專題21熱力學三大定律

考點愿型歸納

專題一判斷系統吸放熱、做功情況和內能變化情況....2

專題二理解熱力學第一定律的表述和表達式............5

專題三熱力學第二定律兩種表述......................7

專題四熱力學第三定律..............................11

1

專題一判斷系統吸放熱、做功情況和內能變化情況

5.（2024?重慶?高考真題）某救生手環主要由高壓氣罐密閉。氣囊內視為理想氣體。密閉氣

囊與人一起上浮的過程中。若氣囊內氣體溫度不變，體積增大，則（）

A.外界對氣囊內氣體做正功B.氣囊內氣體壓強增大

C.氣囊內氣體內能增大D.氣囊內氣體從外界吸熱

【答案】D

【詳解】AB.氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律

PV=C

可知，體積變大，則壓強變小，氣體對外做功，故AB錯誤；

CD.氣體溫度不變，內能不變，氣體對外做功，W＜0,由熱力學第一定律

AU=Q+W

則。＞0,需要從外界吸熱，故C錯誤，D正確。

故選D。

6.（2024?海南?高考真題）一定質量的理想氣體從狀態a開始經06、be、ca三個過程回到原

狀態，已知仍垂直于T軸，be延長線過。點，下列說法正確的是（）

B.ca過程氣體壓強不變

C.成過程氣體放出熱量D.ca過程氣體內能減小

【答案】AC

【詳解】A.由理想氣體狀態方程

T

化簡可得

P

由圖像可知，圖像的斜率越大，壓強越小，故

□＜外=小兒過程為等壓變化，體積減小，外界對氣體做功，故A正確;

2

B.由理想氣體狀態方程

”=C

T

化簡可得

C

V=--T

P

由圖像可知，圖像的斜率越大，壓強越小，故

P<Ph=Pcca過程氣體壓強減小，故B錯誤;

C.仍過程為等溫變化，內能不變，故

AU=Q

根據玻意耳定律可知，體積減小，壓強增大，外界對氣體做功，故

W>0

根據熱力學第一定律

KU=Q+W

解得

過程氣體放出熱量，故C正確；

D.ca過程，溫度升高，內能增大，故D錯誤。

故選Co

7.（2024?新疆河南?高考真題）如圖，一定量理想氣體的循環由下面4個過程組成：1-2為

絕熱過程（過程中氣體不與外界交換熱量），2-3為等壓過程，3-4為絕熱過程，4-1為

等容過程。上述四個過程是四沖程柴油機工作循環的主要過程。下列說法正確的是（）

A.1i2過程中，氣體內能增加B.2T3過程中，氣體向外放熱

C.3T4過程中，氣體內能不變D.4—1過程中，氣體向外放熱

【答案】AD

【詳解】A.1-2為絕熱過程，根據熱力學第一定律△"=?+少可知此時氣體體積減小,

外界對氣體做功，故內能增加，故A正確；

3

B.2-3為等壓過程，根據蓋呂薩克定律可知氣體體積增大時溫度增加，內能增大，此時氣

體體積增大，氣體對外界做功用＜0,故氣體吸收熱量，故B錯誤；

C.3-4為絕熱過程，此時氣體體積增大，氣體對外界做功臣＜0,根據熱力學第一定律可

知氣體內能減小，故C錯誤；

D.4Tl為等容過程，根據查理定律可知壓強減小時溫度減小，故內能減小，由于體積不變

W=0,故可知氣體向外放熱，故D正確。

故選ADo

8.（2024?北京?高考真題）一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢上浮，將氣泡內的氣體視為理想

氣體，且氣體分子個數不變，外界大氣壓不變。在上浮過程中氣泡內氣體（）

A.內能變大B.壓強變大C.體積不變D.從水中吸熱

【答案】D

【詳解】A.上浮過程氣泡內氣體的溫度不變，內能不變，故A錯誤；

B.氣泡內氣體壓強故上浮過程氣泡內氣體的壓強減小，故B錯誤；

C.由玻意耳定律知，氣體的體積變大，故C錯誤；

D.上浮過程氣體體積變大，氣體對外做功，由熱力學第一定律AU=Q+少知，氣體從水

中吸熱，故D正確。

故選D。

9.（2024?山東?高考真題）一定質量理想氣體經歷如圖所示的循環過程，a-6過程是等壓過

程，6-C過程中氣體與外界無熱量交換，c-a過程是等溫過程。下列說法正確的是（）

A.過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功

B.6-c過程，氣體對外做功，內能增加

C.a-b-c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功

D.過程，氣體從外界吸收的熱量等于CT。過程放出的熱量

【答案】C

【詳解】A.a-b過程壓強不變，是等壓變化且體積增大，氣體對外做功平＜0,由蓋-呂薩

克定律可知

4

Tb>Ta

即內能增大，A^ft>0,根據熱力學第一定律AU=Q+沙可知af6過程，氣體從外界吸

收的熱量一部分用于對外做功，另一部分用于增加內能，A錯誤；

B.方法一：6一c過程中氣體與外界無熱量交換，即

以=0

又由氣體體積增大可知%c<0,由熱力學第一定律AU=0+用可知氣體內能減少。

方法二：cfa過程為等溫過程，所以

4=4

結合年>（分析可知

Tb>Tc

所以6到c過程氣體的內能減少。故B錯誤；

C.。過程為等溫過程，可知

Tc=Ta,\Uac=O

根據熱力學第一定律可知afbfc過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功，C正

確；

D.根據熱力學第一定律結合上述解析可知：。一b-cfa一整個熱力學循環過程AU=O,

整個過程氣體對外做功，因此熱力學第一定律可得

\U=Qab-Qca-W=Q

故af6過程氣體從外界吸收的熱量Qab不等于era過程放出的熱量-。皿，D錯誤。

故選C。

【點睛】

專題二理解熱力學第一定律的表述和表達式

10.（2022?北京?高考真題）如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態。開始，沿圖示路徑先

后到達狀態6和c。下列說法正確的是（）

5

A.從a到6,氣體溫度保持不變B.從。到6,氣體對外界做功

C.從6到c,氣體內能減小D.從6到c,氣體從外界吸熱

【答案】D

【詳解】AB.一定質量的理想氣體從狀態a開始，沿題圖路徑到達狀態b過程中氣體發生

等容變化，壓強減小，根據查理定律器=C,可知氣體溫度降低，再根據熱力學第一定律

=Q+W,由于氣體不做功，內能減小，則氣體放熱，AB錯誤；

CD.一定質量的理想氣體從狀態6沿題圖路徑到達狀態。過程中氣體發生等壓變化，體積

增大，根據，=C,可知氣體溫度升高，內能增大，再根據熱力學第一定律公。=0+區可

知6到C過程吸熱，且吸收的熱量大于功值，C錯誤、D正確。

故選D。

11.（2022?遼寧?高考真題）一定質量的理想氣體從狀態。變化到狀態6,其體積廠和熱力學

溫度T變化圖像如圖所示，此過程中該系統（）

A.對外界做正功B.壓強保持不變C.向外界放熱D.內能減少

【答案】A

【詳解】A.理想氣體從狀態。變化到狀態"體積增大，理想氣體對外界做正功，A正確;

B.由題圖可知

V=Vo+kT

根據理想氣體的狀態方程有

6

聯立有

C

P=-左+匕F

T

可看出T增大,p增大,B錯誤;

D.理想氣體從狀態。變化到狀態6,溫度升高，內能增大，D錯誤;

C.理想氣體從狀態a變化到狀態6,由選項AD可知，理想氣體對外界做正功且內能增大,

則根據熱力學第一定律可知氣體向外界吸收熱量，C錯誤。

故選Ao

12.（2021?廣東江門?二模）如圖所示的實驗裝置，把浸有乙醛的一小塊棉花放在厚玻璃筒

內底部，快速壓下活塞時，棉花燃燒起來，此實驗說明（）

A.做功使管內氣體熱量增加

B.熱傳遞不能改變物體的內能

C.做功改變了管內氣體的內能

D.熱傳遞改變了管內氣體的熱量

【答案】C

【詳解】快速壓下活塞時，外界對管內氣體做功，棉花燃燒起來，是因為氣體內能增大，溫

度升高，所以此實驗說明做功改變了管內氣體的內能。

故選C。

專題三熱力學第二定律兩種表述

13.（2024?浙江?高考真題）如圖所示，一個固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積

7

均為匕=750cm3的左右兩部分。面積為S=100cn?的絕熱活塞B被鎖定，隔板A的左側為

真空，右側中一定質量的理想氣體處于溫度4=300K、壓強夕|=2.04乂10*2的狀態1。抽

取隔板A,右側中的氣體就會擴散到左側中，最終達到狀態2。然后解鎖活塞B,同時施加

水平恒力尸，仍使其保持靜止，當電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體

達到溫度%=350K的狀態3,氣體內能增加AU=63.8J。已知大氣壓強％=1.0k1032,

隔板厚度不計。

（1）氣體從狀態1到狀態2是（選填“可逆”或“不可逆”）過程，分子平均動能（選

填“增大,,、“減小,，或“不變,,）；

（2）求水平恒力下的大小；

（3）求電阻絲C放出的熱量0。

【答案】（1）氣體從狀態1到狀態2是不可逆過程，分子平均動能不變；（2）10N；（3）89.3J

【詳解】（1）根據熱力學第二定律可知，氣體從狀態1到狀態2是不可逆過程，由于隔板A

的左側為真空，可知氣體從狀態1到狀態2,氣體不做功，又沒有發生熱傳遞，所以氣體的

內能不變，氣體的溫度不變，分子平均動能不變。

（2）氣體從狀態1到狀態2發生等溫變化，則有

P7i=12匕

解得狀態2氣體的壓強為

5

p2=^-=1.02xl0Pa

解鎖活塞B,同時施加水平恒力R仍使其保持靜止，以活塞B為對象，根據受力平衡可得

p2S=p0S+F

解得

55

F=（p2-p0）S=（1.02x10-1.01x10）xlOOx10?N=ION

8

（3）當電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達到溫度4=350K的狀態

3,可知氣體做等壓變化，則有

更=匕

可得狀態3氣體的體積為

T350

K=二?2匕=—x2x750cm3=1750an3

31

Tx300

該過程氣體對外做功為

56

W=p.NV=p2（r3-2T1）=1.02xl0x（1750-2x750）xl0-J=25.5J

根據熱力學第一定律可得

^=-W+Q'

解得氣體吸收的熱量為

Q'=NU+W=63.8J+25.5J=89.3J

可知電阻絲C放出的熱量為

Q=0=89.3J

14.（2022?廣東?高考真題）利用空調將熱量從溫度較低的室內傳遞到溫度較高的室外環境,

這個過程（選填“是”或“不是”）自發過程。該過程空調消耗了電能，空調排放到

室外環境的熱量__________（選填“大于”“等于”或“小于”）從室內吸收的熱量。

【答案】不是大于

【詳解】［1］空調將熱量從溫度低的室內傳遞到溫度較高的室外，這個過程要消耗電能，不

是自發的過程；

［2］由于空調的壓縮機做功，使得空調排放到室外環境的熱量大于從室內吸收的熱量。

15.（2023?浙江?高考真題）下列說法正確的是（）

A.熱量能自發地從低溫物體傳到高溫物體

B.液體的表面張力方向總是跟液面相切

C.在不同的慣性參考系中，物理規律的形式是不同的

D.當波源與觀察者相互接近時，觀察者觀測到波的頻率大于波源振動的頻率

【答案】BD

【詳解】A.根據熱力學第二定律可知熱量能不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，故A

錯誤;

9

B.液體的表面張力方向總是跟液面相切，故B正確；

C.由狹義相對論的兩個基本假設可知，在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的,

故C錯誤；

D.根據多普勒效應可知當波源與觀察者相互接近時，觀察者觀測到波的頻率大于波源振動

的頻率，故D正確。

故選BDo

16.（2022?湖南?高考真題）利用“渦流效應”可實現冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離

裝置由噴嘴、渦流室、環形管、分離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形管邊緣部位。氣流到達

分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從N端流出，邊緣部位氣流從8端

B./端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于3端流出的

C./端流出的氣體內能一定大于8端流出的

D.該裝置氣體進出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律

E.該裝置氣體進出的過程既滿足能量守恒定律，也滿足熱力學第二定律

【答案】ABE

【詳解】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/端流

出，而邊緣部分熱運動速率較高的氣體從2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N端為冷端、5端為熱端，故A正確；

B.依題意，/端流出的氣體分子熱運動速率較小，2端流出的氣體分子熱運動速率較大，

所以從/端流出的氣體分子熱運動平均速度小于從8端流出的，故B正確；

C./端流出的氣體分子熱運動速率較小，2端流出的氣體分子熱運動速率較大，則從/端

流出的氣體分子平均動能小于從2端流出的氣體分子平均動能，內能的多少還與分子數有

10

關；依題意，不能得出從/端流出的氣體內能一定大于從3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離，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現的，并非

是自發進行的，沒有違背熱力學第二定律；溫度較低的從/端出、較高的從2端出，也符

合能量守恒定律，故D錯誤，E正確。

故選ABE。

專題四熱力學第三定律

17.（2023?四川成都?二模）下列說法正確的是（）

A.當液體溫度一定時，液體中懸浮的固體小顆粒越大，布朗運動越明顯

B.當分子間表現為斥力時，分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大

C.隨著科技的進步，我們可以將氣體的溫度降到絕對零度

D.物體的溫度越低，分子熱運動的平均動能越小

E.一定質量的理想氣體，如果在某個過程中溫度升高，內能一定增加，氣體可能對外

做功

【答案】BDE

【詳解】A.當液體溫度一定時，液體中懸浮的固體小顆粒越小，布朗運動越明顯，選項A

錯誤；

B.當分子間表現為斥力時，分子距離減小時，分子力做負功，分子勢能增加，即分子勢能

總是隨分子間距離的減小而增大，選項B正確；

C.絕度零度是低溫的極限，即使隨著科技的進步，也永遠不可能達到，選項C錯誤；

D.溫度是分子平均動能的標志，物體的溫度越低，分子熱運動的平均動能越小，選項D正

確；

E.一定質量的理想氣體，如果在某個過程中溫度升高，內能一定增加，氣體體積可能增加，

即可能對外做功，選項E正確。

故選BDE-

18.（2021?內蒙古呼和浩特?二模）下列說法正確的是（）

A.浮在水中的花粉微粒的布朗運動，反映了花粉分子的熱運動

B.空氣的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結果

C.物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加

11

D.液體中的擴散現象是由于液體的對流形成的

E.如果兩個系統分別與狀態確定的第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間

也必定達到熱平衡

【答案】BCE

【詳解】A.懸浮在水中的花粉微粒的布朗運動反映了水分子的無規則運動，故A錯誤；

B.空氣的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結果，故B正確；

C.物體吸收熱量，同時對外做功，當吸收的能量較大時，其內能可能增加，故C正確；

D.液體中的擴散現象是由于液體分子無規則熱運動造成的，故D錯誤；

E.如果兩個系統分別與狀態確定的第三個系統達到熱平衡，說明三個系統的溫度一定相等,

那么這兩個系統彼此之間也必定達到熱平衡，故E正確。

故選BCEo

19.（2020?黑龍江?二模）關于熱力學定律，下列說法中錯誤的是二

A.對物體持續降溫冷卻后