高考物理一轮复习练习热力学定律与能量守恒解析含答案

高考物理一轮复习练习热力学定律与能量守恒解析含答案

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板块三 限时规范特训 ‎　　时间：45分钟　满分：100分 一、选择题(本题共12小题，每小题6分，共72分。其中1～4为单选，5～12为多选)‎ ‎1．如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中的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反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 答案　B 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或内能转移的规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，C错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助。电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗了电能，B正确，A、D错误。‎ ‎2．已知理想气体的内能与温度成正比，如下图所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能(　　)‎ A．先增大后减小 B．先减小后增大 C．单调变化 D．保持不变 答案　B 解析　由理想气体状态方程＝C得T＝，即气体的温度T与压强p和体积V的乘积成正比，从1→2的过程，对比等温变化的图线，V相同时，与等温线上p的差值先增大后减小，而等温线上pV的值不变，故理想气体由状态1到2的过程中，压强与体积的乘积先减小后增大，即气体的温度先降低后升高，而一定质量的理想气体内能完全由温度来决定，所以缸内气体的内能先减小后增大，B正确。‎ ‎3.如图，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时，下列关于缸内气体说法正确的是(　　)‎ A．内能减少 B．对外做功 C．压强增大 D．分子间的引力和斥力都增大 答案　B 解析　因汽缸导热良好，故环境温度升高时封闭气体温度也升高，而一定质量的理想气体内能只与温度有关，故封闭气体内能增大，A错误。因汽缸内壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸内气体的压强p＝p0＋不变，C错误。由盖—吕萨克定律＝C可知，气体温度升高，体积增大，对外做功，B正确。理想气体分子间除碰撞瞬间外无相互作用力，D错误。‎ ‎4．如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体(　　)‎ A．温度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加 答案　C 解析　在压力F作用下，活塞缓慢向下移动，外界对气体做功，而容器是绝热的，没有热交换，所以封闭的理想气体内能增加，故温度升高，又体积减小，所以压强增大，C正确。‎ ‎5．[2017·湖南邵阳二模]热学现象在生活中无处不在，下列与此有关的分析正确的是(　　)‎ A．固体很难被压缩是因为分子之间有斥力 B．物体吸收热量，其内能一定增加 C．温度高的物体，其内能一定大 D．气体在对外做功的过程中，其内能可能增加 E．中午闻到食堂炒菜的香味是因为分子的运动 答案　ADE 解析　固体很难被压缩是因为分子之间有斥力，A正确；物体吸收热量时如果同时对外做功，其内能不一定增加，B错误；内能大小取决于温度、体积和物质的量，故温度高的物体，其内能不一定大，C错误；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，气体在对外做功的过程中，如果同时吸热，且吸热大于做功，则其内能可能增加，D正确；根据分子动理论可知E正确。‎ ‎6.如图为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L水，上部密封1 atm的空气0.5 L，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 L，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，外界大气压为1 atm，下列说法正确的有(　　)‎ A．充气后，密封气体压强增加 B．充气后，密封气体分子的平均动能增加 C．打开阀门后，密封气体对外界做正功 D．打开阀门后，不再充气也能把水喷光 答案　AC 解析　当V、T不变时，增加气体，从气体压强的微观角度理解可知，p增大，A正确；密封气体的温度不变，密封气体分子的平均动能就不变，B错误；充气后，密封气体压强大于外界大气压强，故打开阀门后，密封气体就会压水把水喷出，显然密封气体对外界做正功，C正确；打开阀门后，密封气体压水把水喷出，气体体积变大，压强变小，当密封气体压强与装置内剩余水的压强之和与外界大气压强相等的时候，就不再喷水了，因此不再充气时不能把水喷光，D错误。‎ ‎7．[2018·河北衡水模拟]下列说法正确的是(　　)‎ A．温度升高，分子热运动的平均动能增大，但并非每个分子的速率都增大 B．物体吸收热量时其内能不一定增大 C．对于一定量的理想气体，在分子平均动能不变时，分子间的平均距离减小则压强也减小 D．温度越高的理想气体，分子运动越剧烈，因此其内能大于温度低的理想气体 E．一定量的理想气体在某过程中从外界吸热2.5×104 J，并对外界做功1.0×104 J，则气体的温度升高，密度减小 答案　ABE 解析　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，分子热运动加剧，但有些分子的速率可能还会减小，A正确；做功和热传递都可以改变物体的内能，物体吸收热量时若同时对外做功，且对外做的功大于吸收的热量时，则其内能减小，B正确；一定量的理想气体，分子平均动能不变时，分子间平均距离减小，则体积减小，分子的密集程度增大，故气体的压强增大，C错误；内能是组成物质的所有分子的分子动能和分子势能之和，温度越高的气体，分子运动越剧烈，分子平均动能越大，理想气体没有分子势能，但还与气体的物质的量有关，故不能确定谁的内能大，D错误；由ΔU＝W＋Q，可知ΔU＝1.5×104 J，即气体内能增加，温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小，E正确。‎ ‎8．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是(　　)‎ A．保持气体的压强不变，改变其温度，可以实现其内能不变 B．若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变 C．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 D．当气体体积逐渐增大时，气体的内能一定减小 答案　BC 解析　一定质量的理想气体的内能仅决定于温度，A错误；一定质量的理想气体可以经历等压膨胀的过程，温度升高，压强不变，B正确；功和热传递都可以改变气体的内能，做功和热传递使气体温度升高1 K，气体吸收的热量不同，故C正确；气体体积增大时，温度可能不变，可能升高，也可能降低，D错误。‎ ‎9．[2017·广东佛山模拟]关于热现象和热学规律，下列说法正确的是(　　)‎ A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积 B．气体温度升高，分子的平均动能一定增大 C．温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动越明显 D．一定温度下，同一液体的饱和汽的压强是一定的 E．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 答案　BCD 解析　知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可以算出每个气体分子占据的空间，但不能算出气体分子体积(分子间隙大)，A错误；温度是分子平均动能的标志，故气体温度升高，分子的平均动能一定增大，B正确；温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动就越明显，C正确；同一液体的饱和汽压只与温度有关，所以一定温度下，同一液体的饱和汽的压强是一定的，D正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，E错误。‎ ‎10.封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T的变化关系如图所示，该气体的摩尔质量为M，状态A的体积为V0，温度为T0，O、A、D三点在同一直线上，阿伏加德罗常数为NA。‎ 由状态A变到状态D过程中(　　)‎ A．气体从外界吸收热量，内能增加 B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少 C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大 D．气体的密度不变 答案　AB 解析　由状态A到状态D，温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，由热力学第一定律知，气体一定从外界吸收热量，A正确；气体温度升高，分子平均动能增大，压强不变，故单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少，B正确；温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都会增大，C错误；气体质量不变，体积增大了，所以气体的密度减小，D错误。‎ ‎11．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．A→B过程中，外界对气体做功 B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大 C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化 答案　CD 解析　A→B体积增大，气体对外做功，A错误；B→C体积增大，气体对外做功，W<0、Q＝0，由热力学第一定律，ΔU＝W＋Q知内能减少，温度降低，分子平均动能减小，B错误；C→D，T不变，分子平均动能不变，V减小，p增大，C正确；D→A，V减小，外界对气体做功，W>0，Q＝0，ΔU>0，T增大，气体分子平均速率增大，速率分布曲线发生变化，D正确。‎ ‎12．[2017·哈尔滨第三中学模拟]下列关于分子运动和热现象的说法正确的是(　　)‎ A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故 B．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加 C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热 D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大 E．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和 答案　BCE 解析　气体分子间距越大，分子间的分子力越小，分子永不停息地做无规则运动，所以气体如果失去了容器的约束就会散开，A错误；一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，内能增加，分子平均动能不变，分子势能增加，B正确；由 ‎＝C可知，对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大则温度升高，体积增大对外做功，温度升高则内能增大，根据热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量，C正确；气体分子总数不变，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但不知气体体积的变化情况，因此压强不一定增大，D错误；一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，E正确。‎ 二、非选择题(本题共3小题，共28分)‎ ‎13．(8分)如下图所示，一环形玻璃管放在水平面内，管内封闭有一定质量的理想气体，一固定的活塞C和一能自由移动的活塞A将管内的气体分成体积相等的两部分Ⅰ、Ⅱ。现保持气体Ⅱ的温度不变为T0＝300 K，对气体Ⅰ缓慢加热至T＝500 K，求此时气体Ⅰ、Ⅱ的体积之比。(活塞绝热且不计体积)‎ 答案　5∶3‎ 解析　设环形玻璃管内Ⅰ、Ⅱ两部分的初始体积为V0，加热前后两部分气体的压强分别为p0、p，Ⅰ中气体体积的增加量为ΔV，由理想气体状态方程，对Ⅰ中气体有＝，由玻意耳定律，对Ⅱ中气体有p0V0＝p(V0－ΔV)，代入数据，解得ΔV＝，‎ 故此时气体Ⅰ、Ⅱ的体积之比为＝。‎ ‎14．(10分)如图所示，透热的汽缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量M＝200 kg，活塞质量m＝10 kg，活塞横截面积S＝100 cm2。活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。此时，缸内气体的温度为27 ℃，活塞位于汽缸正中，整个装置都静止。已知大气压恒为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度为g＝10 m/s2。求：‎ ‎(1)汽缸内气体的压强p1；‎ ‎(2)汽缸内气体的温度升高到多少时，活塞恰好会静止在汽缸缸口AB处？此过程中汽缸内的气体是吸热还是放热？‎ 答案　(1)3.0×105 Pa　(2)327 ℃　吸热 解析　(1)以汽缸为研究对象，受力分析如图所示：‎ 列平衡方程：Mg＋p0S＝p1S，‎ 解得：p1＝＝＋1.0×105 Pa＝3.0×105 Pa。‎ ‎(2)设缸内气体温度升到t2时，活塞恰好会静止在汽缸口。‎ 该过程是等压变化过程，由盖—吕萨克定律得：‎ ＝，＝，‎ 解得t2＝327 ℃，‎ 气体体积增大，对外做功，同时温度升高内能增大，所以透热的汽缸一定从外界吸收热量。‎ ‎15.[2017·郑州高三质检](10分)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。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃，求：‎ ‎(1)该气体在状态B时的温度；‎ ‎(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。‎ 答案　(1)－173 ℃　(2)200 J 解析　(1)对于理想气体：A→B，‎ 由查理定律得：＝，‎ 即：TB＝TA＝100 K，‎ 所以：tB＝T－273 ℃＝－173 ℃。‎ ‎(2)B→C过程由盖—吕萨克定律得：＝，‎ 解得：TC＝300 K，所以：tC＝27 ℃，‎ A、C温度相等，ΔU＝0‎ A→C的过程，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：‎ Q＝ΔU－W＝pBΔVBC＝1×105 Pa×(3×10－3 m3－1×10－3 m3)＝200 J，即气体从外界吸热200 J。‎