2023年高考模拟理综物理选编：热力学定律（解析版）

第页高考模拟系列热力学定律一、单项选择题〔5〕一定质量的气体，不计分子之间作用力，在压缩过程中与外界没有热交换，那么()A.外界对气体做功，温度降低，内能减小

B.外界对气体做功，温度升高，内能增大

C.气体对外界做功，温度降低，内能增大

D.气体对外界做功，温度升高，内能减小·B·【分析】

忽略气体分子之间的作用力，那么气体分子间无势能，该气体是理想气体，内能等于分子热运动的动能之和，根据热力学第一定律判断内能的变化情况，从而分析温度的变化。解决此题的关键是要正确判断气体做功的正负，要知道一定质量理想气体的内能只跟温度有关。在运用热力学第一定律时要注意各个量的符号。

【解答】

AB、外界对气体做功，W>0，气体与外界没有热交换，Q=0，根据热力学第一定律△U=Q+W知△U>0，即气体的内能增大，而一定质量理想气体的内能只跟温度有关，所以气体的温度升高，故A错误，B正确。

CD、气体对外界做功，W<0，气体与外界没有热交换，Q=0，根据热力学第一定律△U=Q+W知△U<0，即气体的内能减小，温度降低，故CD错误。

应选B。

关于能量转化与守恒的理解，以下说法中正确的选项是()A.但凡能量守恒的过程就一定会发生

B.摩擦生热的过程是不可逆过程

C.空调机既能致热又能制冷，说明热传递不存在方向性

D.由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机·B·解：A、各种物理过程能量是守恒的，但是自然界的宏观过程具有方向性，故A错误；

B、通过摩擦生热，能量耗散了，即能量可以利用的品质降低了，这是不可逆过程，故B正确；

C、空调机既能致热又能制冷，但是要耗电，即热传递有方向性，热量只能自发地由高温物体传向低温物体，故C错误；

D、虽然总能量守恒，但随着能量耗散，能量可以利用的品质降低了，故D错误；

应选B．

热力学第二定律反映了自然界的宏观过程具有方向性，虽然总能量守恒，但能量可以利用的品质降低了．

此题关键是根据热力学第二定律进行分析，即能量虽然守恒，但热过程具有方向性，故热机的效率一定小于百分之百．

以下说法正确的选项是

()A.液体分子的无规那么运动称为布朗运动

B.物体从外界吸收热量，其内能一定增加

C.物体温度升高，其中每个分子热运动的动能均增大

D.气体压强产生的原因是大量气体分子对器壁的持续频繁的撞击·D·解：A、布朗运动是悬浮在液体当中的固体颗粒的无规那么运动，是液体分子无规那么热运动的反映，故A错误；

B、由公式△U=W+Q知做功和热传递都能改变物体内能，物体从外界吸收热量假设同时对外界做功，那么内能不一定增加，故B错误；

C、温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，物体温度升高，不是每个分子热运动的动能均增大。故C错误；

D、气体压强产生的原因是大量气体分子对器壁的持续频繁的撞击，故D正确

应选：D。

布朗运动是悬浮在液体当中的固体颗粒的无规那么运动，是液体分子无规那么热运动的反映，温度越高，悬浮微粒越小，布朗运动越剧烈；做功和热传递都能改变物体内能；温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律；根据气体压强的意义分析气体的压强．

该题考查3-3的多个知识点的内容，掌握布朗运动的概念和决定因素，知道热力学第一定律的公式是处理这类问题的金钥匙．

关于热现象，以下说法正确的选项是()A.物体温度不变，其内能一定不变

B.物体温度升高，其分子热运动的平均动能一定增大

C.外界对物体做功，物体的内能一定增加

D.物体放出热量，物体的内能一定减小·B·解：A、物体的内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素都有关，所以温度不变，其内能不一定不变。故A错误；

B、温度是分子热平均动能的标志，物体温度降低，其分子热运动的平均动能减小，相反，温度升高，其分子热运动的平均动能增大。故B正确；

C、做功与热传递都可以改变物体的内能，假设外界对物体做功，同时物体放出热量，那么物体的内能不一定增加。故C错误；

D、做功与热传递都可以改变物体的内能，假设物体放出热量，同时外界对物体做功，那么物体的内能不一定减小，故D错误；

应选：B。

物体的内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素都有关，温度是分子热平均动能的标志；做功与热传递都可以改变物体的内能。由此分析即可。

解决此题的关键是要掌握温度的微观意义，知道温度是分子热平均动能的标志。明确内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素有关。

如下图，一定质量的理想气体，经过图线A→B→C→A的状态变化过程，AB的延长线过O点，CA与纵轴平行.由图线可知()

A.A→B过程压强不变，气体对外做功

B.B→C过程压强增大，外界对气体做功

C.C→A过程压强不变，气体对外做功

D.C→A过程压强减小，外界对气体做功·B·【分析】

由图示图象判断气体的状态变化过程，应用气态方程判断气体体积如何变化，然后应用气体的体积增大的过程中对外做功，体积减小的过程中外界对气体做功。

此题考查气体的状态方程中对应的图象，要抓住在P-T图象中等压线为过原点的直线.解决此类题目得会从图象中获取有用信息，判断出气体情况，内能变化情况，然后利用热力学第一定律即可做出正确得分析。

【解答】

如图做过C的等容线，那么体积相等的情况下，C的温度高，所以C的压强一定比AB两点的压强大。

A、由图示可知，AB过程，气体体积与热力学温度成正比，那么气体发生等压变化，气体压强不变，体积减小，外界对气体做功，故A错误；

B、如图做过C的等容线，那么体积相等的情况下，C的温度高，所以C的压强一定比AB的压强大，由图可知体积减小，外界对气体做功；故B正确；

C、D、C的压强一定比AB两点的压强大，所以C→A过程压强减小；由图可知气体的体积增大，气体对外界做功.故CD错误。

应选B。

二、多项选择题〔16〕以下说法中正确的选项是()A.一定质量的理想气体的内能随着温度升高一定增大

B.第一类水动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律

C.当分子间距r>r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力

D.大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大

·ADE·解：A、一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，故A正确．

B、第一类水动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律，而第二类永动机研制失败的原因并不是违背了能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律.故B错误．

C、当分子间距r>r0时，分子间的引力和斥力都随着分子间距的增大而减小，而且斥力减小更快，所以分子力表现为引力.故C错误．

D、相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数，大气中相对湿度越大，水气蒸发也就越慢，人就感受到越潮湿，故大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大.故D正确．

E、一定质量的单晶体在熔化过程中温度不变，分子的平均动能不变，所吸收的热量全部用来增大分子势能，故E正确．

应选：ADE

一定质量的理想气体的内能只与温度有关.第二类永动机失败的原因是违背了热力学第二定律.根据分子斥力和引力都随分子间距增大而减小，斥力减小更快，来分析分子力的性质.在一定气温条件下，大气中相对湿度越大，水气蒸发也就越慢，人就感受到越潮湿.单晶体在熔化过程温度不变，根据能量守恒定律分析分子势能的变化．

此题以下说法中正确是()A.相对湿度是指大气中水蒸气的实际压强与同温度下水蒸气的饱和气压的比值

B.橡胶无固定熔点，是非晶体

C.知道气体的体积和气体分子的个数就可求出气体分子的体积

D.热机的效率总小于1

E.对于同一种气体，温度越高，所有分子的平均动能都会越大·ABD·解：A、根据相对湿度的定义，相对湿度是指大气中水蒸气的实际压强与同温度下水蒸气的饱和气压的比值，故A正确；

B、橡胶是非晶体，无固定熔点，故B正确；

C、气体分子之间的距离大于分子的大小，由气体的体积和气体分子的个数，不能估算出该种气体分子的大小.故C错误；

D、根据热力学第二定律不管通过什么方法，都不可以使热机的效率到达1高考模拟系列%，故D正确；

E、温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，对单个的分子没有意义，对于同一种气体，温度升高，不是所有分子的平均动能都会越大，故E错误；

应选：ABD

空气相对湿度越大时，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢；液体外表层分子间距离大于液体内局部子间距离，故液体外表存在张力；由气体的体积和气体分子的个数，不能估算出该种气体分子的大小；温度是分子的平均动能的标志．

此题考查相对湿度、晶体与非晶体的区别、热力学第二定律等热学的知识.以下说法正确的选项是()A.在完全失重的情况下，密闭容器内的气体的压强不为零

B.无论技术怎样改良，热机的效率都不可能到达1高考模拟系列%

C.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的分子数和温度有关

D.机械能不可能全部转化为内能，内能也不可能全部转化为机械能

E.但凡不违背能量守恒定律的实验·ABC·解：A、气体的压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的，与是否失重无关；在完全失重的情况下，气体分子运动不停止，对容器壁的压强不为零；故A正确；

B、根据热力学第二定律，无论技术怎样改良，热机的效率都不可能到达1高考模拟系列%.故B正确；

B、根据压强的微观意义可知，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的分子数和温度有关；故C正确；

C、机械能可以全部转化为内能，内能在一定的条件下也可能全部转化为机械能.故D错误．

D、根据热力学第二定律可知，所有的和热现象有关的过程都有一定的方向性，所以不违背能量守恒定律的实验设想，也不一定能实现的故E错误．

应选：ABC

根据气体压强的微观意义分析压强；满足能量守恒定律的宏观过程不一定可以自发进行；熵是物体内分子运动无序程度的量度.不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．

此题以下说法中正确的选项是()A.液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征

B.常温常压下，一定质量的气体被绝热压缩后，每个气体分子的动能都会增加

C.一质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多

D.用油膜法测出油分子的直径后，只要再知道油的摩尔质量，就能计算出阿伏伽德罗常数

E.空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度·ACE·解：A、液晶具有液体和晶体的共同特性，即液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特性，故A正确．

B、一定质量的气体被绝热压缩后，内能增大，温度升高，分子的平均动能增大，但由于分子运动是无规那么，不是每个气体分子的动能都会增加.故B错误．

C、一质量的气体温度不变时，体积减小，由pV=c，知压强增大，温度不变时分子的平均动能不变，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多，故C正确．

D、用油膜法测出油分子的直径后，只知道油的摩尔质量，不能计算出每摩尔油分子的数目，即不能算出阿伏伽德罗常数.故D错误．

E、根据相对湿度的定义知，空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度，故E正确．

应选：ACE．

液晶具有液体和晶体的共同特性.分子的运动是无规那么的.温度是气体分子平均动能变化的标志，气体的压强与分子的平均动能和气体分子数密度有关.只要知道油的摩尔质量和油分子的质量，就可以计算出阿伏伽德罗常数.空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度．

解决此题的关键要掌握热力学的根底知识，知道温度是分子平均动能的标志，记住相对湿度的定义等知识．

三、填空题〔1〕快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如下图.假设袋内气体与外界没有热交换，当充气袋四周被挤压时，袋内气体压强______(填“增大〞、“减少〞或“不变〞)，对外界______(填“做正功〞、“做负功〞或“不做功〞)．·增大；做负功·解：充气袋四周被挤压时，袋内气体体积减小；

气体的体积减小，故外界对气体做正功，由于与外界无热交换，根据热力学第一定律，内能增加；

内能增加那么温度增加，根据pVT=C，气体的压强一定增加；

外界对气体做正功，故气体对外界做负功；

故·为：增大、做负功

充气袋四周被挤压时，外界对气体做功，无热交换，根据热力学第一定律分析内能的变化．四、实验题探究题〔2〕给一定质量的温度为0℃的水加热，在水的温度由0℃上升到4℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀〞。查阅资料知道：在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。由此可知，反常膨胀时，水分子的平均动能______(选填“增大〞“减小〞或“不变〞)，吸收的热量______(选填“大于〞“小于〞或“等于〞)所有水分子的总势能增加量。·增加；大于·解：温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；分子的平均动能增大，所有水分子间的总势能增大，内能是增大的；反常膨胀水对外做功，根据热力学第一定律，吸收的热量大于所有水分子的总势能增加量。

故·为：增大；大于。

温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；在水反常膨胀的过程中，所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功。

明确温度是分子平均动能的标志，注意是大量分子的统计规律；分子之间的相互作用力对分子做负功，水分子间的总势能增大；分子之间的相互作用力对分子做正功，水分子间的总势能减小，与弹簧的弹性势能与弹力做功的关系是相似的。

如下图，某同学制作了一个简单的温度计，一个容器连接横截面积为S的足够长的直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度T0时水银滴停在O点，封闭气体的体积为V0，大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦。

①设上述气体某过程从外界吸热5.0J，内能增加3.5J，那么气体对外做功______J。

②假设环境温度缓慢变化，求水银滴相对O点移动距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系。·0.15·解：①由热力学第一定律有：△U=Q+W

解得：W=△U-Q=3.5J-5.0J=-0.15J

即气体对外做功：

②气体做等压变化，由盖-吕萨克定律有V0T0=V0+xST

解得：x=V0TST0-V0S

答：①气体对外做功0.15J；

②假设环境温度缓慢变化，水银滴相对O点移动距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系为x=五、计算题〔4〕如下图，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞因重力而产生的压强为0.2p0，活塞的横截面积为S，与容器底部相距h，此时活塞处于平衡状态，气体的温度为T0现在活塞上放置一个质量与活塞质量相等的物块，活塞下降了h10后到达稳定，气体的温度为T1再通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时活塞缓慢向上移动，恰好回到原来的位置并静止，此时气体的温度为T2大气压强为P0，重力加速度为g，不计活塞与气缸间的摩擦，不计理想气体的重力势能，求：

①T1与T0的比值和·解：(1)放上物块后，由理想气体状态方程可知：

1.2P0VT0=1.4P0⋅910VT1

解得：T1T0=6360

当加热后回到原位置时，由查理定律可知：

1.2P0T0=1.4P0T2

·(1)利用理想气体状态方程即可求得温度之比，注意找出初末状态即可；

(2)在加热过程中，气体对外做功，由W=PS△h求的对外做功，由△U=Q+W求的内能增加量

此题确做功与热量的正负确实定是解题的关键；对气体正确地进行受力分析，求得两个状态的压强是解题的关键.属于中档题．

如下图，一轻活塞将体积为V、温度为2T0的理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热气缸内.大气压强为p0，大气的温度为T0，气体内能U与温度的关系为U=aT(a为正常数).在气缸内气体温度缓慢降为T0的过程中，求：

①气体内能减少量△U；

②气体放出的热量·解：①由题意可知气体内能U与温度的关系为U=aT，所以开始时气体的内能：U1=a⋅2T0

末状态：U2=aT0；

内能的减小：△U=U2-U1=aT0

②设温度降低后的体积为V'，由查理定律那么：V2T0=V'T0

·(1)结合题目给出的条件即可求出气体内能减少量；

(2)找出初状态和末状态的物理量，由查理定律和盖⋅吕萨克定律求体积，根据功的公式和内能表达式求放出的热量．

此题考查了理想气体状态方程的应用和热力学第一定律的应用，注意气体的初末的状态参量是解答的关键，难度适中．

如下图，竖直放置U形玻璃管与容积为V0=15cm3的金属球形容器连通，玻璃管左侧横截面积为右侧横截面积的4倍.右侧玻璃管和球形容器中用水银柱封闭一定质量的理想气体.开始时，U形玻璃管右侧水银面比左侧水银面高出h1=15cm，右侧玻璃管内水银柱上方空气柱长h0=9cm.现缓慢向左管中参加水银，使两边水银柱到达同一高度，玻璃管和金属球导热良好.(大气压P0=75cmHg，U形玻璃管的右侧横截面积为S=1cm2·解：①气体温度不变，那么内能不变；向左管中参加水银时，外界对气体做功，根据热力学第一定律△U=Q+W可知，封闭气体要放热．

②初态：p1=p0-ph=(75-15)cmHg=6