暑假作业12 热力学定律（解析版）-2025版高二物理暑假作业

限时练习：90min完成时间：月日天气：作业12热力学定律一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与传热。两者对改变系统的内能是等价的。2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。4．热力学第一定律的应用：(1)ΔU的正负：当系统内能增加时，ΔU取正值，当系统内能减小时，ΔU取负值。(均选填“正”或“负”)(2)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值。(均选填“正”或“负”)(3)Q的正负：外界对系统传递热量时，Q取正值；系统向外界传递热量时，Q取负值。(均选填“正”或“负”)二、判断气体是否做功的方法1．若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0；2．若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。三、热力学第二定律的开尔文表述：(1)热机①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q。(2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价(选填“等价”或“不等价”)的。5．热力学第二定律的实质：揭示了宏观自然过程的方向性。四、热力学第一定律和气体实验定律的综合问题的解题思路一、单选题1．拔罐是中医传统养生疗法之一，以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、祛风散寒等作用的疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内，下列说法正确的是（）A．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体稍有体积减小，温度降低，压强减小B．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体稍有体积减小，温度升高，压强增大C．火罐内的气体吸收热量，内能增大D．火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数增加【答案】A【解析】AB．在刚开始的短时间内，火罐内部气体体积稍有减小，由于火罐导热性良好，所以火罐内气体温度迅速降低，根据理想气体状态方程可知气体压强减小，在外界大气压的作用下火罐“吸”在皮肤上，故A正确，B错误；C．气体的体积稍有减小，可忽略，则而温度迅速降低，则气体内能减小根据热力学第一定律可得即气体向外放热，故C错误；D．因气体的体积稍有减小，可忽略不计，则单位体积内的分子数不变，而气体的温度降低，则分子的平均动能减小，分子的平均速率变小，则火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数变少，故D错误。故选A。2．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，先经等压变化到达状态b，再经等容变化到达状态c。下列判断正确的是（）A．从a到b，气体温度不变 B．从a到b，气体从外界吸热C．从b到c，气体内能不变 D．从b到c，气体对外界做功【答案】B【解析】A．从a到b，气体压强不变，体积增大，温度升高，故A错误；B．从a到b，气体体积增大，气体对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可得，气体从外界吸热，故B正确；C．从b到c，气体体积不变，压强减小，温度降低，气体内能减小，故C错误；D．从b到c，气体体积不变，则气体不对外界做功，故D错误。故选B。3．如图所示，带玻璃管的塞子塞住玻璃瓶口，瓶中装有部分水，水逐渐流出的过程中，瓶内气体温度保持不变，下列关于瓶内封闭气体的判断正确的是（）A．压强增大 B．压强不变C．吸热 D．放热【答案】C【解析】AB．根据玻意耳定律可知，瓶内封闭气体的体积增大，压强减小，故AB错误；CD．封闭气体的体积增大，气体对外做功，温度不变，则气体的内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热，故C正确，D错误；故选C。4．一定质量的理想气体由状态a变化到状态b的过程中，体积V随热力学温度T变化的图像如图所示。已知气体在状态b的压强为1.36×105Pa，从状态a变化到状态b气体吸收的热量为4×104J，则该过程中气体的内能增加了（）A．2.04×104J B．1.96×104JC．1.64×104J D．1.28×104J【答案】B【解析】设气体在300K时的压强为p，从300K到400K为等容变化，则有解得p=1.02×105Pa由图像可知，气体从200K到300K为等压膨胀，气体对外做功为从300K到400K气体做功为零，根据热力学第一定律可知，气体内能变化为故选B。5．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（）A．A端流出的气体分子热运动平均速率一定大于B端B．A端流出的气体内能一定小于B端流出的C．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律D．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律【答案】D【解析】A．依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速度小于从B端流出的，故A错误；B．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故B错误；CD．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故C错误，D正确。故选D。6．人们常用空调调节室内空气的温度，下列说法中正确的有（）A．空调风速越大，室内空气的分子动能也越大B．室内温度为0℃时，则室内空气分子热运动停止C．空调制冷使得室内温度下降，则速率小的空气分子比例增多D．空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动【答案】C【解析】A．室内空气的分子动能只与温度有关，与空调的风速无关，A错误；B．只有在绝对零度，即时空气分子热运动停止，而室内温度为0℃时，则室内空气分子依然做无规则热运动，B错误；C．空调制冷使得室内温度下降，根据温度是分子平均动能的标志可知，速率小的空气分子比例增大，C正确；D．PM2.5颗粒是肉眼看不见的固体小颗粒，做的是布朗运动，不是分子热运动，D错误。故选C。7．根据热学中的有关知识，下列说法中正确的是（）A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B．空调的工作过程表明，热量可以自发地由低温物体向高温物体传递C．第二类永动机不违背能量守恒定律，当人类科技水平足够先进时，第二类永动机可以被制造出来D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性【答案】D【解析】AD．热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故A错误，D正确；B．空调的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其它变化，故B错误；C．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，故C错误。故选D。8．油炸爆米花的基本原理是：高温的油让玉米粒内的水分迅速气化形成水蒸气，形成的水蒸气被玉米粒的外皮密封在内部。随着温度的升高水蒸气压强变大，当玉米粒的内、外压强差达到一定程度时玉米的表皮突然破裂，导致玉米粒内高压水蒸气也急剧膨胀，瞬时爆开玉米粒。关于这一过程，下列说法正确的是（）A．在玉米粒温度升高的过程中，每个水蒸气分子的动能都一定增加B．大米虽然没有玉米那样的外壳密封，照样可以用油炸的方式做爆米花C．炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，该过程违背了热力学第二定律，能量从内能转变成了动能D．玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，玉米表皮单位时间内单面积上受到水蒸气分子撞击的次数增多【答案】D【解析】A．温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变，故A错误；B．大米虽然没有玉米那样的外壳密封，油炸形成的水蒸气不能被大米的外皮密封在内部，不可以用油炸的方式做爆米花，故B错误；C．炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，能量从内能转变成了动能，遵循能量守恒定律，该过程不违背了热力学第二定律，故C错误；D．玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，体积不变，则分子分布的密集程度不变，温度升高，分子运动的平均速率增大，可知，单位时间内水蒸气分子对玉米表皮单位面积的撞击次数增多，故D正确。故选D。二、多选题9．如图所示，某同学将针筒的针拔除后，用橡胶套封闭一定质量的理想气体做成弹射玩具，该同学先缓慢推动推杆将针筒内气体进行压缩，然后松开推杆，压缩气体膨胀将推杆弹射，若推杆缓慢压缩气体过程中针筒内气体温度不变，推杆弹射过程中针筒内气体与外界无热交换，则下列说法正确的是（）A．推杆压缩气体过程，针筒内气体放热B．推杆弹射过程，针筒内气体内能增加C．推杆弹射过程，针筒内气体分子平均动能减少D．推杆弹射过程，气体分子数密度减小【答案】ACD【解析】A．推杆压缩气体过程，外界对气体做功，气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，A正确；B．推杆弹射过程，针筒内气体对外做功且与外界无热交换，气体内能减少，B错误；C．推杆弹射过程，气体内能减少，温度降低，针筒内气体分子平均动能减少，C正确；D．推杆弹射过程，气体体积增大，气体分子数密度减小，D正确。故选ACD。10．如图所示，是一个固定在水平面上的绝热容器，缸壁足够长，面积为的绝热活塞B被锁定。隔板A左右两部分体积均为，隔板A左侧为真空，右侧中有一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。以下说法正确的是（）A．气体从状态1到状态2是可逆过程 B．气体从状态1到状态2分子平均动能不变C．水平恒力F大小为 D．电阻丝放出的热量大小为【答案】BD【解析】AB．根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变，故A错误，B正确；C．气体从状态1到状态2发生等温变化，则有解得状态2气体的压强为解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得解得故C错误；D．当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有可得状态3气体的体积为该过程气体对外做功为根据热力学第一定律可得解得气体吸收的热量为可知电阻丝C放出的热量为故D正确。故选BD。11．压缩空气储能系统（CAES）能将空气压缩产生的热能储存起来，发电时让压缩的空气推动发电机工作，这种方式能提升压缩空气储能系统的效率，若该系统始终与外界绝热，空气可视为理想气体。对于上述过程的理解正确的是（）A．压缩空气过程中，组成空气的气体分子平均动能不变B．压缩空气过程中，空气温度升高，内能增加C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%D．压缩的空气在推动发电机工作的过程中；空气对外做功，压强减小【答案】BD【解析】AB．压缩空气过程中，外界对气体做正功，系统与外界绝热，由热力学第一定律可知气体内能增大，温度升高，组成空气的气体分子平均动能增大，故A错误，B正确；C．由热力学第二定律可知，该方式能够将压缩空气储能的效率不能提升到100%，故C错误；D．压缩的空气在推动发电机工作的过程中；气体膨胀，体积变大，空气对外做功；由可知压强减小，故D正确。故选BD。12．根据热力学定律，下列说法正确的是（

）A．电冰箱的工作原理表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不遵守热力学第二定律C．科技的不断进步使得人类有可能生产出单一热源的热机D．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%【答案】AD【解析】A.热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故A正确；B.空调机在制冷过程中，空气压缩机做功消耗电能，制冷过程不是自发进行的，这一过程遵守热力学第二定律，故B错误；C.不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误；D.根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，即效率达不到100%，故D正确。故选AD。一、单选题1．如图，一定质量的理想气体，原来处于A态，现经过如下两个过程变化到C态。过程一：先等容变化到B态再等压变化到C态；过程二：先等压变化到D态，再等容变化到C态。图中两条虚线代表两条等温线，则下列说法正确的是（）A．两个过程气体对外做功相等B．两个过程气体吸收的热量相等C．两个过程气体增大的内能相等D．若C态的压强、体积分别是A态的2倍，则C态的热力学温度是A态的2倍【答案】C【解析】ABC．两个过程温度的增加量相等，则内能的增加量相等，根据图像与坐标轴围成的面积代表做功可知，过程一气体对外做功较多，则吸收的热量较多，故AB错误，C正确；D．若C状态的压强、体积均为A状态的2倍，则压强与体积的乘积为A状态的4倍，根据理想气体状态方程可知，热力学温度为A状态的4倍，故D错误；故选C。2．车辆减震装置中的囊式空气弹簧由橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气组成。某气囊内有一定质量的理想气体，其图像及状态的变化过程如图所示，图像中a、b、c三点的坐标为已知量，平行于V轴，平行于p轴，已知气体在状态a时的温度。以下说法正确的是（）A．变化过程中，气体内能一直增大B．变化过程中，气体吸收的热量为C．的整个过程中气体对外做功为0D．的变化过程中气体的最高温度为【答案】B【解析】A．变化过程中，气体体积增大，气体对外做功，根据坐标可知，过程，气体压强与体积乘积变大，根据理想气体状态方程可知，温度升高，内能增大，变化过程中，气体压强与体积乘积变小，根据理想气体状态方程可知，温度降低，内能减小，故A错误；B．a、c两点状态，气体压强与体积乘积相等，均为，根据理想气体状态方程可知，a、c两点状态的温度相等，即气体内能不变，气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律，气体吸收热量与做功大小相等，即吸收热量为故B正确；C．结合上述，变化过程中，气体对外做功，且为的变化过程中，气体体积减小，外界对气体做功，且为则的整个过程中气体对外做功为故C错误；D．根据理想气体状态方程有可知，压强与体积乘积越大，温度越高，的变化过程中，根据数学函数规律可知，体积与压强乘积的最大值为则有解得故D错误。故选B。3．布雷顿循环是燃气涡轮发动机采用的热力学循环。如图所示，布雷顿循环是由两个绝热过程和两个等压过程组成。一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c、d后回到状态a，关于该循环过程，下列说法正确的是（）A．气体温度降低B．气体温度升高C．单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．气体对外界放热【答案】C【解析】A．气体压强不变，根据盖—吕萨克定律可知，温度升高，故A错误；B．气体是绝热过程，则，气体体积增大，对外做功，则，根据热力学第一定律可知内能减小，则温度降低，故B错误；C．过程中，压强不变，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；D．气体温度不变，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故D错误。故选C。4．如图所示为一定质量的理想气体从状态依次经过状态、、后再回到状态的图像，其中，和图线为双曲线的一部分，为绝热过程。下列说法正确的是（）A．过程中，气体可能向外界放出热量B．过程中，气体一定向外界放出热量C．和过程中，气体压强都增大的微观机制完全相同D．整个过程中气体从外界吸收热量【答案】D【解析】A．根据题意可知，过程中，气体温度不变，气体内能不变，由图像可知，气体体积变大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A错误；B．由题意可知，过程气体温度不变，则有为绝热过程，气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，温度升高，则有则过程中，气体温度降低，气体内能减小，气体体积变大，外界对气体做负功，所以无法确定气体向外界放出热量还是从外界吸收热量，故B错误；C．过程气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体体积减小，气体分子的数密度增大，所以气体压强增大；过程气体体积减小，气体分子的数密度增大，且气体温度升高，气体分子平均动能增大，所以气体压强增大；可知和过程中，气体压强都增大的微观机制并不完全相同，故C错误；D．根据图像的面积意义可知，整个过程中，外界对气体做负功，而气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故D正确。故选D。5．海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。当气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减