2022届高考物理一轮复习热学---热力学三大定律能力提升（1）

2022届高考物理一轮复习热学---热力学三大定律能力提升（1）

练习

一、单选题，共10小题

1．下列说法正确的是（　　）

A．气体的内能是分子热运动的动能之和，只能通过热传递来改变

B．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功

C．气体的温度不变时，不会发生热传递

D．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体

2．如图所示，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B再变化到状态C，其中状态A到状态B过程为等压变化过程，状态B到状态C过程为等容变化过程，A、C两个状态处在同一条双曲线上，则下列说法正确的是（　　）

A．状态A到状态B过程，气体放出热量

B．状态A到状态B过程，气体对外做功，内能增加

C．状态B到状态C过程，气体内能增加

D．状态A到状态B，再到状态C过程，气体分子的平均动能先减小后增大

3．如图所示为某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环可视为一定质量的理想气体所经历的两个绝热过程和两个等容过程，图中a到b和c到d为绝热过程，b到c和d到a为等容过程。关于该气体，下列说法正确的是（　　）

A．由图知的过程是等温变化过程

B．在的过程中，气体分子对容器壁单位面积上的平均碰撞力变大

C．在的过程中，单位时间内撞击该气缸壁的分子数增多

D．从状态a出发完成一次循环又回到状态a的过程中气体全程吸收的热量等于放出的热量

4．下列说法正确的是（　　）

A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行

B．质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘相比，具有相同的分子势能

C．液体具有流动性是因为液体分子具有固定的平衡位置

D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关

5．一定质理的理想气体变化图像如图所示，气体从1→2→3的过程对外做的功为，从外界吸收的热量为，气体内能的变化量为；气体从1→4→3的过程对外做的功为，从外界吸收的热量为，气体内能的变化量为，则它们之间的关系正确的是（　　）

A．，，

B．，，

C．，，

D．，，

6．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）

A．该气体放出热量时，其内能一定减少

B．该气体膨胀对外做功时，其内能一定减少

C．该气体吸收热量同时对外膨胀做功，其内能可能增加

D．该气体放出热量同时膨胀对外做功，其内能可能不变

7．用水壶在地球表面不同的位置将1千克的水加热吸收的热量后，它的温度在下列给出的四个温度中，最多有几个可能温度（　　）

（水的比热容：）

①   ②    ③     ④

A．1 B．2 C．3 D．4

8．如图所示为一定质量的理想气体的图像，其中段为双曲线，则下列有关说法正确的是（　　）

A．由b到c过程中，气体从外界吸收热量

B．由c到a过程中，气体内能增加且外界对气体做功

C．由a到b过程中，外界对气体不做功，气体分子的平均动能增大

D．由b到c过程中，气体分子单位时间内对容器壁的撞击次数增加

9．为适应太空环境，去太空执行任务的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如在地面上一样，假如在地面上航天服内气压为1atm，气体体积为2L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4L，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体可视为理想气体且温度不变，将航天服视为封闭系统（　　）

A．由地面到太空过程中航天服内气体分子平均动能减小

B．由地面到太空过程中航天服内气体的分子数密度不变

C．由地面到太空过程中航天服内气体放热

D．若开启航天服生命保障系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢达到0.9atm，则需补充1atm的等温气体1.6L

10．用水壶在地球表面不同的位置将1千克的水加热吸收的热量后，它的温度在下列给出的四个温度中，最多有几个可能温度（　　）

（水的比热容：）

①   ②    ③     ④

A．1 B．2 C．3 D．4

二、多选题，共3小题

11．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）

A．气体吸热后温度一定升高

B．对气体做功可以改变其内能

C．理想气体等压膨胀过程一定放热

D．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

12．下列说法正确的是（　　）

A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

B．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律

C．对于一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大

D．用温度计测量温度是根据热平衡的原理

13．下列有关热现象分析与判断正确的是 （　　）

A．布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著

B．在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱门和电风扇，两电器工作较长时间后，房子内的气温将会增加

C．温度升高，单位时间里从液体表面飞出的分子数增多，液体继续蒸发，饱和气压强增大

D．在一个大气压下，1克100℃的水吸收2.26×103J热量变为1克100℃的水蒸气，在这个过程中，2.26×103J=水蒸气的内能+水的内能+水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功

三、填空题，共4小题

14．一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B和C，其图象如图所示。该变化过程中，内能减小的过程是______（选填“”或“”）。若气体在过程中吸收热量为Q，则气体在过程中放出的热量______Q（选填“大于”、“等于”或“小于”）。

15．（1）空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为2.0×105J，同时气体的内能增加了1.5×105J。试问：此压缩过程中，气体放出的热量等于___________J。

（2）若一定质量的理想气体状态分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是___________（填“A”、“B”或“C”），该过程中气体的内能___________（填“增加”或“减少”）。

A． B． C．

16．小李和小华准备打乒乓球，但现在只有一个被踩瘪但没裂开的乒乓球，他们将此瘪球放入杯中热水里，并用杯盖盖紧，一段时间后瘪球变回球形，则瘪球变回球形的过程中，球内速率大的分子数与总分子数之比__________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”），球内气体因膨胀对外做的功________（选填“大于”“等于”或“小于”）吸收的热量，球内气体的内能_________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”）。

17．封闭汽缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B再变化到状态C，其体积V随热力学温度T变化的关系图象如图所示，气体在状态B时的温度T2＝________K。气体在从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q1＝240J，对外做功为W＝100J．则气体由状态B变化到状态C的过程中，气体向外传递的热量Q2＝________J。

四、解答题，共4小题

18．如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中、设水温均匀且恒定，瓶内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的玻璃瓶在下降过程中，气体是吸热还是放热，为什么？

19．如图所示，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，右侧与绝热活塞之间是真空的，现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积、假设整个系统不漏气，则气体自发扩散前后内能变化了吗？为什么？气体在被压缩的过程中内能如何变化？为什么？

20．有人估算使地球上的海水降低0.1℃，就能放出5.8×1024J的热量，这相当于1800个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。假定整个海洋都具有同一温度，你能设计一种只靠吸收海水的热量推动轮船航行，而不需要燃料的机器吗？

21．有人把热力学第二定律的克劳修斯表述简化为“热量不能由低温物体传到高温物体”，这种说法是否正确？为什么？

参考答案

1．C

【详解】

A．气体的内能是分子动能和分子势能之和，可以通过做功和热传递两种方式改变，故A错误；

B．热力学第二定律开尔文表述：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响。只有在不产生其它影响的条件下，从单一热源吸热全部变功才是不可能的（被客观规律所禁止的），也就是说第二定律并不禁止下列情形：存在其他变化时，热全部变功，或者说：“从单一热源取热，把它全部变为功”并非不可能，但只有在发生其他变化时，才能实现，故B错误；

C．气体的温度不变时，内能不变，在无外界做功情况下，由热力学第一定律知不会发生热传递，故C正确；

D．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体；在外界影响下，热量才能从低温物体传递到高温物体，故D错误。

故选C。

2．B

【详解】

AB．状态A到状态B过程，气体压强不变，体积变大，则温度升高，气体对外做功且内能增加，可知气体吸收热量，选项A错误，B正确；

C．状态B到状态C过程，气体体积不变，压强减小，则温度降低，则气体内能减小，选项C错误；

D．状态A到状态B，再到状态C过程，气体的温度先升高后降低，则气体分子的平均动能先增大后减小，选项D错误。

故选B。

3．C

【详解】

A．由图知为绝热过程，没有热传递，由于体积减小，外界对气体做功，据热力学第一定律可知，内能增大，温度升高，A错误；

B．在的过程中，体积不变，压强减小，由

可知，温度降低，分子平均动能减小，气体分子对容器壁单位面积上的平均碰撞力变小，B错误；

C．在的过程中，体积不变，压强增大，由

可知，温度升高，分子平均动能增大，单位体积分子数不变的情况下，单位时间内撞击该气缸壁的分子数增多，C正确；

D．图线与横轴所围的面积表示功，可知，从a到b外界对气体做的功小于从c到d气体对外界所做的功，而从状态a出发完成一次循环又回到状态a的过程，温度相同内能不变，据热力学第一定律可知，从状态a出发完成一次循环又回到状态a的过程中气体全程吸收的热量大于放出的热量，D错误。

故选C。

4．D

【详解】

A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，选项A错误；

B．80℃的液态萘凝固成80℃的固态萘的过程中放出热量，温度不变，则分子的平均动能不变，萘放出热量的过程中内能减小，而分子平均动能不变，所以一定是分子势能减小，故B错误；

C．液体具有流动性是因为液体分子没有固定的平衡位置，选项C错误；

D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关，选项D正确。

故选D。

5．C

【详解】

本题考查热力学第一定律。初态和末态温度相同，因此两个热力学过程内能变化相同；在图像中，图线与横轴所围面积表示气体对外界做功的多少，故

根据热力学第一定律

可得

C正确。

故选C。

6．C

【详解】

A．由可知，改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，该气体放热，，但做功未知，所以内能不一定减少，故A错误；

B．该气体对外做功，，但未知，所以内能不一定减少，故B错误；

C．该气体吸收热量，，同时对外做功，，可能是正值也可能是负值，所以内能可能增加，故C正确；

D．该气体放出热量，，同时对外做功，，所以，即气体内能一定减少，故D错误。

故选C。

7．B

【详解】

若水吸收的热量全部用来增加内能，根据

可得

而水在标准状况下的沸点为，而且随着压强的减小，沸点降低，在高山上，压强会小于一个大气压，因此沸点可能为，而在地面上，压强为一个大气压，沸点为。

故选B。

8．A

【详解】

A．由b到c过程中，温度升高，内能增加，体积增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故A正确；

B．由c到a过程中，气体温度不变，为等温过程，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，故B错误；

C．由a到b过程中，外界对气体不做功，根据，体积不变，压强减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故C错误；

D．由b到c过程中，压强不变，体积增大，温度升高，气体分子单位时间内对容器壁的撞击次数减少，故D错误。

故选A。

9．D

【详解】

A．航天服内，温度不变，气体分子平均动能不变，选项A错误；

B．航天服内气体质量不变，分子数不变，体积膨胀，单位体积内的分子数减少，即航天服内气体的分子数密度减小，选项B错误；

C．航天服内气体因为体积膨胀对外做功，而航天服内气体温度不变，即气体内能不变，由热力学第一定律可知气体吸热，选项C错误；

D．设需补充latm气体V′后达到的压强为p3＝0.9atm，取总气体为研究对象，由玻意耳定律得

p1（V1+V′）＝p3V2

解得

V′＝1.6L

选项D正确。

故选D。

10．B

【详解】

若水吸收的热量全部用来增加内能，根据

可得

而水在标准状况下的沸点为，而且随着压强的减小，沸点降低，在高山上，压强会小于一个大气压，因此沸点可能为，而在地面上，压强为一个大气压，沸点为。

故选B。

11．BD

【详解】

A．气体吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，故不能确定气体温度变化，A错误；

B．气体内能的改变

故对气体做功可改变气体内能，B正确；

C．理想气体等压膨胀，W＜0，由理想气体状态方程

p不变，V增大，气体温度升高，内能增大，即

由

知

气体一定吸热，C错误；

D．根据热平衡可知，如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，D正确。

故选BD。

12．BCD

【详解】

A．热传递存在方向性是说热量只能自发地从高温物体传向低温物体，空调的制冷过程是热量从温度较高的室内传到温度较低的制冷剂，再通过压缩制冷剂将热量传到室外，而制热过程也是类似这样进行的，A错误；

B．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，B正确；

C．理想气体内分子之间的相互作用忽略不计，所以理想气体的内能仅与温度有关，对于一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大，C正确；

D．用温度计测量温度是根据热平衡的原理，D正确。

故选BCD。

13．BC

【详解】

A．布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，在一瞬间跟它相撞的分子数越多，各个方向的撞击作用越接近平衡，布朗运动越不显著，故A错误；

B．根据制冷机原理可知电冰箱的制冷并不会使系统内总热量减小，只是通过压缩机将热量从低温物体传向了高温物体，所以打开电冰箱门并不能使房间内热量减少，而由于电冰箱和电风扇工作过程中，电流做功会产生一部分焦耳热，并且电风扇吹风的过程中使空气产生摩擦热，根据热力学第一定律可知两电器工作较长时间后，房间内气温会增加，故B正确；

C．温度升高，单位时间里从液体表面飞出的分子数增多，液体继续蒸发，饱和气压强增大，故C正确；

D．液体汽化时，吸收的热量一部分用于克服分子间引力做功，增加内能，另一部分用于对外界做功，则根据热力学第一定律可知在一个大气压下，1克100℃的水吸收2.26×103J热量变为1克100℃的水蒸气，在这个过程中，2.26×103J=水蒸气的内能－水的内能+水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功，故D错误。

故选BC。

14．    大于   

【详解】

[1]A到B过程，温度升高，内能增大，B到C过程，温度降低，内能减小，故内能减小的过程是。

[2]由

可得

A到B过程，体积不变，W=0，由热力学第一定律可知，气体在过程中吸收热量Q等于增大的内能，B到C过程，压强增大，温度降低，故体积一定减小，W>0，由于内能减小，故气体在过程中放出的热量大于减小的内能，由于A、C状态温度相等，内能相等，故两个过程内能变化量相等，则气体在过程中放出的热量大于Q。

15．5104J    C    增加   

【详解】

(1)[1]由热力学第一定律可得

其中

W=2.0×105J

1.5×105J

代入解得

Q=-5104J

故气体放出的热量等于5104J。

(2)[2]A．从1到2的过程压强在减小，A错误

B．从1到2的过程压强在增大，B错误；

C．由

可得

对比图线可知，斜率恒定，压强不变，C正确。

故选C。

[3]该过程中气体的温度升高，故内能增加。

16．逐渐增大    小于    逐渐增大   

【详解】

[1][2][3]瘪球内气体原先温度较低，放入热水中后，球内气体逐渐吸热，球内气体的温度逐渐升高。温度越高，速率大的分子数占总分子数比例越大。球内气体温度升高，压强增大，瘪球逐渐变回球形，此过程中从外界吸收热量的同时球内气体因膨胀而对外做功，由于内能随温度的升高而增大，根据热力学第一定律知球内气体从外界吸收的热量大于对外做的功。

17．600    140   

【详解】

[1]AB延长线过原点，即AB过程的V与T成正比，故A到B过程为等压过程，对A到B的过程运用盖－吕萨克定律可得

代入图象中的数据可得气体在状态B时的温度

[2]因为气体是一定质量的理想气体，而一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，因为

所以A与C的内能相同，故A到B内能的增加量等于B到C内能的减小量，即

根据热力学第一定律可得

A到B过程气体对外做功，故

又已知

可得

根据热力学第一定律可得

B到C为等容过程，故

所以

故气体向外放出的热量为140J。

18．被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体的压强随着水变深而逐渐变大，气体温度由于瓶壁导热性能良好，始终与水温一致，故瓶内气体可视为等温变化、由玻意耳定律可知，瓶内空气被等温压缩，体积减小，外界对瓶内气体做正功，气体温度不变，内能不变，即，故瓶内气体放热，且放出的热量Q与外界对气体做的功W相等

【详解】

被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体的压强随着水变深而逐渐变大，气体温度由于瓶壁导热性能良好，始终与水温一致，故瓶内气体可视为等温变化、由玻意耳定律可知，瓶内空气被等温压缩，体积减小，外界对瓶内气体做正功，气体温度不变，内能不变，即，故瓶内气体放热，且放出的热量Q与外界对气体做的功W相等。

19．气体内能不变，见解析，内能增大，见解析

【详解】

气体向真空自发扩散，对外界不做功，且气缸、隔板、活塞均绝热没有热传递，气体的内能不会改变；

气体被压缩的过程中，活塞对气体做功，因气缸绝热，故气体的内能增大。

20．见解析

【详解】

这种靠吸收海水热量推动轮船航行的热机基本结构如图所示

设大气温度为t2，海水温度为t1，在不同的温差下，热机的工作情况不同。当t2≥t1时，热机无法从海水中吸取热量对外做功，否则将需要一个用于放热的更低温的热源；当t2<t1时，热机从海水中吸取的热量一部分变成推动轮船前进的动力功，一部分对大气放热，水面附近大气的温度升高，同时由于轮船（螺旋桨）克服水的阻力做的功也转化为内能，很快使热机的温度也升高，而此过程中海水温度下降，故很快达到热平衡，导致温差消失，热机不能再继续工作。

21．不正确，原因见解析

【详解】

不正确。

应该是“热量不能由低温物体传到高温物体而不引起其他变化”，在引起其他变化的情况下，热量也可以由低温物体传到高温物体。