高考物理最新模拟题精练专题18 热力学定律提高篇解析版.docx

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高考物理最新模拟题精练专题18热力学定律提高篇解析版

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-3、3-4）

第一部分热学（选修3-3）

专题1.8热力学定律（提高篇）

1.（2020年5月山东泰安二模）根据热学知识可以判断，下列说法正确的是

A.载重汽车卸去货物的过程中，外界对汽车轮胎内的气体做正功

B.气体的摩尔质量为M，分子质量为m，若1摩尔该气体的体积为V，则该气体分子的体积为

C.一定量100

的水变成100

的水蒸气，其分子之间的势能增加

D.空调的压缩机制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以这一过程不遵守热力学第二定律

【参考答案】C

【命题意图】本题考查气体做功、有关阿伏伽德罗常数的计算、能量守恒定律、对热力学第二定律的理解及其相关知识点。

【解题思路】载重汽车卸去货物的过程中，轮胎中气体压强减小，体积增大，气体对外做功，外界对汽车轮胎内的气体做负功，选项A错误；.气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则有M=NAm，若1摩尔该气体的体积为V，由于气体分子之间的距离很大，设该气体一个分子的所占的空间体积为V1，则有V=NAV1，联立解得V1=mV/M，选项B错误；一定量100

的水变成100

的水蒸气，需要吸收汽化热，温度不变，分子平均动能不变，根据能量守恒定律，其分子之间的势能增加，选项C正确；空调的压缩机制冷时，压缩机做功，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不违背热力学第二定律，选项D错误。

2．（2020全国I卷高考模拟9）下列说法中正确的是________。

A．需要用力才能压缩气体表明气体分子间存在斥力

B．一定温度下，水的饱和蒸气压是一定的

C．一定质量的理想气体从外界吸热，内能可能减小

D．微粒越大，撞击微粒的液体分子数量越多，布朗运动越明显

E．液体与大气相接触，液体表面层内分子间的作用表现为相互吸引

【参考答案】BCE

【名师解析】：

（1）需要用力才能压缩气体这是由于气体压强的缘故，与气体分子间的斥力无关，选项A错误；饱和汽压与温度有关，在一定温度下，水的饱和蒸气压是一定的，选项B正确；一定质量的理想气体从外界吸热，若对外做功，则内能可能减小，选项C正确；微粒越小，液体分子对微粒的碰撞越不平衡，布朗运动越明显，选项D错误；液体与大气相接触，液体表面层内分子比较稀疏，分子间的作用表现为相互吸引，选项E正确。

3.（2020河南南阳期末）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始经历①②③④四个过程，到达状态e。

对此气体，下列说法中正确的是（　　）

A.过程①中气体从外界吸收热量

B.过程②中气体从外界吸收热量

C.过程③中气体对外界做正功

D.状态a比状态e的体积大

E.过程④中气体吸收的热量和对外界做功的数值相等

【参考答案】BCE

【名师解析】过程①中气体等温变化△U=0，压强增大，根据理想气体状态方程

知，体积一定减小，外界对气体做功W＞0，再根据热力学第一定律W+Q=△U，可知Q＜0，所以过程①中气体放热，故A错误；

过程②中气体等容变化W=0，温度升高，△U＞0，根据热力学第一定律，Q＞0，所以过程②中气体从外界吸收热量，故B正确；过程③中气体等压变化，温度升高，根据理想气体状态方程

知，体积一定增大，气体对外界做功W＜0，故C正确；状态a和状态e，压强相等，温度a比b小，根据理想气体状态方程

知，状态a比状态e的体积小，故D错误；过程④中气体等温变化△U=0，根据热力学第一定律，Q=-W，即气体吸收的热量和对外界做功的数值相等，故E正确。

【关键点拨】先结合图象及根据理想气体状态方程

，分析气体这种状态参量的变化，再根据热力学第一定律W+Q=△U，可以求出做功和吸收或者放热情况。

本题考查了理想气体的状态方程、热力学第一定律等知识点。

解答理想气体状态方程与热力学第一定律的综合问题的关键在于找到两个规律之间的联系，弄清气体状态变化过程中各状态量的变化情况。

4．（2020河北衡水二调）一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其V﹣T图象如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是（　　）

T

A．过程a到b中气体一定吸热

B．pc＝pb＞pa

C．过程b到c气体吸收热量。

D．过程b到c中每一个分子的速率都减小

E.过程c到a中气体吸收的热量等于对外做的功

【参考答案】ABE

【名师解析】根据理想气体状态方程可知在V-T图象中，图线上各点与坐标原点的连线斜率代表压强，斜率越大压强越小，分析各条图线的变化可知；

过程ab中气体的体积不变，没有做功；温度升高，内能增大，所以气体一定吸热，故A正确；设a状态的压强为

，则由理想气体的状态方程可知：

，所以：

，同理：

，解得：

，所以：

，故B正确；

过程b到c应该放出热量，故C错误；温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，对单个的分子没有意义，所以过程bc中气体的温度降低，分子的平均动能减小，并不是每一个分子的速率都减小，故D错误；由图可知过程ca中气体等温膨胀，内能不变，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量等于对外做的功，故E正确；

5.（5分）（2020高考模拟示范卷4）关于热现象，下列说法中正确的是___________。

A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分于运动的无规则性

B.扩散现象说明分子之间存在空隙，同时说明分子在永不停息地做无规则运动

C.晶体有固定的熔点，具有规则的几何外形，物理性质具有各向同性

D.可利用高科技手段、将流散的内能全部收集加以利用，而不引起其他变化

E.对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度最终不可能达到

【参考答案】.ABE;

【名师解析】显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分于运动的无规则性，选项A正确；扩散现象说明分子之间存在空隙，同时说明分子在永不停息地做无规则运动，选项B正确；晶体有固定的熔点，单晶体具有规则的几何外形，多晶体物理性质具有各向同性，选项C错误；根据热力学第二定律可知，不可能将流散的内能全部收集加以利用，而不引起其他变化，选项D错误；对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度最终不可能达到，选项E正确；故选ABE.

6.（2019湖南衡阳三模）下列说法正确的是（　　）

A．已知铜的密度、摩尔质量和阿伏伽德罗常数，可以估算铜分子的直径

B．热量不可能从低温物体传到高温物体

C．一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

D．在一定的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，但非晶体一定不可以转化为晶体

E．当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的作用力表现为斥力

【参考答案】ACE

【名师解析】已知铜的密度和摩尔质量可求摩尔体积，摩尔体积除以阿伏伽德罗常数得铜分子体积，把铜分子看成球型，即可求解铜分子直径，故A正确；根据热力学第二定律可知，热量能从低温物体传到高温物体，如空调，但会引起其他的变化，故B错误；一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程，根据盖吕萨克定律可知温度升高，故气体内能一定增大，故C正确；晶体与非晶体在一定的条件下可以相互转化，即在一定的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，非晶体也可以转化为晶体。

故D错误；液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子之间的作用力表现为斥力；附着层出现扩展的趋势；故E正确。

7.（2019河南示范性高中联考）下列说法正确的是（）

A.物体吸收热量时，其分子平均动能一定增大

B.空气中水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度一定越大

C.当两分子间距离小于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小

D.熵值越大表明系统内分子运动越无序

E.同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现

【参考答案】BCD

【名师解析】

物体吸收热量时，若同时对外做功，则其内能可能会减小，温度降低，则其分子平均动能减小，选项A错误；空气中水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度一定越大，选项B正确；当两分子间距离小于平衡位置的间距r0时，分子力表现为斥力，分子间的距离越大，分子力做正功，则分子势能越小，选项C正确；熵是物体内分子运动无序程度的量度，系统内分子运动越无序，熵值越大。

故D正确。

同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如煤炭与金刚石，故E错误；故选BCD.

8.（2019湖南岳阳二模）下列有关热现象的说法正确的是（　　）

A.花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停的做无规则运动

B.热量不可能自发从低温物体传到高温物体

C.单晶体某些物理性质沿不同方向是各向异性的

D.影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距

E.一定质量的理想气体在等温压缩的过程中，气体的内能不变，从外界吸热

【参考答案】BCD

【名师解析】

花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停的做无规则运动，故A错误；根据热力学第二定律，不可能使热量自发地从低温物体传向高温物体，比如电冰箱要耗电，故B正确；因为组成它们的原子（分子、离子）在空间上的排列是有序的，所以单晶体的某些物理性质呈现各向异性，故C正确；影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是相对湿度，与空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距有关，故D正确；一定质量理想气体等温压缩的过程中，温度不变，气体内能不变△U=0；体积缩小，外界对气体做功，W＞0，根据热力学第一定律可知，气体放热，故E错误；

【关键点拨】

布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的；热力学第二定律反映了自发的宏观热现象具有方向性；单晶体的物理性质各向异性；根据热力学第一定律和气体实验定律分析气体内能变化和吸放热情况。

本题考查布朗运动、热力学第一定律、热力学第二定律、晶体、气体实验定律等，知识点多，难度小，关键是记住基础知识。

9．（2019·甘肃兰州月考）（多选）如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，则下列说法正确的是（）。

A．A→B过程中，压强不变

B．A→B过程中，外界对气体做负功

C．B→C过程中，气体分子间距增大

D．B→C过程中，气体分子无规则热运动变剧烈

E．C→A过程中，气体对外放热

【参考答案】BDE

【名师解析】

A→B过程温度降低，体积增大，由

＝c可知压强变小，则气体膨胀对外做功，即外界对气体做负功，则A错误，B正确；B→C过程为等容变化，温度升高，则体积不变，分子运动加剧，C错误，D正确。

C→A过程为等压降温，体积减小，由ΔU＝Q＋W知Q<0，则气体放热，E正确。

10.（2019·四川诊断）（多选）如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。

轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。

离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。

下列说法正确的是________。

A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量

B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金从热水中吸收的热量

C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高

D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

E．叶片在热水中吸收的热量一定大于水和转轮获得的动能

【参考答案】BDE

【名师解析】

根据能量守恒定律知，形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中。

转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功。

故A错误，B正确。

转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误。

根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，也一定大于水和转轮获得的动能。

故D、E正确。

6．[2019·河北衡水联考]（多选）下列说法正确的是________。

A．单晶体在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等物理性质不一样

B．热量不可能从低温物体向高温物体传递

C．一定质量的理想气体，保持气体的压强不变，温度越高，体积越大

D．功可以完全转化为热量，而热量不能完全变为功，即不可能从单一热源吸热使之全部变为有用的功

E．若气体的温度不变，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多

【参考答案】ACE

【名师解析】

单晶体具有各向异性，A项正确；热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但是通过外力做功是可以把热量从低温物体传到高温物体，B项错误；根据理想气体状态方程（或者查理定律）可知C项正确；在引起其他变化的情况下，是可以从单一热源吸热使之全部变为有用的功，D项错误；根据气体压强的微观含义可知E项正确。

11.[2019·湖北武汉模拟]（多选）如图所示，在一定质量的理想气体压强随体积变化的pV图象中，气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程，其中ab垂直于cd，ab垂直于V轴且与p轴平行，bc、da是两条等温线。

下列判断正确的是________。

A．气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度

B．从a→b的过程，气体分子密集程度不变，分子平均动能增加

C．从a→b→c的过程，气体密度不断减小，温度先升高后不变

D．从c→d的过程，气体放出的热量大于外界对气体做的功

E．从a→b→c→d的过程，设气体对外做功为W1，外界对气体做功为W2，气体吸热为Q1，放热为Q2，则W1－W2

【参考答案】ABD

【名师解析】

　根据题图可知，气体在状态a和状态b时体积相同，气体的压强越大，温度越高，故状态b的温度比状态a的温度高，又bc为等温线，所以状态c的温度比状态a的温度高，A正确。

气体在状态a和状态b时体积相同，故分子密集程度不变，状态b的压强大，温度高，分子平均动能更大，B正确。

由c到d，气体体积减小，外界对气体做正功，且温度降低，内能减小，由热力学第一定律可得D正确。

从a到b，气体体积不变，密度不变，从b到c，气体体积变大，温度不变，C错误。

a、d等温，内能相等，故外界对气体做的功与气体放出的热量相等，E错误。

12.（多选）一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其VT图象如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是________。

A．过程ab中气体一定吸热

B．pc＝pb>pa

C．过程bc中分子势能不断增大

D．过程bc中每一个分子的速率都减小

E．过程ca中气体吸收的热量等于对外界做的功

【参考答案】ABE

【名师解析】

　由题图知，该理想气体从a到b为等容变化，外界对气体做功为零，温度升高，内能增大，根据ΔU＝Q＋W，可知气体一定吸热，选项A正确；从b到c为等压变化，故pc＝pb，而从a到b为等容变化，根据查理定律p＝CT，可知温度升高，压强变大，故pb>pa，选项B正确；理想气体没有分子势能，选项C错误；从b到c，温度降低，分子的平均动能降低，平均速率减小，但不是每一个分子的速率都减小，选项D错误；从c到a，气体发生等温变化，内能不变，气体对外界做功，吸收热量，根据ΔU＝Q＋W，气体吸收的热量等于对外界做的功，选项E正确。

13.（2019·辽宁六校联考）一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示，已知气体处于状态A时的温度为300K，则下列判断正确的是________。

A．气体处于状态B时的温度为900K

B．气体处于状态C时的温度为300K

C．从状态A变化到状态C过程气体内能一直增大

D．从状态A变化到状态B过程气体放热

E．从状态B变化到状态C过程气体放热

【参考答案】ABE

【名师解析】

　由题知TA＝300K，A→B过程为等压变化，则根据

＝

，解得TB＝

TA＝

×300K＝900K。

故A正确。

B→C过程是等容变化，则有

＝

，得TC＝

TB＝

×900K＝300K，故B正确。

从状态A变化到状态C的过程，气体的温度先升高后降低，则气体的内能先增大后减小，故C错误。

由A→B气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，气体吸热，故D错误。

B→C过程气体的体积不变，不做功，温度降低，气体的内能减小，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，气体放热，故E正确。

故选A、B、E。

二．计算题.

1.如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定（插入水银槽中的部分足够深）。

管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L＝21cm的气柱，气体的温度为t1＝7℃，外界大气压取p0＝1.0×105Pa（相当于75cm高的汞柱的压强）。

（1）若在活塞上放一个质量为m＝0.1kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？

（g＝10m/s2）

（2）若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t2＝77℃，此时气柱为多长？

（3）若在

（2）过程中，气体吸收的热量为10J，则气体的内能增加多少？

【名师解析】：

（1）被封闭气体的初状态为

p1＝p0＝1.0×105Pa

V1＝LS＝42cm3，T1＝280K

末状态压强p2＝p0＋

＝1.05×105Pa

V2＝L2S，T2＝T1＝280K

根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2

得L2＝

L＝20cm。

（2）对气体加热后，气体的压强不变，p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350K

根据盖·吕萨克定律，有

＝

，即

＝

得L3＝

L2＝25cm。

（3）气体对外做的功W＝p2Sh＝p2S（L3－L2）＝1.05J

根据热力学第一定律得

ΔU＝W＋Q＝－1.05J＋10J＝8.95J

即气体的内能增加8.95J。

答案：

（1）20cm　

（2）25cm　（3）8.95J

2．一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示。

A状态的压强为1×105Pa，求：

（1）B状态的温度；

（2）完成一次循环，气体与外界热交换的热量。

【名师解析】：

（1）理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变，根据盖吕萨克定律有

＝

代入数据解得TB＝

TA＝600K

（2）理想气体从A状态到B状态的过程中，外界对气体做功

W1＝－pA（VB－VA）

解得W1＝－100J

气体从B状态到C状态的过程中，体积保持不变，根据查理定律有

＝

解得pC＝2.5×105Pa

从C状态到D状态的过程中，外界对气体做功

W2＝pC（VB－VA）

解得W2＝250J

一次循环过程中外界对气体所做的总功W＝W1＋W2＝150J

理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内能不变。

根据热力学第一定律有

ΔU＝W＋Q

解得Q＝－150J

故完成一次循环，气体向外界放热150J。

答案：

（1）600K　

（2）放热150J

3．（2019·宁夏银川模拟）如图所示，导热性能良好的汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞用轻弹簧与缸底相连，当汽缸如图甲水平放置时，弹簧伸长了x0，活塞到缸底的距离为L0，将汽缸缓慢转动竖直放置，开口向上，如图乙所示，这时活塞刚好向缸底移动了x0的距离。

已知活塞的横截面积为S，活塞与汽缸壁的摩擦不计，且气密性良好，活塞的质量为m，重力加速度为g，环境温度恒定，大气压强为p0，求：

（1）弹簧的劲度系数的大小；

（2）若从甲图到乙图的过程中，气体放出的热量为Q，活塞的重力对气体做的功为W，则弹簧开始具有的弹性势能为多少？

【名师解析】：

（1）汽缸水平放置时，缸内气体的压强为p1＝p0＋

，

当汽缸竖直放置时，缸内气体的压强为p2＝p0＋

，

根据玻意耳定律有p1L0S＝p2（L0－x0）S，

解得k＝

。

（2）从甲图到乙图的过程中，气体的温度始终不变，因此气体的内能不变，

根据热力学第一定律可知Q＝W＋p0x0S＋Ep，

求得Ep＝Q－W－p0x0S。

答案：

（1）

（2）Q－W－p0x0S

4.（2018北京丰台一模）理想气体的分子可视为质点，分子间除相互碰撞外，无相互作用力。

如图3所示，正方体容器密封着一定质量的某种理想气体。

每个气体分子的质量为m，已知该理想气体分子平均动能与温度的关系为Ek=

kT（k为常数，T为热力学温度）。

如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来，求该容器中气体温度的变化量∆T。

（容器与外界不发生热传递）

【名师解析】设气体初始温度为T1，末温度为T2，容器内气体分子总数为N，初始时气体分子平均动能Ek1=

kT1，

末态时气体分子平均动能Ek2=

kT2，

由能量守恒定律，气体的动能转化为气体的内能，NEk2-NEk1=

Nmu2，

气体温度的变化量∆T=T2-T1，

联立解得：

∆T=

。