2020届高考物理一轮复习 第13章 热学 第三节 热力学定律与能量守恒达标诊断高效训练

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2020届高考物理一轮复习 第13章 热学 第三节 热力学定律与能量守恒达标诊断高效训练

第三节 热力学定律与能量守恒 ‎                                 ‎ ‎ (建议用时:60分钟)‎ 一、选择题 ‎1.(2018·洛阳检测)下列说法正确的是(  )‎ A.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,故液体表面存在张力 B.悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动,这种运动是分子热运动 C.把很多小的单晶体放在一起,就变成了非晶体 D.第二类永动机没有违反能量守恒定律 E.绝对零度不可达到 解析:选ADE.通常,处于液体表面层的分子较为稀疏,其分子间距较大,液体分子之间的合力表现为平行于液体界面的引力,故A正确;悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动,这种运动是布朗运动,故B错误;把很多小的单晶体放在一起,仍是晶体,故C错误;第二类永动机没有违反能量守恒定律,但是违背了热力学第二定律,故D正确;因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失,所以绝对零度是不存在的,故E正确.‎ ‎2.(2016·高考全国卷Ⅰ)关于热力学定律,下列说法正确的是(  )‎ A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 解析:选BDE.根据热力学第一定律,气体吸热的同时若对外做功,则内能不一定增大,温度不一定升高,选项A错误.对气体做功可以改变其内能,选项B正确.理想气体等压膨胀过程,对外做功,由理想气体状态方程可知,气体温度升高,内能增大,故气体一定吸热,选项C错误.根据热力学第二定律,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,选项D正确.根据热平衡定律,如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡,选项E正确.‎ ‎3.如图所示,汽缸和活塞与外界均无热交换,中间有一个固定的导热性良好的隔板,封闭着两部分气体A和B,活塞处于静止平衡状态.现通过电热丝对气体A加热一段时间,后来活塞达到新的平衡,不计气体分子势能,‎ 5‎ 不计活塞与汽缸壁间的摩擦,大气压强保持不变,则下列判断正确的是(  )‎ A.气体A吸热,内能增加 B.气体B吸热,对外做功,内能不变 C.气体A分子的平均动能增大 D.气体A和气体B内每个分子的动能都增大 E.气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少 解析:选ACE.气体A进行等容变化,则W=0,根据ΔU=W+Q可知气体A吸收热量,内能增加,温度升高,气体A分子的平均动能变大,但是不是每个分子的动能都增加,选项A、C正确,D错误;因为中间是导热隔板,所以气体B吸收热量,温度升高,内能增加;又因为压强不变,故体积变大,气体对外做功,选项B错误;气体B的压强不变,但是体积增大,平均动能增大,所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少,选项E正确.‎ ‎4.(2018·济南模拟)下列说法正确的是(  )‎ A.单晶体冰糖磨碎后熔点不会发生变化 B.足球充足气后很难压缩,是足球内气体分子间斥力作用的结果 C.一定质量的理想气体经过等容过程,吸收热量,其内能一定增加 D.自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E.一定质量的理想气体体积保持不变,单位体积内分子数不变,温度升高,单位时间内撞击单位面积上的分子数不变 解析:选ACD.单晶体冰糖有固定的熔点,磨碎后物质微粒排列结构不变,熔点不变,A正确;足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因,与气体的分子之间的作用力无关,B错误;一定质量的理想气体经过等容过程,吸收热量,没有对外做功,根据热力学第一定律可知,其内能一定增加,故C正确;根据热力学第二定律可知,自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,故D正确;一定质量的理想气体体积保持不变,单位体积内分子数不变,温度升高,分子的平均动能增大,则平均速率增大,单位时间内撞击单位面积上的分子数增多,E错误.‎ ‎5.(2018·广东揭阳模拟)下列叙述中正确的是(  )‎ A.已知水的摩尔质量和水分子的质量,可以计算出阿伏加德罗常数 B.布朗运动就是分子的无规则运动 C.对理想气体做功,内能不一定增加 D.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大 E.用活塞压缩汽缸内的理想气体,对气体做了3.0×105 J的功,同时气体向外界放出1.5×105 J的热量,则气体内能增加了1.5×105 J 解析:选ACE.阿伏加德罗常数等于水的摩尔质量除以水分子的质量,A 5‎ 正确;布朗运动是固体小颗粒的无规则运动,B错误;对理想气体做功,气体可能向外界放出热量,内能不一定增加,C正确;分子间距离从0到无穷远,分子间的相互作用力先减小后增大,分子间原来距离不确定,相互作用力的变化不确定,D错误;根据ΔU=W+Q,气体内能增加了1.5×105 J,E正确.‎ ‎6.(2018·文昌模拟)关于分子动理论和热力学定律,下列说法正确的是(  )‎ A.空气相对湿度越大时,水蒸发越慢 B.物体的温度越高,分子平均动能越大 C.第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律 D.空调制冷,是人为的使热量由低温处传到高温处,所以违背了热力学第二定律 E.一定质量的理想气体压强不变,温度升高时吸收的热量一定大于内能的增加量 解析:选ABE.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近饱和汽压,水蒸发越慢,故A正确;温度是分子的平均动能的标志,物体的温度越高,分子平均动能越大,故B正确;第二类永动机虽然不违反能量守恒定律,但它违背了热力学第二定律,所以制造不出来,故C错误;空调制冷,是人为的使热量由低温处传到高温处,符合热力学第二定律的内容,故D错误;一定质量的理想气体压强不变,温度升高时体积增大,对外做功,因内能增大,故吸收的热量一定大于内能的增加量,故E正确.‎ ‎7.(2018·湖北襄阳四中周考)下列对热力学定律的理解正确的是(  )‎ A.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功 B.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和热传递一定会改变内能 C.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 D.如果物体从外界吸收了热量,则物体的内能可能减少 解析:选ACD.在引起其他变化的情况下,从单一热源吸收热量可以将其全部变为功,A正确;由热力学第一定律可知,当W≠0,Q≠0时,ΔU=W+Q,可以等于0,B错误;空调机在制冷过程中消耗了电能,总体上是放出热量,C正确;物体从外界吸收热量,可能同时对外做功,如果对外做的功大于从外界吸收的热量,则物体的内能减少,D正确.‎ ‎8.夏天,小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候,会觉得从轮胎里喷出的气体凉,如果把轮胎里的气体视为理想气体,则关于气体喷出的过程,下列说法正确的是(  )‎ A.气体的内能减少 B.气体的内能不变 C.气体来不及与外界发生热交换,对外做功,温度降低 D.气体膨胀时,热量散得太快,使气体温度降低了 E.气体分子的平均动能减小 解析:选ACE.气体喷出时,来不及与外界交换热量,发生绝热膨胀,Q=0,对外做功,‎ 5‎ 热力学第一定律的表达式为W+Q=ΔU,内能减少,温度降低,温度是分子平均动能的标志,则A、C、E正确.‎ 二、非选择题 ‎9.(2018·郑州质量预测)如图所示,导热性能良好的汽缸开口向上,用轻质活塞封闭有体积为V0的理想气体,外界大气压强为p0,环境温度为T0,轻质活塞横截面积为S,与汽缸之间的摩擦不计.现在活塞上面放一质量为m的物块,活塞缓慢下移,并最终静止在某一位置.重力加速度为g.求: ‎ ‎(1)活塞静止时,离汽缸底端的距离是多少?‎ ‎(2)如果拿掉物块,要保持活塞位置不变,环境温度需要改变到多少?汽缸吸热还是放热?‎ 解析:(1)放上物块并稳定后,由平衡条件得 pS=p0S+mg 达到稳定过程,根据玻意耳定律得p0V0=pSx 解得x=.‎ ‎(2)拿掉物块后的稳定过程,根据查理定律得= 解得T= 理想气体温度降低,根据热力学第一定律ΔU=Q+W知,气体向外放热.‎ 答案:(1) (2) 气体向外放热 ‎10.(2018·潍坊模拟)如图所示在绝热汽缸内,有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体,开始时缸内气体温度为‎27 ℃‎,封闭气柱长为‎9 cm,活塞横截面积S=‎50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间,此过程中气体吸热22 J,稳定后气体温度变为‎127 ℃‎.已知大气压强等于105 Pa,活塞与汽缸间无摩擦,求:‎ ‎(1)加热后活塞到汽缸底部的距离;‎ ‎(2)此过程中气体内能改变了多少.‎ 解析:(1)取被封闭的气体为研究对象,开始时气体的体积为L1S,温度为:T1=(273+27) K=300 K,‎ 末状态的体积为:L2S,温度为:T2=(273+127)K=400 K 气体做等压变化,则:= 代入数据得:L2=‎12 cm.‎ ‎(2)在该过程中,气体对外做功:W=F·ΔL=p0S(L2-L1)=105×50×10-4×(12-9)×10-2‎ 5‎ ‎ J=15 J,‎ 由热力学第一定律:ΔU=Q-W=22 J-15 J=7 J.‎ 答案:(1)‎12 cm (2)7 J ‎11.(2018·大庆模拟)如图所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再由状态B变化到状态C.已知状态A的温度为300 K.‎ ‎(1)求气体在状态B的温度;‎ ‎(2)由状态B变化到状态C的过程中,气体是吸热还是放热?简要说明理由.‎ 解析:(1)由题图知pA=0.5 atm,pB=1.0 atm,VA=‎1 m3‎,VB=‎2 m3‎,‎ 由=得,气体在状态B的温度 TB== K=1 200 K.‎ ‎(2)由状态B到状态C,气体做等容变化,由查理定律得 =,则TC=TB=600 K 气体由状态B到状态C为等容变化,不做功,但温度降低,内能减少,由热力学第一定律ΔU=W+Q,ΔU<0,‎ W=0,故Q<0,可知气体放热.‎ 答案:(1)1 200 K (2)放热 理由见解析 5‎
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