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专题二十五 热力学定律
（考试时间：90 分钟 试卷满分：100 分）
第I 部分
一、单选题：本题共8 小题，共32 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求，选对4 分，
选错不得分。
1．（2024·河北·模拟预测）拔罐是中医传统养生疗法之一，以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，
当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以
达到通经活络、祛风散寒等作用的疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤
上的短时间内，下列说法正确的是（ ）
A．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体稍有体积减小，温度降低，压强减小
B．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体稍有体积减小，温度升高，压强增大
C．火罐内的气体吸收热量，内能增大
D．火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数增加
【答案】A
【详解】AB．在刚开始的短时间内，火罐内部气体体积稍有减小，由于火罐导热性良好，所以火罐内气体
温度迅速降低，根据理想气体状态方程
可知气体压强减小，在外界大气压的作用下火罐“吸”在皮肤上，故A 正确，B 错误；
C．气体的体积稍有减小，可忽略，则
1
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而温度迅速降低，则气体内能减小
根据热力学第一定律
可得
即气体向外放热，故C 错误；
D．因气体的体积稍有减小，可忽略不计，则单位体积内的分子数不变，而气体的温度降低，则分子的平
均动能减小，分子的平均速率变小，则火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数变少，故D 错误。
故选A。
2．（2024·江苏·二模）如图所示，密闭导热气缸被活塞分成左、右两室，起初左室气体压强小于右室，现
让活塞缓慢移动直至两室气体压强相等，期间环境温度始终不变，则此过程中（ ）
A．左室气体吸热，右室气体放热
B．左室气体放热，右室气体吸热
C．左、右室气体均吸热
D．左、右室气体均放热
【答案】B
【详解】对于左室气体压强变大，体积减小，
，对于右室气体压强变小，体积减大，
。环境
温度始终不变，
，根据热力学第一定律可得
，
可得
，
即左室气体放热，右室气体吸热，B 正确。
故选B。
3．（2022·辽宁·高考真题）一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b，其体积V 和热力学温度T 变化图
2
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像如图所示，此过程中该系统（ ）
A．对外界做正功B．压强保持不变
C．向外界放热
D．内能减少
【答案】A
【详解】A．理想气体从状态a 变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A 正确；
B．由题图可知
V = V0 + kT
根据理想气体的状态方程有
联立有
可看出T 增大，p 增大，B 错误；
D．理想气体从状态a 变化到状态b，温度升高，内能增大，D 错误；
C．理想气体从状态a 变化到状态b，由选项AD 可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学
第一定律可知气体向外界吸收热量，C 错误。
故选A。
4．（2022·江苏·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体分别经历
和
两个过程，其中
为等温过程，状态b、c 的体积相同，则（ ）
A．状态a 的内能大于状态b
B．状态a 的温度高于状态c
C．
过程中气体吸收热量
D．
过程中外界对气体做正功
3
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【答案】C
【详解】A．由于a→b 的过程为等温过程，即状态a 和状态b 温度相同，分子平均动能相同，对于理想气
体状态a 的内能等于状态b 的内能，故A 错误；
B．由于状态b 和状态c 体积相同，且
，根据理想气体状态方程
可知
，又因为
，故
，故B 错误；
CD．因为a→c 过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据
可知气体吸收热量；故C 正确，D 错误；
故选C。
5．（2024·江西·二模）制作“吸管潜水艇”是深受小朋友喜爱的科学实验，如图所示，将吸管对折后用回
形针固定，然后管口竖直向下插入装有水的矿泉水瓶中，使吸管顶部露出水面，最后用盖子封紧矿泉水瓶
（如图a。实验时，用力按压瓶身，“潜水艇”就会沉入水底，松开手后，“潜水艇”又浮出水面。设水
面上方的封闭气体体积为
，压强为
，吸管内封闭气体的体积为V，“吸管潜水艇”的总质量为m，水
的密度恒为
，气体温度始终保持不变，所有气体视为理想气体。缓慢挤压瓶身时，瓶内封闭气体吸热还
是放热，挤压瓶身使“潜水艇”恰好悬浮在水中时（如图b），水面上方的气体体积减小了多少？（不考
虑吸管厚度和回形针的体积，吸管内外液面高度差产生的压强远小于大气压，即管内外气压始终相等）下
列选项正确的是（ ）
A．吸热，
B．放热，
4
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C．吸热，
D．放热，
【答案】B
【详解】环境温度不变，则瓶内封闭气体发生等温变化，故内能保持不变，即
挤压瓶身时，水面上方气体体积减小，外界对气体做功，即
根据热力学第一定律
则
即气体对外放热。
设“潜水艇”悬浮时，吸管内部封闭气体的压强为p1，体积为V1，根据平衡条件得
解得
对吸管内的气体，根据玻意耳定律
解得
设水面上方的气体体积减小ΔV，对水面上方的气体，根据玻意耳定律
解得
故选B。
6．（2024·重庆·三模）空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物。图为某型号空气炸锅简化模型图，其
内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变可视为理想气体的空气，已知初始气体压强为p0＝
5
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1.0×105Pa，温度为T0＝300K，加热一段时间后气体温度升高到T＝360K，此过程中气体吸收的热量为
4.2×103J，则（ ）
A．升温后所有气体分子的动能都增大
B．升温后胆中气体的压强为1.5×105Pa
C．此过程胆中气体的内能增加量为4.2×103J
D．升温后压强增大是由于单位体积的分子数增多了
【答案】C
【详解】A．升温后分子平均动能变大，并非所有气体分子的动能都增大，选项A 错误；
B．根据
解得升温后胆中气体的压强为
p=1.2×105Pa
选项B 错误；
C．此过程胆中气体体积不变，则W=0，吸收的热量为Q=4.2×103J，则气体内能增加量为
∆U=Q=4.2×103J
选项C 正确；
D．气体体积不变，则单位气体体积的分子数不变，升温后气体分子平均速率变大，可知压强增大不是由
于单位体积的分子数增多了，而是气体分子对器壁的平均碰撞力增大了，选项D 错误。
故选C。
7．（2024·河南·三模）一定质量的理想气体由状态a 变化到状态b 的过程中，体积V 随热力学温度T 变化
的图像如图所示。已知气体在状态b 的压强为1.36×105Pa，从状态a 变化到状态b 气体吸收的热量为
4×104J，则该过程中气体的内能增加了（ ）
6
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A．2.04×104J
B．1.96×104J
C．1.64×104J
D．1.28×104J
【答案】B
【详解】设气体在300K 时的压强为p，从300K 到400K 为等容变化，则有
解得
p=1.02×105Pa
由图像可知，气体从200K 到300K 为等压膨胀，气体对外做功为
从300K 到400K 气体做功为零，根据热力学第一定律可知，气体内能变化为
故选B。
8．（2022·山东·高考真题）如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始
时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动
过程中，缸内气体（ ）
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
【答案】C
【详解】初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则
7
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有
汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢的
将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。
AB．汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气
体对外做功，根据热力学第一定律
得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运
动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB 错误；
CD．气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子
数的比例减小，C 正确，D 错误。
故选C。
二、多选题：本题共4 小题，共16 分。有多项符合题目要求。全部选对的得4 分，选对但不全的得2 分，
有选错或不答的得0 分。
9．（2024·陕西·三模）真空胎没有内胎，直接在轮胎和轮圈之间封闭着空气，轮胎鼓起时轮胎内表面形成
一定的压力，提高了对破口的自封能力，不会像自行车轮胎那样瞬间漏气，从而提高了车辆行驶的安全
性。如图所示的真空胎，胎内充入一定质量的理想空气，把电动车开到室外，胎内的温度升高，假设此过
程胎内气体的体积不变，下列说法正确的是（ ）
A．胎内气体的分子密集程度减小
B．气体的内能增加，从外界吸收热量
C．气体的内能减小，向外界放出热量
D．分子的平均动能增大，气体的压强增大
E．速率大区间的分子数增多，分子平均速率增大
【答案】BDE
【详解】A．气体体积不变，胎内气体的分子密集程度不变。故A 错误；
BC．根据热力学第一定律
，气体温度升高，气体的内能增加，体积不变，气体与外界做功为
零，所以从外界吸收热量。故B 正确，C 错误；
8
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D．气体温度升高，分子的平均动能增大。由理想气体状态方程
可知，当体积不变时，温度升高
时，压强增大。故D 正确。
E．因为气体温度升高，所以速率大区间的分子数增多，分子平均速率增大。故E 正确。
故选BDE。
10．（2024·辽宁·二模）家庭中使用的一种强力挂钩，其工作原理如图所示。使用时，按住锁扣把吸盘紧
压在墙上（如图甲），吸盘中的空气被挤出一部分后，吸盘内封闭气体的体积为
，压强为
，然后再
把锁扣扳下（如图乙），使腔内气体体积变为
，让吸盘紧紧吸在墙上，已知吸盘与墙面的有效正对面
积为S，强力挂钩的总质量为m，与墙面间的最大静摩擦力是正压力的k 倍，外界大气压强为
，重力加
速度为g，忽略操作时的温度变化，把封闭气体看成理想气体（只有吸盘内的气体是封闭的）。此过程
中，下列说法正确的是（ ）
A．吸盘内的气体的压强增大
B．吸盘内的气体要从外界吸收热量
C．吸盘内的气体分子的平均动能不变
D．安装结束后，此挂钩所挂物体的最大质量为
【答案】BC
【详解】A．理想气体温度不变，体积增大，根据玻意耳定律可知，吸盘内的气体的压强减小，故A 错
误；
B．理想气体温度一定，则内能不变，气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，吸盘
内的气体要从外界吸收热量，故B 正确；
C．理想气体温度不变，则吸盘内的气体分子的平均动能不变，故C 正确；
D．根据玻意耳定律有
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令此挂钩所挂物体的最大质量为M，对物体与挂钩整体分析有
，
解得
故D 错误。
故选BC。
11．（2024·全国·模拟预测）如图所示为神州17 号与空间站对接后的结构简图，核心舱和气闸舱内气体的
压强均为
，宇航员需要出舱检修设备，先由核心舱进入气闸舱后，关闭内闸门A，通过抽气机抽取气闸
舱内的气体，每次抽气都将抽出的气体排放在核心舱中。当气闸舱内的压强降到一定值后，打开外闸门
B，宇航员出仓，同时将剩余气体排到外太空的真空环境中。若气闸舱的容积为V，核心舱的容积为8V，
真空抽气机每次抽气的体积为
，不考虑抽气过程中温度的变化，忽略宇航员自身的体积，下列说法正
确的是（ ）
A．n 次抽气后，气闸舱内的气体压强为
B．n 次抽气并排放到核心舱后，核心舱内气体的压强为
C．打开外闸门B，气体膨胀对外界做功
D．第一次抽气排放到核心舱后，核心舱内气体压强的增加量为
【答案】AD
【详解】A．对气闸舱内的气体，第一次抽气有
解得
10
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第二次抽气有
解得
可得n 次抽气后，气闸舱内气体的压强为
A 项正确；
B．若每次排放前，抽气机抽取的气体的压强均为
，可得n 次抽气后
可得核心舱内气体的压强为
但实际上每次排放前，抽气机抽取的气体的压强都小于
，可知n 次排放后，核心舱内气体的压强小于
，B 项错误；
C．气体向真空膨胀不对外界做功，C 项错误；
D．第一次抽气排放后
解得核心舱内气体压强的增加量为
D 项正确。
故选AD。
12．（2023·全国·高考真题）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝
11
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热活塞将汽缸分为f、g、h 三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温
度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f 中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（ ）
A．h 中的气体内能增加
B．f 与g 中的气体温度相等
C．f 与h 中的气体温度相等
D．f 与h 中的气体压强相等
【答案】AD
【详解】A．当电阻丝对f 中的气体缓慢加热时，f 中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程
可知f 中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h 的体积也被压缩压强变大，对活塞受力分析，根
据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动左
边活塞。故活塞对h 中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h 中的气体内能增加，A
正确；
B．未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于
压缩状态，对左边活塞分析
则
分别对f、g 内的气体分析，根据理想气体状态方程有
由题意可知，因弹簧被压缩，则
，联立可得
B 错误；
C．在达到稳定过程中h 中的气体体积变小，压强变大，f 中的气体体积变大。由于稳定时弹簧保持平衡状
态，故稳定时f、h 中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h 气体分析可知
12
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联立可得
C 错误；
D．对弹簧、活塞及g 中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f 与h 中的气体压强相等，D 正确。
故选AD。
第Ⅱ部分
三、计算题：本题共6 小题，共52 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后
答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．（2024·安徽·二模）如图所示，内壁光滑、高度均为2h 的两个绝热气缸底部由细管连通，左侧气缸上
端封闭，右侧气缸上端开口与大气相通，两气缸中面积均为S 的绝热活塞M、N 密闭两部分理想气体A、
B。开始时，气体A、B 温度均为T，活塞M、N 均静止在距气缸底部h 处。已知活塞M、N 的质量分别为
2m 和m，大气压强为
，重力加速度为g，细管内气体体积忽略不计。
（1）求气体A 的压强；
（2）缓慢加热气体B，使其温度升至
稳定时，求活塞N 距气缸底部的高度；
（3）上述加热过程中，若B 吸收的热量为Q，求B 的内能增加量。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
【详解】（1）对活塞M、N 受力分析，根据共点力平衡，有
联立解得气体A 的压强为
13
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（2）缓慢加热气体B，使其温度升至
，根据盖吕萨克定律，有
活塞N 距气缸底部的高度为
（3）根据热力学第一定律，在加热过程中
联立解得B 的内能增加量为
14．（2024·浙江·二模）如图所示，固定在水平地面开口向上的圆柱形导热汽缸，用质量m=1kg 的活塞密
封一定质量的理想气体，活塞可以在汽缸内无摩擦移动。活塞用不可伸长的轻绳跨过两个定滑轮与地面上
质量M=3kg 的物块连接。初始时，活塞与缸底的距离h0=40cm，缸内气体温度T1=300K，轻绳恰好处于伸
直状态，且无拉力。已知大气压强p0=0.99×105Pa，活塞横截面积S=100cm2，忽略一切摩擦，重力加速度
g=10m/s2。现使缸内气体温度缓慢下降，则：
（1）当物块恰好对地面无压力时，求缸内气体的温度T2；
（2）当缸内气体温度降至T3=261.9K 时，求物块上升高度∆h；已知整个过程缸内气体内能减小121.2J，求
其放出的热量Q。
【答案】（1）291K；（2）4cm，160J
14
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【详解】（1）初始时，对活塞
解得
当物块对地面无压力时，对活塞有
解得
对气体，由等容变化可得
解得
（2）对气体，由等压变化可得
即
解得
整个降温压缩过程活塞对气体做功为
根据热力学第一定律
解得
即放出热量160J。
15．（2023·广西·一模）如图所示，竖直放置的导热薄玻璃管下端封闭、上端开口，管内用长为
15
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的水银柱密封一段长为
的理想气体，此时环境温度
，缓慢加热密封气体，水银柱上升了
，已知大气压强恒为
，玻璃管足够长。求：
（1）加热前密封气体的压强；
（2）加热后气体的温度
；
（3）保持温度
不变，在玻璃管上端缓慢注入水银，使得气体长度恢复到30cm，则所加水银柱长度
。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
【详解】（1）对管内密封气体
（2）设玻璃管的横截面积为s，缓慢加热密封气体，管内空气做等压变化，有
解得
（3）注入水银，管内空气做等温变化，有
再由
解得
16．（2024·浙江·三模）某款气压式升降椅，它通过活塞上下运动来控制椅子的升降，其核心部件模型工
作原理简图如图所示。圆筒形导热汽缸，开口向上竖直放置在水平地面上，筒长
、内部横截面积
16
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。横截面积
的圆柱形活塞插在汽缸内，在卡环（可使活塞向下运动而不能向上运动，
且当活塞运动时与活塞间无力）的作用下保持静止。开始时活塞有
的长度伸入汽缸，缸内封闭气
体压强
。已知活塞与椅面的总质量
，大气压强
，缸内气体视为理
想气体，装置不漏气，环境温度保持不变，不计摩擦。
(1)椅面缓慢下降，若活塞对气体做功32J，则缸内气体 （选填“吸热”、“放热”），其数
值为 ；
(2)某同学先虚坐在椅面上（与椅面间恰无作用力），然后逐渐减小脚对地面的压力，使活塞缓慢下降
后脚刚好完全离开地面，并保持稳定。求稳定后气体压强
和该同学的质量M。
【答案】(1) 放热
(2)
，
【详解】（1）[1][2]椅面缓慢下降，若活塞对气体做功32J，由于环境温度保持不变，可知气体温度不
变，气体内能不变，根据热力学第一定律可得
可得
可知缸内气体放热，其数值为
。
（2）以密封气体为对象，初态有
，
使活塞缓慢下降
后脚刚好完全离开地面，并保持稳定，则稳定后气体体积为
根据玻意耳定律可得
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解得稳定后气体压强为
根据受力平衡可得
解得该同学的质量为
17．（2024·陕西·二模）某充气式座椅简化模型如图所示，质量相等且导热良好的两个气缸C、D，通过活
塞a、b 封闭质量相等的两部分同种气体A、B，两活塞通过轻弹簧相连。整个装置静置在水平面上，已知
C 气缸质量为M，封闭气体的初始高度均为L，初始环境温度为
，大气压强为
，重力加速度为g，活
塞的横截面积为S、质量和厚度不计，活塞光滑且活塞与气缸不漏气。
（1）若环境温度缓慢升至
，求稳定后A 气体的高度。
（2）若环境温度缓慢升至
，此过程中A 气体内能增加量为U，求A 气体从外界吸收的热量Q。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）若环境温度缓慢升至
，根据受力平衡可知，气体发生等压变化，则有
解得
（2）若环境温度缓慢升至
，A 气体内能增加量为U，气体膨胀，则气体对外界做功为
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根据热力学第一定律
可得
18．（2023·河北·高考真题）如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端
开口、内部横截面积为
的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱
封闭氮气。外界温度为
时，气柱长度为
；当外界温度缓慢升高到
时，气柱长度变为
。已知外界大气压恒为
，水柱长度不计。
（1）求温度变化过程中氮气对外界做的功；
（2）求葫芦的容积；
（3）试估算被封闭氮气分子的个数（保留2 位有效数字）。已知
氮气在
状态下的体
积约为
，阿伏伽德罗常数
取
。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
【详解】（1）由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为
，塑料管的
横截面积为，初、末态气柱的长度分别为
，气体对外做的功为
。根据功的定义有
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解得
（2）设葫芦的容积为
，封闭气体的初、末态温度分别为
，体积分别为
，根据盖—吕萨克定
律有
联立以上各式并代入题给数据得
（3）设在
状态下，
氮气的体积为
、温度为
，封闭气体的体积为
，被封闭氮气
的分子个数为
。根据盖一吕萨克定律有
其中
联立以上各式并代入题给数据得
个
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