新課標高二物理下學期期末考試分類匯編熱力學定律

專題14熱力學定律1．（2024·重慶巴蜀中學高二期中）關于熱力學定律下列說法正確的是（）A．隨著設備的改進和技術的提高，熱機效率可能達到100%B．氣體從外界吸熱，其分子平均動能肯定增大C．將冰箱的門打開，可以使房間里的溫度降低D．外界對氣體做功，同時氣體向外放出熱量，氣體的內能可能不變【答案】D【解析】A．隨著設備的改進和技術的提高，熱機效率不行能達到100%，A錯誤；B．氣體從外界吸熱，內能不肯定增大，其分子平均動能不肯定增大，B錯誤；C．打開冰箱門不僅不能使房間的溫度下降，還會使房間溫度上升。因為電冰箱的制冷機工作后，冰箱冷凍室內的蒸發(fā)器溫度降低，汲取空氣的熱量，與此同時，冰箱內部的冷凝器溫度上升，將熱量傳給空氣，室內空氣的熱量只是被冰箱汲取后又被放出，所以室溫不會降低。反而，電動機工作時，會將一部分電能轉化為內能，故室內溫度會有少許上升，C錯誤；D．外界對氣體做功，同時氣體向外放出熱量，氣體的內能可能不變，D正確。故選D。2．（2024·重慶巴蜀中學高二期中）在巴蜀中學春季運動會上釋放的氣球是充有氦氣的可降解氣球。釋放前工作人員用容積為30L、壓強為1.0×107Pa的氦氣罐給氣球充氣（充氣過程溫度不變），要求充氣后氣球體積為6L、壓強為1.0×105Pa；氣球釋放后飄向高空，當氣球體積膨脹到9L時就會爆裂落回地面。已知高度每上升1000m，大氣溫度下降6℃，高度每上升1m，大氣壓減小11Pa，慶?，F場地面空氣溫度為27℃，大氣壓為1.0×105Pa，不計充氣過程的漏氣和氣球內原有氣體，下列說法正確的是（）A．用一個氦氣罐可以充出500個符合要求的氣球B．用氦氣罐給氣球充氣過程中，氦氣從外界汲取熱量C．當氣球發(fā)生爆裂時，氣球離地面的高度為3448mD．要降低氣球發(fā)生爆裂時的高度，在地面充氣時可使充氣后的氣球體積適當減小【答案】BC【解析】A．全部充氣完畢，罐內氣體壓強也變?yōu)閜0，設充出的氣體總體積為V，則依據志向氣體狀態(tài)改變規(guī)律將p1=1.0×107Pa，V1=30L，p0=1.0×105Pa，帶入可解得V=3000L設總共充氣n個符合要求的氣體，則V=V1+nV0V0=6L帶入可得n=495故A錯誤；B．對充入氣球內的氦氣，從氦氣罐內到氣球內的過程，體積增大，對外做功，不計溫度改變，將氦氣實為志向氣體，則內能不變，依據熱力學第肯定律=0，W為負值，則Q為正值，氣體吸熱，故B正確；C．當氣球發(fā)生爆裂時，氣球體積膨脹到9L，設此時氣球離地面高度為h，則爆裂時氣體的壓強和溫度分別是p2=p0-11h帶入志向氣體狀態(tài)改變方程解得h=3448m故C正確；D．由C中分析可以推導出h與V0的函數關系式為可見，V0越小，h越大，D錯誤。故選BC。3．（2024·山東·菏澤一中高二階段練習）網上熱賣的一科普小制作—斯特林發(fā)動機如圖甲所示，它是通過汽缸內的氣體經過冷卻、壓縮、吸熱、膨脹為一個周期的循環(huán)來輸出動力的，因此又被稱為熱氣機。如圖乙所示，在斯特林循環(huán)的p一V圖像中，定質量的志向氣體從狀態(tài)A依次經過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，整個過程由兩個等溫過程和兩個等容過程組成，下列說法正確的是（）A．A→B過程中，氣體從外界汲取熱量B．B→C過程中，氣體分子的熱運動變得更猛烈C．C→D過程中，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數削減D．狀態(tài)B氣體的溫度大于狀態(tài)D氣體的溫度【答案】BC【解析】A．志向氣體從A→B過程為等溫過程，則，而體積變小，則，由熱力學第肯定律可知則，即氣體向外界放熱，故A錯誤；B．因B→C過程，氣體體積不變而壓強變大，則溫度上升，故氣體分子的熱運動變得更猛烈，故B正確；C．在C→D過程為等溫膨脹，不變，體積變大，則壓強變??；因不變，則全部分子運動的平均快慢程度不變，而體積變大，則分子數密度變小，故位時間內碰撞單位面積器壁的分子數削減，故C正確；D．因A→B為等溫過程，則由可知圖的橫縱坐標所圍面積為，可得則有故狀態(tài)B氣體的溫度小于狀態(tài)D氣體的溫度，故D錯誤；故選BC。4．（2024·河北·邢臺市南和區(qū)第一中學高二階段練習）某容器內封閉肯定質量的志向氣體。氣體起先處于狀態(tài)a，經驗、、三個過程回到狀態(tài)a，其圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．狀態(tài)a和狀態(tài)b的體積相等B．狀態(tài)a的體積大于狀態(tài)c的體積C．過程中，外界對氣體做正功D．過程中汲取的熱量比過程中釋放的熱量少【答案】AD【解析】A．依據圖像并結合可知a、b在一條等容線上，則狀態(tài)a和狀態(tài)b的體積相等，A正確；B．對過程，依據p不變，T變小，則V變小，則狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)c的體積，B錯誤；C．對過程，依據p變小，T不變，則V變大，氣體對外界做正功，C錯誤；D．過程中氣體體積不變；在過程中氣體體積減小，則外界對氣體做正功，依據兩種過程T的改變量相同，則過程中內能的增加量等于過程中內能的減小量，因過程中外界對氣體做正功，所以過程中汲取的熱量比過程中釋放的熱量少，D正確。故選AD。5．（2024·江蘇·泰州中學高二階段練習）肯定質量的志向氣體從狀態(tài)，再從狀態(tài)，最終從狀態(tài)完成一次循環(huán)，如圖所示。已知狀態(tài)A時氣體的溫度，問：（1）求氣體在狀態(tài)B時的溫度；（2）求氣體從狀態(tài)的過程中，氣體做的功；（3）已知氣體從狀態(tài)的過程中，外界對氣體做的功，試說明該過程中氣體是吸熱還是放熱，求吸（或放）了多少熱量。【答案】（1）300K；（2）；（3）放出了的熱量【解析】（1）是等容改變，依據查理定律得解得（2）是等壓改變，且體積增大，所以氣體對外做功，依據功的公式有（3）是等溫改變，由志向氣體內能只與溫度有關，知其內能不變，即已知氣體從狀態(tài)的過程中，是等容改變，氣體不做功；氣體從狀態(tài)的過程中，氣體對外界做的功；的過程中，外界對氣體做的功，由熱力學第肯定律結合內能不變，有代入數據，求得即氣體放出了的熱量。6．（2024·河南鄭州·高二期末）如圖所示，封閉著志向氣體的絕熱汽缸掛在彈簧測力計下（圖中未畫出），彈簧測力計的示數為。已知汽缸（包括電熱絲等）的質量為，活塞質量為，橫截面積為S?；钊c缸體間不漏氣且摩擦不計，外界大氣壓強為。（1）求缸內氣體的壓強；（2）將電熱絲電源接通，給氣體加熱，若活塞下降高度為h，氣體溫度從緩慢上升到，求初狀態(tài)氣體的體積和加熱過程中氣體做的功?！敬鸢浮浚?）；（2）；【解析】（1）對活塞受力分析可知解得缸內氣體的壓強（2）加熱氣體時，氣體進行等壓改變，則由蓋呂薩克定律可得解得加熱過程中氣體對外做的功7．（2024·江蘇省天一中學高二期中）如圖所示，一絕熱汽缸豎直放置，汽缸內橫截面積的光滑絕熱活塞封閉著肯定質量的志向氣體，在活塞上面放置一個物體，活塞和物體的總質量為，在汽缸內部有一個阻值的電阻絲，電阻絲兩端的電壓，接通電源10s后斷開，活塞緩慢上升，已知志向氣體的初始溫度、體積，大氣壓強，，取10m/s2，假設電阻絲產生的熱量全部被氣體汲取。（1）求活塞上升10cm后志向氣體的溫度；（2）從接通電源到活塞上升10cm的過程中志向氣體的內能改變量?！敬鸢浮浚?）400K；（2）增加250J【解析】(1)氣體的壓強保持不變，由蓋呂-薩克定律得解得(2)設汽缸內氣體的壓強為p，選活塞為探討對象，活塞緩慢移動受力平衡依據平衡得：解得活塞在上升h=10cm的過程中外界對氣體做功電阻絲在通電10s內產生的熱量為依據熱力學第肯定律得即氣體的內能增加了250J。一、多選題1．（2024·山東·高三學業(yè)考試）如圖所示為肯定質量的志向氣體狀態(tài)改變時氣體的壓強隨著溫度改變的p﹣t關系圖像，氣體從a狀態(tài)起先，經驗三個過程ab、bc、ca最終回到a狀態(tài)，圖中ba的延長線過原點O，bc平行于t軸，ca的延長線過點（﹣273.15，0）。下列說法中正確的是（）A．三個狀態(tài)的體積關系為Va＝Vc＞VbB．過程bc中外界對氣體做功，氣體從外界吸熱C．過程ab中氣體對外界不做功，氣體從外界吸熱D．b狀態(tài)與c狀態(tài)相比，b狀態(tài)時容器壁單位面積單位時間內受到氣體分子撞擊的次數較多【答案】AD【解析】A．依據Vc＞Vbca的延長線過點（﹣273.15，0），則Va＝Vc所以Va＝Vc＞Vb故A正確；B．過程bc中氣體體積增大，氣體對外界做功，即溫度上升，內能增大，即依據則即氣體從外界吸熱，故B錯誤；C．過程ab中氣體體積減小，氣體對外界做負功，故C錯誤；D．b和c兩個狀態(tài)，壓強相同，但c狀態(tài)時氣體溫度較高，即c狀態(tài)分子運動的平均速率較大，分子對容器壁的平均撞擊力較大，可推斷b狀態(tài)時單位時間內單位面積容器壁受到分子撞擊的次數較多，故D正確。故選AD。2．（2024·湖南·高考真題）利用“渦流效應”可實現冷熱氣體的分別。如圖，一冷熱氣體分別裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分別擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達分別擋板處時，中心部位氣流與分別擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是（）A．A端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運動平均速率肯定小于B端流出的C．A端流出的氣體內能肯定大于B端流出的D．該裝置氣體進出的過程滿意能量守恒定律，但違反了熱力學其次定律E．該裝置氣體進出的過程既滿意能量守恒定律，也滿意熱力學其次定律【答案】ABE【解析】A.依題意，中心部位為熱運動速率較低的氣體，與擋板相作用后反彈，從A端流出，而邊緣部份熱運動速率較高的氣體從B端流出；同種氣體分子平均熱運動速率較大、其對應的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確；B．依題意，A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運動平均速度小于從B端流出的，故B正確；C．A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，則從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能，內能的多少還與分子數有關；依題意，不能得出從A端流出的氣體內能肯定大于從B端流出的氣體內能，故C錯誤；DE．該裝置將冷熱不均氣體的進行分別，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現的，并非是自發(fā)進行的，沒有違反熱力學其次定律；溫度較低的從A端出、較高的從B端出，也符合能量守恒定律，故D錯誤，E正確。故選ABE。3．（2024·全國·高考真題）肯定量的志向氣體從狀態(tài)a經狀態(tài)b改變到狀態(tài)c，其過程如圖上的兩條線段所示，則氣體在（）A．狀態(tài)a處的壓強大于狀態(tài)c處的壓強B．由a改變到b的過程中，氣體對外做功C．由b改變到c的過程中，氣體的壓強不變D．由a改變到b的過程中，氣體從外界吸熱E．由a改變到b的過程中，從外界汲取的熱量等于其增加的內能【答案】ABD【解析】AC．依據志向氣體狀態(tài)方程可知即圖像的斜率為，故有故A正確，C錯誤；B．志向氣體由a改變到b的過程中，因體積增大，則氣體對外做功，故B正確；DE．志向氣體由a改變到b的過程中，溫度上升，則內能增大，由熱力學第肯定律有而，，則有可得，即氣體從外界吸熱，且從外界汲取的熱量大于其增加的內能，故D正確，E錯誤；故選ABD。4．（2024·全國·高考真題）肯定量的志向氣體從狀態(tài)a改變到狀態(tài)b，其過程如圖上從a到b的線段所示。在此過程中（）A．氣體始終對外做功B．氣體的內能始終增加C．氣體始終從外界吸熱D．氣體汲取的熱量等于其對外做的功E．氣體汲取的熱量等于其內能的增加量【答案】BCE【解析】A．因從a到b的p—T圖像過原點，由可知從a到b氣體的體積不變，則從a到b氣體不對外做功，選項A錯誤；B．因從a到b氣體溫度上升，可知氣體內能增加，選項B正確；CDE．因W=0，?U>0，依據熱力學第肯定律?U=W+Q可知，氣體始終從外界吸熱，且氣體汲取的熱量等于內能增加量，選項CE正確，D錯誤。故選BCE。5．（2024·天津和平·三模）如圖為肯定質量的志向氣體的體積隨溫度改變的圖像，氣體從狀態(tài)a動身，經過等容過程到達狀態(tài)b，再經過等溫過程到達狀態(tài)c，直線ac過原點。則氣體（）A．在狀態(tài)c的壓強等于在狀態(tài)a的壓強B．在狀態(tài)b的壓強小于在狀態(tài)c的壓強C．在b→c的過程中氣體從外界吸熱D．在a→b的過程對外做功【答案】AC【解析】A．直線ac過原點，依據蓋—呂薩克定律可知ac為一條等壓線，即氣體在狀態(tài)c的壓強等于在狀態(tài)a的壓強，故A正確；B．氣體在b→c經驗等溫改變，體積增大，依據玻意耳定律可知氣體在狀態(tài)b的壓強大于在狀態(tài)c的壓強，故B錯誤；C．氣體在b→c的過程中，溫度不變，內能不變，體積增大，對外界做功，依據熱力學第肯定律可知氣體從外界吸熱，故C正確；D．氣體在a→b的過程體積不變，不對外做功，故D錯誤。故選AC。6．（2024·廣東·華南師大附中三模）以下說法正確的有（）A．肯定濕度大則相對濕度不肯定大，但相對濕度大則肯定濕度肯定大B．液體表面層的分子勢能比液體內部的分子勢能大C．掃地時，在陽光照耀下，看到塵埃飄舞，這是塵埃在做布朗運動D．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞【答案】BD【解析】A．肯定濕度用空氣中所含蒸氣的壓強表示，相對濕度是指水蒸氣的實際壓強與該溫度下水的飽和汽壓之比，肯定濕度大，相對濕度不肯定大，相對濕度大而肯定濕度也不肯定大，水的飽和汽壓與溫度有關，需指明溫度這一條件，故A錯誤；B．由于液體的表面層內分子之間的距離大于內部分子之間的距離，而分子之間表現為吸引力，表面層的分子距離大，所以分子勢能也大，故B正確；C．布朗運動是固體微粒在液體內做的無規(guī)則的運動，空氣中的塵埃受到重力的影響，會落回到地面，不屬于布朗運動，故C錯誤；D．依據熱力學其次定律，由電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，故D正確。故選BD。二、單選題7．（2024·上海徐匯·三模）如圖所示，一個內壁光滑的絕熱汽缸，汽缸內用輕質絕熱活塞封閉肯定質量志向氣體?，F向活塞上表面緩慢倒入細沙，下圖為倒入過程中氣體先后出現的分子速率分布圖像，則（）A．曲線①先出現，此時氣體內能與曲線②時相等B．曲線①先出現，此時氣體內能比曲線②時更小C．曲線②先出現，此時氣體內能比曲線①時相等D．曲線②先出現，此時氣體內能比曲線①時更大【答案】B【解析】[1][2]向活塞上表面緩慢倒入細沙，重力漸漸變大，壓縮氣體，外界對氣體做功，處在絕熱容器中，內能增大，溫度上升，由圖中曲線可知曲線②中分子速率大的分子數占總分子數百分比較大，即曲線②的溫度較高，所以曲線①先出現，此時氣體內能比曲線②時更小，故B正確，ACD錯誤。故選B。8．（2024·山東·高考真題）如圖所示，內壁光滑的絕熱氣缸內用絕熱活塞封閉肯定質量的志向氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態(tài)，將氣缸緩慢轉動過程中，缸內氣體（

）A．內能增加，外界對氣體做正功B．內能減小，全部分子熱運動速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數占總分子數比例削減D．溫度上升，速率大的分子數占總分子數比例增加【答案】C【解析】初始時氣缸開口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，氣缸內外氣體對活塞的壓力差與活塞的重力平衡，則有氣缸在緩慢轉動的過程中，氣缸內外氣體對活塞的壓力差大于重力沿氣缸壁的分力，故氣缸內氣體緩慢的將活塞往外推，最終氣缸水平，缸內氣壓等于大氣壓。AB．氣缸、活塞都是絕熱的，故缸內氣體與外界沒有發(fā)生熱傳遞，氣缸內氣體壓強作用將活塞往外推，氣體對外做功，依據熱力學第肯定律得：氣體內能減小，故缸內志向氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，并不是全部分子熱運動的速率都減小，AB錯誤；CD．氣體內能減小，缸內志向氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，故速率大的分子數占總分子數的比例減小，C正確，D錯誤。故選C。9．（2024·山東臨沂·三模）2024年伊始，奧密克戎變異毒株較以往新型冠狀病毒傳播更快，危害更大，特殊是疫情區(qū)快件也會攜帶新冠病毒，勤消毒是一個很關鍵的防疫措施。如圖所示是某種家庭便攜式防疫消毒用的噴霧消毒桶及其原理圖，內部可用容積為，工作人員裝入稀釋過的藥液后旋緊壺蓋，關閉噴水閥門，拉動壓柄打氣，每次打入壓強為，體積為的氣體，此時大氣壓強為，當壺內壓強增大到時，起先打開噴閥消殺，假設壺內溫度保持不變，若不計管內液體體積．下列說法正確的是（）A．工作人員共打氣9次B．打開閥門，當壺內不再噴出消毒液時，壺內剩余消毒液的體積為C．打開閥門，當壺內不再噴出消毒液時，壺內剩余消毒液的體積為D．消毒液噴出過程，氣體對外做功，對外做功大于從外界汲取熱量【答案】B【解析】A．設工作人員共打氣n次，依據玻意耳定律有解得故A錯誤；BC．打開閥門后，依據玻意耳定律有解得，壺內不再噴出消毒液時，壺內氣體的體積為1.6L，則壺內剩余消毒液的體積為，故B正確，C錯誤；D．由于壺內溫度保持不變，則壺內氣體的內能不變，則依據熱力學第肯定律可知氣體對外做功的多少等于從外界汲取熱量的多少，故D錯誤。故選B。10．（2024·山東濰坊·三模）如圖所示，有一上部開口的圓柱形絕熱汽缸，汽缸的高度為，橫截面積為S，一厚度不計的輕質絕熱活塞封閉的單原子分子志向氣體。起先時活塞距汽缸底部的距離為L，氣體的熱力學溫度為。已知外界大氣壓為，的單原子分子志向氣體內能公式為，其中R為常數，T為熱力學溫度?，F對氣體緩慢加熱，當活塞恰上升到汽缸頂部時，氣體汲取的熱量為（）A． B．C． D．【答案】D【解析】起先加熱活塞上升的過程封閉氣體做等壓改變，由蓋呂薩克定律可得，解得由熱力學第肯定律有其中解得故選D。11．（2024·遼寧沈陽·三模）水槍是同學們寵愛的玩具，某種氣壓式水槍儲水罐如圖所示。從儲水罐充氣口充入氣體，達到肯定壓強后，關閉充氣口。扣動扳機將閥門M打開，水即從槍口噴出。若儲水罐內氣體可視為志向氣體，在水不斷噴出的過程中，罐內氣體溫度始終保持不變，則氣體（）A．從外界汲取熱量 B．壓強變大C．分子平均動能變大 D．內能變大【答案】A【解析】AD．噴水的過程中，氣體對外做功，溫度保持不變即內能不變，依據熱力學第肯定律可知氣體從外界汲取熱量，A正確，D錯誤；B．氣體發(fā)生等溫改變，依據玻意耳定律可知，氣體體積膨脹，壓強減小，B錯誤C．溫度是分子平均動能的標記，溫度保持不變，因此分子平均動能不變，C錯誤；故選A。12．（2024·北京·101中學三模）恒溫水槽中的氣泡緩慢上升的過程中（）A．壓強增加，外界對氣泡做功，氣泡對外放熱B．壓強增加，氣泡對外做功，氣泡從外界吸熱C．壓強減小，外界對氣泡做功，氣泡對外放熱D．壓強減小，氣泡對外做功，氣泡從外界吸熱【答案】D【解析】氣泡上升過程中，外界壓強降低，則氣泡壓強減小，氣泡溫度不變，依據可知氣泡的體積變大，則氣泡對外界做功，依據熱力學第肯定律其中可知氣泡從外界吸熱，故D正確，ABC錯誤。故選D。三、解答題13．（2024·青?！ゅш栆桓咭荒＃┤鐖D所示，肯定質量的志向氣體從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B，AB的反向延長線過原點。已知氣體在狀態(tài)A時的壓強。氣體從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B的過程中汲取的熱量，求：（1）氣體在狀態(tài)B時的體積VB；（2）在氣體從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B的過程中，氣體內能的增量ΔU?！敬鸢浮浚?）；（2）【解析】（1）氣體從A狀態(tài)改變到B狀態(tài)的過程中做等壓改變，有依據圖像解得（2）氣體對外界做的功為依據熱力