2023年高考物理一轮复习：热力学定律 历年真题卷含答案解析

热力学定律

一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个

选项中，只有一项是符合题目要求的

1.（2020.山东.高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始，经a—b、b—c、

CT。三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分

别为。（Vo,2po）、b（2Vo,”o）、c（3Vo,2pG以下判断正确的是（）

A.气体在a—b过程中对外界做的功小于在b-c过程中对外界做的功

B.气体在a—b过程中从外界吸收的热量大于在b-c过程中从外界吸收的热量

C.在CT。过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量

D.气体在CT。过程中内能的减少量大于。-C过程中内能的增加量

2.一定质量的理想气体经历状态变化，其图线如图所示，变化顺序为

aTbfcfdia,图中ab段延长线过坐标原点，力线段与p轴垂直，曲线段与

/轴垂直，则（）

A.cfd,压强不变、外界对气体做功、气体放出热量

B.压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量

C.a->b,压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量

D.bfc,压强增大、气体对外界做功、同时放出热量

3.如图所示，一定质量的理想气体，由状态A缓慢地变化到状态8,状态A的

压强是状态8的压强的2倍，A-B过程中下列说法正确的是（)

A.气体一定对外做功B.外界可能对气体做功

C.气体一定放出热量D.气体一定吸收热量

4.新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。储气室内气

体可视为理想气体，在喷液过程中储气室内温度保持不变，喷液全过程储气室内

气体在P-V图像中的变化图线如图乙所示，A、8是双曲线上的两点。下列说法

正确的是（）

乙

A.气体在状态A的内能一定大于在状态3的内能

B.图中RtAOAC和RtAOBD的面积一定相等

C.气体从状态A变化到状态8的过程中，气体吸收的热量大于气体做的功

D.气体从状态A变化到状态8的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积

上的碰撞次数不变

5.如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态8、。和。后再回到

状态A。其中，A—B和C—O为等温过程，8—C和。—A为绝热过程（气体与

外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”、下列说法正确的是（）

A.A-3过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功，所以违反了热力学第

二定律

B.过程中，气体分子的平均动能减小

C.。一。过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少

D.0TA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化

6.如图所示，固定在地面上的水平气缸内由活塞封闭着一定量的气体，气体分

子之间的相互作用力可以忽略。假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不

变，若用外力尸将活塞缓慢地水平向右拉动，则在拉动活塞的过程中，下列说

法正确的是（）

，，，，，，，，.,，，,，，，，3，，，，，，，，，，，，，＞'，，，＞，，，,

A.气体做等温膨胀，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少

B.气体做等温膨胀，分子的平均动能不变，气体的压强不变

C.气体从外界吸收热量，内能变大

D.气体是从单一热源吸收，全部用来对外做功，此过程违反热力学第二定律

7.一定质量的理想气体经历了如图所示的ATB—C—OTA循环，该过程每个

状态均可视为平衡态，各状态参数如图所示。对此气体，下列说法正确的是（）

01234T

A.A-8的过程中，气体对外界放热，内能不变

B.B-C的过程中，气体的压强增大，单位体积内的分子数增多

C.的过程中，气体的压强不变，气体从外界吸热

D.0TA的过程中，气体的压强减小，分子的平均动能减小，单位体积内的分

子数不变

二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个

选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有

选错的得0分

8.（2021.海南.高考真题）如图，一定质量的理想气体从状态。出发，经过等容

过程到达状态力，再经过等温过程到达状态c,直线改过原点。则气体（）

C/

八

fU—>----\b

C）T

A.在状态c的压强等于在状态a的压强

B.在状态人的压强小于在状态c的压强

C.在6-。的过程中内能保持不变

D.在a的过程对外做功

9.（2021.全国.高考真题）如图，一定量的理想气体从状态“（小匕，幻经热力

学过程她、儿、以后又回到状态a。对于外、be、或三个过程，下列说法正确

的是（）

p/p。

2

1a\'

■±----►

012勿匕

A."过程中，气体始终吸热

B.c、a过程中，气体始终放热

C.四过程中，气体对外界做功

D.左过程中，气体的温度先降低后升高

E.bc过程中，气体的温度先升高后降低

10.（2021.天津.高考真题）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底

部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活寒、气缸及内封的一定质量

的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的

体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化

较快，气体与外界来不及热交换。若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过

程中（）

A.上下乘客时，气体的内能不变B.上下乘客时，气体从外界吸热

C.剧烈颠簸时，外界对气体做功D.剧烈颠簸时，气体的温度不变

三、非选择题：共6小题，共54分，考生根据要求作答

11.（2021.河北.高考真题）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B,汽缸

内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示，现向活塞上表面缓慢

倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气

体的内能（填“大于”“小于”或，等于“）汽缸B内气体的内能，图2为重新

平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线（填图像中曲线标

号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。

12.（2019•全国•高考真题）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热

性能良好，空气可视为理想气体.初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大

于外界.现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同.此时，容器中

空气的温度（填“高于""低于''或"等于"）外界温度，容器中空气的密

度（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度.

13.（2019•江苏•高考真题）如图所示，一定质量理想气体经历A-8的等压过

程，B-C的绝热过程（气体与外界无热量交换），其中过程中内能减少

900J.求N-8一。过程中气体对外界做的总功.

14.一定质量的理想气体被活塞封闭在导热汽缸内，如图所示水平放置。活塞的

质量加=20kg,横截面积S=100cm2,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始

使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离A=9cm,离汽缸口的距离L2=6cm。汽缸

内气体温度为27℃,大气压强为1.0xl()5pa。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖

直位置，待稳定后对汽缸内气体加热，使活塞缓慢上升到上表面刚好与汽缸口相

平，已知g=10m/s2,外界温度不变，活塞厚度不计。求:

(1)此时气体的温度为多少?

(2)在活塞缓慢上升到上表面刚好与汽缸口相平的过程中，气体膨胀对外做功,

同时吸收Q=370J的热量，则气体增加的内能多大?

%L2

15.某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体,

气缸导热性能良好。室温时气体的体积乂=66mL,将气缸竖直放置于冰水混合物

中，稳定后封闭气体的体积匕=60mL。不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室

内大气压。。=1.0*10唧，阿伏加德罗常数、=6.0x1023（取T=f+273K）

（1）求室温是多少；

（2）若已知该气体在1.0xl05pa、0℃灯时的摩尔体积为22.4L/mol,求气缸内气

体分子数目M（计算结果保留两位有效数字）

（3）若已知该气体内能U与温度T满足U=0.037（J）,则在上述过程中该气体向

外释放的热量。。

16.如图所示，用活塞将热力学温度为n气体封闭在竖直汽缸里，活塞的质量

为〃?、横截面积为S,活塞到汽缸底部的距离为人现对缸内气体缓慢加热一段

时间，使活塞上升!后立即停止加热。已知气体吸收的热量Q与其温度差△T的

关系为T（中左为正的常量），大气压强为po,重力加速度大小为g,活

塞汽缸均用绝热材料制成，缸内气体视为理想气体，不计一切摩擦。求：

（1）停止加热时，缸内气体的压强〃和热力学温度T；

（2）加热过程中气体内能改变量△U。

答案及解析

I.【答案】c

【解析】A.根据气体做功的表达式W=&=pSx=p.AV可知P-V图线和体积横

轴围成的面积即为做功大小，所以气体在afb过程中对外界做的功等于。-c过

程中对外界做的功，A错误；

B.气体从满足玻意尔定律PV=C,所以

Ta=Tb

所以AU“〃=O,根据热力学第一定律AU=Q+W可知

0=勰+口

气体从bfc,温度升高，所以根据热力学第一定律可知

△〃=2,+%

结合A选项可知

心=啖<0

所以

Qbi>Qab

6fC,过程气体吸收的热量大于8过程吸收的热量，B错误；

C.气体从era,温度降低，所以AU"<0,气体体积减小，外界对气体做功，

所以叱“>o,根据热力学第一定律可知2,,<o,放出热量，c正确；

D.理想气体的内能只与温度有关，根据可知从

1砥」瓯I

所以气体从c-“过程中内能的减少量等于hfc过程中内能的增加量，D错误。

2.【答案】A

【解析】由理想气体状态方程可知

V

由题图可知，连接我的直线的斜率小，所以。对应的温度低，。对应的温度高。

A.crd过程，气体压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程（=C可知

气体温度降低，理想气体内能只与温度有关，故内能减少，做功与否只与体积变

化有关，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律AU=Q+W,气体放热，

故A正确；

B.j”过程，气体体积V不变，压强p变小,不做功，由理想气体状态方程华=C

可知，气体温度降低，气体放热，故B错误；

C.afb过程，气体压强减小而体积增大，对外做功，气体的压强与体积倒数

成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，气体吸热，故c错误；

D.6fc•过程温度升高，由图像可知，同时压强增大，且体积也增大，对外做功，

吸热，故D错误。

3.【答案】A

【解析】AB.气体由A-8过程中，体积变大，所以一定对外做功，A正确，B

错误；

CD.由于不知道A、8状态下的体积关系，所以无法确定A、3状态的温度高低，

也就无法判断内能增加还是减小，所以无法判断吸热还是放热。

4.【答案】B

【解析】A.由于该双曲线为等温线，则气体在状态A、8时的分子平均动能相

等，又由于气体为理想气体，则气体的分子势能可忽略不计，所以气体在状态A

的内能一定等于在状态B的内能，选项A错误；

B.由题意可知，图线为等温曲线，由理想气体状态方程9=C可得

pV=CT

由于C是常量，温度T保持不变，则“V为定值，则图中放△OAC和放△。3。

的面积相等，选项B正确；

C.从状态A变化到状态8的过程中，气体的体积增大，气体对外界做功，由热

力学第一定律得气体从外界吸收热量，又由于AU=Q+W=o,则气体吸收的热量

等于气体对外界所做的功，选项C错误；

D.从状态A变化到状态8的过程中气体的压强减小，则气体分子单位时间内对

器壁单位面积上的碰撞次数减少，选项D错误。

5.【答案】B

【解析】A.过程中，温度不变内能不变，故气体从外界吸热并全部用来

对外做功，该过程必然有外界的作用，因此产生了其他影响，不违背热力学第二

定律，A错误；

B.5-C为绝热过程，体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，内能减小

温度降低，故气体分子的平均动能减小，B正确；

C.过程，温度不变，体积减小压强增大，从微观上来看，单位时间内碰

撞单位面积器壁的分子数增多，c错误；

D.0TA为绝热过程，体积减小，外界对气体做功，故内能增大，温度升高，

分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线会发生变化，D错误。

6.【答案】A

【解析】AB.因气缸导热，气体的温度不变，气体体积变大，则压强减小；气

体的体积增大，则单位体积内的分子数减小，则气体分子单位时间对气缸壁单位

面积碰撞的次数将变少，选项A正确，B错误；

C.由于气体压迫活塞，故气体对外做功，则由热力学第一定律可知，因温度不

变，内能不变，则气体应吸热，且吸收的热量等于对外做功，选项c错误；

D.气体是从单一热源吸收，全部用来对外做功，但要引起气体的变化，此过程

不违反热力学第二定律，选项D错误。

7.【答案】D

【解析】A.A-B的过程中温度不变，内能不变，体积膨胀对外界做功，由热

力学第一定律得气体从外界吸热才可能保持内能不变，故A错误；

B.8一。的过程中体积不变，单位体积内的分子数不变，温度升高，分子的平

均动能增大，压强增大，故B错误；

c.C-O过程的直线过原点，压强不变，温度降低，内能减小，体积减小，外

界对气体做功，气体放热才可能内能减小，故c错误；

D.0TA的过程中气体的体积不变，单位体积内的分子数不变，温度减小，压

强也减小，温度是分子平均动能的标志，故分子的平均动能减小，故D正确。

8.【答案】AC

【解析】AB.根据

V=-T

P

可知，因直线讹过原点，可知在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原

点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的

压强，选项A正确，B错误；

C.在6一c的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，选项C正确；

D.在af匕的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，选项D错误。

9.【答案】ABE

【解析】A.由理想气体的P-V图可知，理想气体经历ab过程,体积不变，则卬=0,

而压强增大，由=可知，理想气体的温度升高，则内能增大，由AU=0+W

可知，气体一直吸热，故A正确；

BC.理想气体经历ca过程为等压压缩，则外界对气体做功卬＞0,由=知

温度降低，即内能减少AU＜0,由AU=Q+W可知，。＜0,即气体放热，故B正

确，C错误；

DE.由pV=〃RT可知，P-V图像的坐标围成的面积反映温度，匕状态和c状态

的坐标面积相等，而中间状态的坐标面积更大，故历过程的温度先升高后降低，

故D错误，E正确；

10.【答案】AC

【解析】AB.上下乘客时气缸内气体与外界有充分的热交换，即发生等温变化,

温度不变，故气体的内能不变，体积变化缓慢，没有做功，故没有热交换，故A

正确，B错误；

CD.剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，且气体与外界来不及热交换，气

体经历绝热过程，外界对气体做功，温度升高，故C正确，D错误。

11.【答案】大于①

【解析】［1］对活塞分析有〃=整

S

因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故稳定后有“〉/%；所以在达到平

衡过程中外界对气体做功有叼〉叱，

则根据AU=W+Q

因为气缸和活塞都是绝热的，故有

即重新平衡后A气缸内的气体内能大于B气缸内的气体内能；

⑵由图中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲

线②的温度较高，所以由前面分析可知B气缸温度较低，故曲线①表示气缸B

中气体分子的速率分布。

12.【答案】低于大于

【解析】由题意可知，容器与活塞绝热性能良好，容器内气体与外界不发生热交

换，故△◊=(),但活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在

膨胀，体积增大，气体对外界做功，即W<0,根据热力学第一定律可知：

△U=AQ+W<0,故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度.

最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程：PV=nRT

又P弋,为容器内气体质量

Pm

联立得：p-

nRT

取容器外界质量也为机的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容

器内气体密度大于外界.

13.【答案】W=1500J

【解析】由题意可知，8过程为等压膨胀，所以气体对外做功为:

叱=一尸（％-匕）

BfC过程：由热力学第一定律得：W2=\U

则气体对外界做的总功为：卬=-（叱+叱）

代入数据解得：W=1500J.

14.【答案】（1）Ti=600K；（2），U=280J

【解析】（1）当汽缸水平放置时，有

5

/?o=l.OxlOPa,Vo=LiS,To=（273+27）K=300K

当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示，有

ptS=p0S+mf>

解得p=1.2x105入

此时+⑷s

由理想气体状态方程得竽=旦的尹竺

2（）,I

解得T,=600K

（2）从开始到汽缸口向上，未加热稳定时，由玻意耳定律得

pnL,S=p,LS

解得人呼=7.5cm

加热过程，气体做等压变化，外界对气体做功为

W=-PiS(L1+4-L)=-90J

根据热力学第一定律*U=W+Q

解得-U=280J

15.【答案】（1）300.3K（或27.3C）；（2）1.6xl（）2i个；