律有＝，所以V2＝V1，代入数值得V2＝8.0×10－3 m3，此过程气体膨胀对外做功为W＝p(V2－V1)＝200 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知气体吸热且Q＝300 J。

20.某同学制作了一个结构如图(a)所示的温度计．一端封闭的轻质细管可绕封闭端O自由转动，管长0.5 m．将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向．在气体温度为270 K时，用一段水银将长度为0.3 m的气柱封闭在管内．实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l和力传感器读数F之间的关系如图(b)所示(实验中大气压强不变)．

A b
(1)管内水银柱长度为 ________ m，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为_______ K．
(2)若气柱初始长度大于0.3 m，该温度计能测量的最高温度将________(填“增大”“不变”或“减小”)．
(3)若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将________(填“偏高”“不变”或“偏低”)．

【答案】(1)0.1　360　 (2)减小　(3)偏低
【解析】(1)由于轻质管可以绕O点转动，设水银长度的一半为x，封闭气体长度为l，通过力矩关系有
FL＝2ρgSx(l＋x)
研究气体长度为0.3 m和0.35 m两个位置，可以计算出水银长度为2x＝0.1 m
为保证水银不溢出，水银刚好到达管口，此时封闭气体长度l＝0.4 m，则根据＝，可以算出此时温度为T＝360 K．
(2)根据上题结论，从公式＝可以看出，后来温度与原来的气体长度有反比关系，所以该温度计能够测量的最大温度将会减小．
(3)实验过程中大气压强增加，公式＝，得到T＝，温度会增加，但如果仍然用＝计算的话，会出现测量值偏低．

21.压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104 J，则该气体的分子平均动能________(填“增加”“减少”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104 J.



【答案】增加　等于
【解析】无热交换即Q＝0，内能增加了3. 4×104 J，由热力学第一定律知外界对气体做功：ΔU＝W.对理想气体不考虑分子势能，内能增加则分子平均动能增加．

四、 计算题：

22．(2020·广西省柳州市高二下学期段考)一定质量的理想气体从状态A→B，再从状态B→C，最后从状态C→A完成一次循环，如图所示。已知状态A时气体的温度TA＝900 K，问：

(1)气体在状态B时的温度TB；
(2)气体从状态B→C的过程中，气体做的功WBC；
(3)已知气体从状态C→A的过程中，外界对气体做的功WCA＝3.6×105 J，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QCA。

【答案】(1)300 K　(2)2×105 J　(3)放热　3.6×105 J
【解析】(1)A→B是等容变化，根据查理定律得＝
解得TB＝TA＝×900＝300 K
(2)B→C是等压变化，且体积增大，所以气体对外做功，WBC＝pBΔVBC＝1.0×105×(3.0－1.0)J＝2×105 J
(3)C→A，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ΔU＝0
由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知外界对气体做的功全部以热量形式放出，故放热QCA＝WCA＝3.6×105 J。

23．如图所示，一导热汽缸放在水平地面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过定滑轮与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始时活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0。物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升Δx，封闭气体吸收了Q的热量。(汽缸始终未离开地面)求：

(1)环境温度升高了多少度？
(2)气体的内能如何变化？变化了多少？

【答案】(1)(273＋t) K (2)内能增加；ΔU＝Q－(p0S－G)Δx
【解析】(1)活塞缓慢移动，任意时刻都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖·吕萨克定律可知：＝ 得ΔT＝(273＋t) K
(2)气体温度升高，内能增加。
设汽缸内压强为p，由平衡条件得：pS＝p0S－G，
封闭气体对外做功W＝pSΔx＝(p0S－G)Δx，
由热力学第一定律得：ΔU＝Q＋(－W)＝Q－(p0S－G)Δx。

24．据《中国环境报》报道：从一份简单科技攻关课题研究结果显示，1999年我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿多元。为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。
在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度。在20世纪的60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多。
(1)请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明其理由并举出几种控制酸雨的有效途径。
(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？

【答案】见解析
【解析】(1)这种做法不可取。建设高烟囱只能降低地面SO2的浓度，不能从根本上降低大气中SO2的浓度。控制酸雨的途径主要有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其燃烧过程不产生SO2；二是对SO2回收；三是开辟“绿色能源”，主要是氢能源。
(2)传统的燃料主要缺点是：①煤，石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的；②燃烧后产生的SO2、NO2等严重污染大气，进而形成酸雨；③燃烧后产生的CO2又会造成温室效应。与传统的燃料相比，氢可以作为目前最理想的燃料，优点：①H2可以用水作为原料来制取，取之不尽，用之不竭；②H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；③氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用。
缺点：氢能源的提取、开发和利用的技术发明成为当务之急。

25.一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300 K升至T1＝350 K。

(1)求此时气体的压强。
(2)保持T1＝350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。

【答案】(1)p0　(2)　吸热　原因见解析
【解析】(1)由题意知，气体体积不变，由查理定律得
＝
所以此时气体的压强
p1＝p0＝p0＝p0
(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2
可得V2＝＝V0
所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为K＝＝
因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体的体积膨胀对外做功。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一定从外界吸收热量。

26.某同学想要估测太阳每秒辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积为S＝3.2 dm2的保温圆筒，内装质量为m＝0.4 kg的水，让太阳光垂直照射3 min，水升高的温度Δt＝2.2 ℃.已知水的比热容c＝4.4×103 J/(kg·℃)，地球半径为R＝6 400 km，试求出太阳光向地球表面辐射能量的功率．

【答案】8.2×1016 W
【解析】太阳光辐射到水中的能量
Q＝cmΔt＝4.2×103×0.4×2.2 J＝3 696 J
太阳光垂直辐射到地球1 m2面积上的能量的功率
P＝＝ W≈6.4×102 W
太阳光向地球表面辐射能量的功率为
P′＝PπR2＝6.4×102×π×(6 400×103)2W≈8.2×1016 W．