2025年高中物理复习加练：热力学定律

第十五章热学

微专题102热力学定律

1.理解热力学第一定律中正负号的含义，并掌握气体做功的表达式少=pA兀2.热力学第二

定律强调的是一切与热现象有关的宏观自然过程是不可逆的，意味着“不自发”或“有其他

影响”的非自然过程可以逆向发生。

1.（2024•江苏南通市高三期中）A、B导热汽缸，封闭质量相同的同种理想气体，如图所示，

在甲、乙两个环境中，两汽缸内气体体积相同。现将甲、乙两环境升高相同的温度，则A、

B汽缸内的气体（）

A.分子的平均动能相同

B.内能的增加量不相同

C.体积的增加量相同

D.吸收的热量相同

答案D

解析由甲、乙两图可知，A、B两汽缸内气体的压强关系为？A<PB,气体体积关系为FA=

KB,根据理想气体状态方程号=C,可知7\<TB。

若将甲、乙两环境升高相同的温度AT,依然满足TA+A7<?B+A7,由于温度是分子平均动能

的标志，因此A气体分子的平均动能小于B气体分子的平均动能，A错误；

对一定量的理想气体，内能增加量AUZAT,因此A、B汽缸内的气体，升高相同的温度内能

增加量相同，B错误；

A、B汽缸内的气体，均发生等压变化，则上=/+△%—=F+A^,可得

7ATk+AT7BTB+A7

ATNT

AP^=-r,AFB=—r,c错误；

7A7B

A、B汽缸内的气体对外做功亚A=PAZ以=MX7,%=PB-A%3=^AT

7A7B

由于因此吸=人，根据热力学第一定律可知，A、B汽缸内的气体

TA7B

吸收的热量相同，D正确。

2.（2023•上海市黄浦区格致中学校考）下列说法中正确的是（）

A.热量是状态量，它是反映物体的内能多少的物理量

B.物体吸收热量，其温度不一定升高

C.凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现

D.常温下一定质量的气体，内能增大，压强一定增大

答案B

解析热量是过程量，它是反映传热过程中，内能转移多少的物理量，故A错误；热量是一

种能量，根据能量守恒定律知物体吸收了热量（能量），可能转化为其他能量储存或释放，温

度不一定升高，故B正确；不违反能量守恒定律的物理过程不一定可以实现，物理过程还要

遵循热力学第二定律，故C错误；常温下一定质量的气体，内能增大，温度升高，气体体积

可能增大，压强不一定增大，故D错误。

3.（多选）（2023・山东卷・9）一定质量的理想气体，初始温度为300K,压强为lXl（）5pa。经等

容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600J的热量

才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是（）

A.初始状态下，气体的体积为6L

B.等压过程中，气体对外做功400J

C.等压过程中，气体体积增加了原体积的1

4

D.两个过程中，气体的内能增加量都为400J

答案AD

解析设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为b="），片=%，Ti=300K,等容过

程为状态二必=?,%=%=%,72=400K,等压过程为状态三必="），匕=?,73=400K,

由理想气体状态方程可得，坯=*=*,解得p2=\o,匕=&%,等压过程中，气体体

T\T2T333

积增加了原体积的5C错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律△[/=少+。=400

J,两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为400J,D正确；等压过程

内能增加了400J,吸收热量为600J,由热力学第一定律可知气体对外做功为200J,即做功

4

的大小为沙=po（；K）—%）=200J,解得%=6L,A正确，B错误。

4.（2023•江苏省苏州实验中学校考）一定质量的理想气体由状态A经如图所示状态变化回到

原状态，下列说法正确的是（）

V/m3

C

A.8温度升高，压强变大

B.体积减小，压强不变

C.3-C体积不变，气体从外界吸收热量

D.AfB气体对外做功大于。一/外界对气体做功

答案D

解析为等压线，3温度升高，压强不变，即有p4=°比故A错误；B-C体积不

变，压强变小，有pB>pc,所以C-/体积减小，压强变大，故B错误；体积不变，温

度降低，内能减小，所以气体向外界放出热量，故C错误；过程气体体积变化等于C-N

过程气体体积变化，但N-3过程气体平均压强大于C-/过程气体平均压强，所以过

程气体对外做功大于C-/外界对气体做功，故D正确。

5.（2023•江苏南京市第二十九中学校考）如图所示，一定质量的理想气体从状态N开始，经

历两个状态变化过程，先后到达状态B和Co两条虚线分别表示状态/或C的等温线。下列

说法正确的是（）

A.气体在状态/的内能最大

B.气体在状态C的分子平均速率最大

C.4到8过程中，气体对外界做功，吸收热量

D.8到C过程中，外界对气体做功，内能减小

答案C

解析根据图像可知，气体从状态N到状态8发生等压变化，且体积增大，根据号=。可知

气体从4到2的温度升高，因此气体在状态2的温度大于在状态/的温度，而对于一定量的

气体而言，温度越高其内能越大，则可知气体在状态/的内能不是最大，故A错误；

气体从2到C发生等容变化，压强减小，则可知其温度降低，内能减小，而等温线离原点越

远表示温度越高，因此可知，状态C的温度最低，气体分子的平均速率最小，故B错误；

4到8过程中，气体发生等压变化，且体积变大，则可知气体对外做功，但3状态的温度高

于/状态的温度，即8状态的内能大于/状态的内能，从N到8内能增加，根据热力学第

一定律AU=Q+少可知，气体从外界吸收热量，故C正确；

8到。过程中，气体体积不变，气体既不对外做功，外界也不对气体做功，但该过程气体的

温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故D错误。

6.（多选X2023•宁夏中卫中学校考）对于理想气体，下列说法正确的是（）

A.绝热膨胀过程中，气体的内能减少

B.等压膨胀过程中，气体的内能减少

C.等容变化过程中，气体吸收的热量和内能的增加量相同

D.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能一定变大

答案AC

解析绝热膨胀过程，即。=0,W<0,由热力第一定律+少，可得AUO,即理想气

体的内能减少，故A正确；等压膨胀过程中，由盖一吕萨克定律匕=&体积增大，可得温度

T

升高，则气体的内能增大，故B错误；等容变化过程，有少=0,由热力学第一定律AU=0

+W,可得AU=。，即气体吸收的热量和内能的增加量相同，故C正确；气体在被压缩的过

程，体积变小，即郎>0,不能确定温度如何变化，则气体分子的平均动能不一定变大，故D

错误。

7.(2023•河北邯郸市统考)如图所示，带有加热装置(图中未画出)的绝热汽缸用轻杆固定在天

花板上。现用一个质量为加=1kg,面积为S=100cm2的绝热活塞将一定质量的理想气体封

闭在汽缸内。初始时缸内温度为300K,活塞处于平衡状态，此时缸内气体处于状态/,体

积为力=600cm3。现竖直向上缓慢将活塞推动1cm,此时缸内气体处于状态瓦然后将活

塞固定，同时启动汽缸内的加热装置，气体达到状态C,此时压强0c=1.6X105pa。已知气

体从状态/到状态C,内能增加25J,从状态3到状态C吸收的热量为12J。已知大气压力

=1.01Xio5Pa,不计活塞与汽缸之间的摩擦。求：

(1)气体处于状态N时的压强;

(2)气体在状态C的温度Tc(结果保留一位小数)；

(3)气体从状态A到状态B过程中外界对气体做的功。

答案(l)l.oxio5Pa(2)400K(3)13J

解析(1)由题知乙=%=%一A/rS=600cm3—1X100cm3=500cm3,气体处于状态/时,

5

对活塞受力分析有mg+PAS=poS,解得^=1.0X10Pa

(2)根据题意可知，在/-C过程，根据理想气体状态方程有区以=匹”，解得Tc=400K

TATC

(3)气体从状态/到状态8,设外界对气体做功为少，气体内能增加量为AUi,则AUi=/，从

状态8到状态C气体体积不变，吸收热量，内能增加45=12J,从状态/到状态C气体内

能增加AU=25J,可知气体从状态N到状态3外界对气体做功^=AUI=AU—AU2=13J。

8.如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横

截面积为01cm2的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱

封闭氮气。外界温度为300K时，气柱长度/为10cm；当外界温度缓慢升高到310K时，气

柱长度变为50cm。已知外界大气压恒为1.0X105Pa,水柱长度不计。

「冰柱

接口处

(1)求温度变化过程中氮气对外界做的功；

⑵求葫芦的容积；

(3)试估算被封闭氮气分子的个数(保留2