高考物理复习专练：热力学定律与能量守恒定律（附解析）

热力学定律与能量守恒定律

（选择题1~7题每小题5分，共35分）

D基础达标练［

1.（2024重庆黔江模拟）如图是中国古代玩具饮水鸟，它的神奇之处是，在鸟的面前

放上一杯水，鸟就会俯下身去,把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鸟将绕着。点不停

摆动，一会儿它又会俯下身去，再"喝''一口水。A、8是鸟上两点，下列说法正确的

是（）

A.4、8两点的向心加速度大小相同

B.4、8两点的线速度大小不同，角速度大小相同

C.此过程虽然不违反能量守恒定律,但不可能发生

D.此过程违反能量守恒定律,但可能发生屋说明第一类永动机可以制成

2.（2024四川内江模拟）如图所示，健身球是一个充满气体的大皮球，当人压向健身

球上时，假设球内气体温度不变，则在这个过程中（）

A.气体分子的平均速率增大

B.外界对气体做功

C.气体从外界吸收热量

D.气体的压强不变

3.（2024江苏南通三模）如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K,P中充满

气体.Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后,P中的气体进入Q

中,最终达到平衡，则（）

6^)

A.容器中气体的内能减少

B.容器中气体分子的平均动能增加

C.容器中气体分子的数密度减小

D.Q中的气体能自发地全部退回到P中去

4.（2024江苏扬州模拟）如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞

可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上

被封闭的气体（）

A.从外界吸热

B.压强与潜水器下潜的深度成正比

C.单个分子撞击器壁的平均作用力变大

D.单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多

5.（多选）（2024河南郑州模拟）如图所示，一定质量的理想气体分别经历A-8和

A-C两个过程，其中A-8为等温过程，状态8、C的体积相同，则（）

A.状态A的内能大于状态B

B.状态A的温度低于状态C

C.A—C过程中气体吸唆热量

D.A-C过程中外界对气体做正功

6.（多选）（2025八省联考陕西卷）如图所示，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K

分成I、H两部分，一定量的某理想气体处于I中,〃内为真空。抽取隔板K,气

体进入II中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。此过程，该气体系统（）

A.对外做功，体积膨胀

B.对外不做功,最终压强减小

C.内能减少,最终温度降低

D.无序度变大

7.（多选）（2024河北卷）如图所示，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左、右

两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根

轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度,弹簧的形变始

终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间,后因活塞密封

不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（）

A.弹簧恢复至自然长度

B.活塞两侧气体质量相等

C.与初始时相比，汽缸内气体的内能增加

D.与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少

理想气体

盛力提升练［

8.（7分）（2024江苏南京模拟）如图所示，用一个横截面积为S的轻质瓶塞，将一定质

量的理想气体密封在导热良好的漂流瓶中。已知密封前瓶内气体压强等于大气

压强po,瓶塞塞入瓶中部分为L时，瓶内气体压强为p。

（1）求漂流瓶的总容积Vlo

（2）一段时间后瓶子漂流到某沙滩上，大气压强保持不变，温度升高使瓶塞缓慢向

外移动直到恰好弹出。假设瓶塞与瓶口间的摩擦力恒为R,且在弹出的过程中，瓶

内气体吸热Q,求瓶内气体的内能增加量AU。

9.（8分）（2024广西贵港模拟）如图所示,一导热性能良好的球形容器内部空间不规

则，某兴趣小组为了测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的长玻璃管，接口

用蜡密封。玻璃管内部横截面积为S=0.5cm1管内一长为/?=15cm的静止水银

柱封闭着长度为/户40cm的空气柱，此时外界温度为八二27℃o现将容器包括水

银柱下方的玻璃管整体浸在温度恒为Z2=77℃的热水中，水银柱缓慢上升,当水银

柱重新静止时下方空气柱长度变为/2=100cm。实验过程中大气压强网不

变,8=1.0x105pa。（0C对应的热力学温度为273K,忽略水银柱与玻璃管壁之间

的阻力且水银柱始终未从玻璃管口溢出）

⑴求容器的容积。

⑵若该实验过程中管内气体从外界吸热Q=6J,求此过程中管内气体内能的变化

量。

口素养拔高练f

10.（10分）（2024浙江杭州模拟）干瘪的篮球在室外温度为300K时,体积为0.9V,

球内压强为外。为了让篮球鼓起来，将其放入温度恒为350K的热水中，经过一段

时间后篮球鼓起来了，体积恢复原状匕此过程气体对外做功为W,球内的气体视

为理想气体且球不漏气，若球内气体的内能满足改为常量且大于零），已知大

气压强为刑求：

⑴恢复原状时的篮球内气体的压强；

⑵干瘪的篮球恢复原状的过程中，篮球内气体吸收的热量。

参考答案

1.B【解析】根据同轴转动角速度相等知工、3两点的角速度大小相同/点

半径大，根据v=ojr知A点线速度较大，故B正确;根据a=orr知,A点半径大，加速

度较大，故A错误;饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻埔管

连接，内部装有易挥发的液体，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发会吸收头

部空气中的热量，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入

头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃

管口脱离液而，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直

状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后,鸟嘴的

水分蒸发，重复前面的运动,即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，此

过程不违反能量守恒定律，可能发生，故C、D错误。

2.R【解析】气体温度不变，则气体分子的平均速率不变微A错误;因为气体

的内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体要向外放出热量，故B正确,C错误;

根据公式牛二C可知，温度不变，体积减小，则压强增大，故D错误。

3.C【解析】打开阀门K后,P中的气体进入Q中，由于Q内为真空，气体体积

增大时并没有对外做功,分子势能不变，又因为系统没有热交换，由AU=W+。可

知，其气体内能不变，温度不变,则气体分子的平均动能不变，故A、B错误;由于气

体的体积增加，但气体分子数目不变，所以容器中气体分子的数密度减小，故C正

确;由热力学第二定律可知，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，则Q中

气体不可能自发地全部退回到P中去，故D错误。

4.D【解析】在潜水器缓慢下潜的过程中，被封闭气体的压强变大，体积减小，

外界对气体做功，海水温度逐渐降低，内能减小，则气体向外界放热，选项A错误;气

体压强为〃=po+pg〃,则压强与潜水器下潜的深度成线性关系,但不是成正比，选项

B错误;气体温度降低，气体分子平均动能减小，则单个分子撞击器壁的平均作用

力变小，选项C错误;气体压强变大，而分子撞击器壁的平均作用力变小，气体体积

减小，数密度增力口,则单&时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，选项D

正确。

5.BC【解析】是等温过程,气体温度不变，气体的内能相等，故A错误;由

图像可知，状态B、C的体积相同，根据一定质量理想气体的状态方程写二C1可知

。的温度大于B和A的温度，且。的内能大于B和A的内能，从A到。气体体积

增大，气体对外界做功，叩<0,该过程内能增大,AU>0,由热力学第一定律AU二W+Q

可知Q>0,所以A—C过程中气体吸收热量，故D错误,B、C正确。

6.BD【解析】绝热容器内的气体与外界没有热交换，则Q=(),气体向真空犷散,

没有对外界做功，则W=(),根据热力学第一定律AU二Q+W可知气体的内能不变，

温度不变,气体体积变大，气体无序度变大，根据理想气体状态方程即=。可知压强

减小，故选B、Do

7.ACD【解析】开始弹簧处于压缩状态，因活塞密封不严，可知左侧气体向右

侧漏出，左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧

气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确;活塞初始时静止在汽缸正中间,但由于

活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，因此左侧气体质量小于右侧气体

质量，故B错误;由于密闭的汽缸绝热，与外界没有能量交换,但弹簧弹性势能减少

了,可知气体的内能增加，故C正确;初始时气体在左侧，最终气体充满整个汽缸，则

初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的两倍，故D正确。

8.(喘(2)Q-(R+poS)L

【解析】(1)气体封闭过程为等温变化，则

poV=p(V-SL)

解得v=^0

P-Po

(2)瓶内气体先经历等容变化，温度升高，压强增大，直到压强达到pi,此时

p\S=Ft+poS

经历等压变化，压强不变，体积增大，在等压膨胀过程中，外界对气体做负功

W=-p\SL=-(Ff+poS)L

根据热力学第一定律可得气体内能变化量为十W=Q-(a十poS)L。

9.(1)160cm3(2)2.4J

【解析】(1)设容器的容积为Vm=300K,72=350K,由盖-吕萨克定律可得

力+，iS_V+l2S

T二丁2

解得上吗孕汇=160cn?。

(2)因为气体膨胀对外做功，而内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收

热量