2027届高三物理一轮复习试题第15章第7讲热力学定律能量守恒定律（Word版含解析）

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题组一 热力学第一定律
1.(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、Ⅱ两部分,一定量的某理想气体处于Ⅰ中,Ⅱ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。则此过程,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
2.(2025天津和平区模拟)空气弹簧是一种广泛应用于商业汽车、巴士、高铁及建筑物基座的减震装置,其基本结构和原理如图所示,在导热良好的汽缸和可自由滑动的活塞之间密封着一定质量的理想气体,若外界温度保持不变,缓慢增大重物的质量,下列说法正确的是( )
A.汽缸内气体的压强始终等于外界大气压
B.汽缸内气体的内能一定变大
C.汽缸内气体一定从外界吸热
D.汽缸内气体对汽缸底部单位时间内撞击的分子数增多
3.一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。下列判断正确的是( )
A.气体在a→b过程中做等温变化
B.气体在b→c过程中内能增加
C.气体在a→b过程和b→c过程对外界做的功相等
D.气体在一次循环过程中会向外界放出热量
题组二 热力学第二定律
4.(多选)一电冰箱的工作原理示意图如图所示,压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环,在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。下列说法正确的是( )
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
D.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外,工作过程中所产生的其他一切影响,无论用任何办法都不可能加以消除
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5.(多选)(2025湖南邵阳模拟) 如图为一个绝热的密封容器瓶,通过一细管AB与外界相连,瓶内用水银封住了一定质量的理想气体,管中水银面O比瓶内水银面高Δh=6 cm。现在将瓶子缓慢旋转180°,整个过程中管的B端始终在水银内。外界大气压p0=ρgh,其中h=76 cm,则下列说法正确的是( )
A.初始状态瓶内气体的压强p1=3538p0
B.末状态瓶内气体压强小于初始状态瓶内气体压强
C.瓶内气体的质量发生了变化
D.这个过程中瓶内气体的温度降低了
6.(多选)(2026湖北黄冈模拟)一定质量的气体经历一系列状态变化,其p-1V图像如图所示,变化顺序为a→b→c→d→a,图中ab线段延长线过坐标原点,cd线段与p轴垂直,da线段与1V轴垂直。气体在此状态变化过程中( )
A.d→a过程,气体放出的热量小于内能的减少量
B.b→c过程,气体对外做功,内能减小
C.c→d过程,温度降低,气体一定放出热量
D.a→b过程,温度不变,气体吸热
7.(6分)(2025河南信阳模拟)如图,一个质量为m=2 kg的T形活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体,活塞体积可忽略不计,距汽缸底部h1=10 cm处连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计),初始时,封闭气体温度为T1=360 K,活塞距离汽缸底部为h2=15 cm,两边水银柱存在高度差。已知大气压强为p0=1×105 Pa,汽缸横截面积为S=1×10-3 m2,活塞竖直部分长为L=12 cm,重力加速度g取10 m/s2,求:
(1)通过制冷装置缓慢降低气体温度,当温度为多少时两边水银面恰好相平;
(2)从开始至两水银面恰好相平的过程中,若气体向外界放出的热量为6 J,气体内能的变化量ΔU。
8.(8分)(2025云南昆明模拟)如图所示,体积为2V、内壁光滑的圆柱形绝热汽缸有一绝热活塞,活塞的质量和厚度均可忽略不计。汽缸内密封一定质量的理想气体,外界大气压强和温度分别为p0和T0。初始时,活塞恰好位于汽缸的中部P位置,此时气体体积为V。现通过电热丝给封闭气体缓慢加热,活塞由P位置移动到顶部Q位置,继续加热,气体的温度上升到2.4T0。已知气体内能U与温度T的关系为U=αT,α为常数且大于零,容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求:
(1)温度达到2.4T0时,汽缸内气体压强;
(2)在活塞上升过程中,汽缸内气体吸收的热量。
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9.(16分)(2024贵州卷)制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律,把水火箭的塑料容器竖直固定,其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口,B是气压计,如图甲所示。在室温环境下,容器内装入一定质量的水,此时容器内的气体体积为V0,压强为p0,现缓慢充气后压强变为4p0,不计容器的容积变化。
(1)设充气过程中气体温度不变,求充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积。
(2)打开喷水口阀门,喷出一部分水后关闭阀门,容器内气体从状态M变化到状态N,其压强p与体积V的变化关系如图乙中实线所示,已知气体在状态N时的体积为V1,压强为p1。求气体在状态N与状态M时的热力学温度之比。
(3)图乙中虚线MN'是容器内气体在绝热(既不吸热也不放热)条件下压强p与体积V的变化关系图线,试判断气体在图乙中沿实线从M到N的过程是吸热还是放热。(不需要说明理由)
答案：
1.BD 解析 绝热容器内的气体与外界没有热交换,则Q=0,气体向真空扩散,没有对外界做功,则W=0,根据热力学第一定律ΔU=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pVT=C可知压强减小,故选B、D。
2.D 解析 设活塞的质量为m,重物的质量为m',根据平衡条件可得pS=p0S+(m+m')g,可知汽缸内气体的压强大于外界大气压,故A错误;由于汽缸导热良好,外界温度保持不变,则汽缸内气体的温度保持不变,汽缸内气体的内能不变;缓慢增大重物的质量,汽缸内气体的压强增大,根据玻意耳定律,有pV=C,可知气体体积减小,外界对气体做正功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,汽缸内气体向外界放热,故B、C错误;由于汽缸内气体的温度保持不变,气体分子平均动能不变,而汽缸内气体的压强增大,根据压强微观意义可知,汽缸内气体对汽缸底部单位时间内撞击的分子数增多,故D正确。
3.C 解析 由理想气体状态方程,有pVT=C,气体在a→b过程中因pV乘积变大,可知温度升高,选项A错误;气体在b→c过程中因pV乘积变小,可知温度降低,内能减小,选项B错误;在p-V图像中,图像与坐标轴围成的面积等于气体对外做功,可知气体在a→b过程和b→c过程对外界做的功相等,选项C正确;气体在一次循环过程中从a到b再到c过程对外做功,从c到a过程外界对气体做功,整个过程中气体对外做功,且内能不变,则气体会从外界吸收热量,选项D错误。故选C。
4.BD 解析 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律,是能量守恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,故C错误;根据热力学第二定律,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,必须借助于其他系统做功,故A错误,B正确;压缩机工作时会发热,将一部分电能转化为内能消耗掉,这种影响没法消除,故D正确。
5.BD 解析 由题意可知初始状态瓶内气体的压强p1=p0+ρgΔh=4138p0,故A错误;根据题意,将瓶子缓慢旋转180°的整个过程中管的B端始终在水银内,说明旋转完毕达到新的平衡时,细管仍然有一段水银柱Δh'存在,气体没有泄漏现象,由此得末状态瓶内气体压强p2≤p0-ρgΔh'