【物理】2020届一轮复习人教版热力学定律与能量守恒课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版热力学定律与能量守恒课时作业

‎2020届一轮复习人教版 热力学定律与能量守恒 课时作业 一、选择题 ‎1.如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac则(　　)‎ A．Tb＞Tc，Qab＞Qac　　　　　 B．Tb＞Tc，Qab＜Qac C．Tb＝Tc，Qab＞Qac D．Tb＝Tc，Qab＜Qac 解析：C　由理想气体状态方程可知＝＝，即＝，得Tc＝Tb，则气体在b、c状态内能相等，因a到b和a到c的ΔU相同；而a到c过程中气体发生等容变化，由查理定律得：＝得Tc＝2Ta，所以Tb＝Tc.‎ 由热力学第一定律得a→b：‎ Wab＋Qab＝ΔUab a→c：Wac＋Qac＝ΔUac 又Wab<0，Wac＝0，ΔUab＝ΔUac>0则有Qab>Qac，故C项正确．‎ ‎2．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　)‎ A．外界对胎内气体做功，气体内能减小 B．外界对胎内气体做功，气体内能增大 C．胎内气体对外界做功，内能减小 D．胎内气体对外界做功，内能增大 解析：D　以胎内气体为研究对象，由于气体温度升高，内能增大，体积增大，胎内气体对外做功，故D正确．‎ ‎3．(多选)(2018·长沙模拟)关于第二类永动机，下列说法中正确的是(　　)‎ A．第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机 B．第二类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成 D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能 E．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化 解析：ACE　由第二类永动机的定义知，A正确；第二类永动机违背了热力学第二定律，故B错误，C正确；机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，故E正确，D错误．‎ ‎4．(多选)(2018·石家庄模拟)下列说法中正确的是(　　)‎ A．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 B．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，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．其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小 C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向 D．自发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．随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机 解析：BCD　相互间达到热平衡的两物体的温度相同，内能不一定相等，故A错误；火罐内气体压强小于大气压强，所以火罐能“吸”在皮肤上，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，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；根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为100%的热机，故E错误．‎ ‎5．(多选)(2018·沧州模拟)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象，正确的说法是(　　)‎ A．这一实验过程不违反能量守恒定律 B．这一实验过程不违反热力学第二定律 C．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温 D．在实验过程中，热水内能全部转化为电能，电能则部分转化为冷水的内能 E．在实验过程中，热水的内能只有部分转化为电能，电能则全部转化为冷水的内能 解析：ABC　‎ 该实验过程遵守能量守恒定律，A正确；温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于100%，不违反热力学第二定律．热水温度降低，冷水温度升高，故选项B、C正确，选项D、E错误．‎ ‎6．(多选)关于物体的内能，以下说法中正确的是(　　)‎ A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少 C．物体体积改变，内能可能不变 D．不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功 E．质量相同的‎0 ℃‎的水的内能比‎0 ℃‎的冰的内能大 解析：BCE　物体吸收热量，若同时对外做功，其内能可能减少，选项A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，选项B正确；物体体积改变，例如理想气体体积改变，只要温度不变，其内能不变，选项C正确；可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他变化，选项D错误；‎0 ℃‎的水变成‎0 ℃‎的冰需要放出热量，故质量相同的‎0 ℃‎的水的内能比‎0 ℃‎的冰的内能大，选项E正确．‎ ‎7.(多选)(2018·四川诊断)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是(　　)‎ A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金从热水中吸收的热量 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 E．叶片在热水中吸收的热量一定大于水和转轮获得的动能 解析：BDE　根据能量守恒定律知，形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功．故A错误，B正确．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，也一定大于水和转轮获得的动能．故D、E正确．‎ ‎8.(多选)(2016·全国卷Ⅱ)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是(　　)‎ A．气体在a、c两状态的体积相等 B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 解析：ABE　由＝k可知，P－T图像中过原点的一条倾斜的直线是等容线，A项正确；气体从状态c到状态d的过程温度不变，内能不变，从状态d到状态a的过程温度升高，内能增加，B项正确；由于过程cd中气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外放出的热量等于外界对气体做的功，C项错误；在过程da中气体内能增加，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，D项错误；过程bc中，外界对气体做的功Wbc＝pb(Vb－Vc)＝pbVb－pcVc，过程da中气体对外界做的功Wda＝pd(Va－Vd)＝paVa－pdVd，由于pbVb＝paVa，pcVc＝pdVd，因此过程bc中外界对气体做的功与过程da中气体对外界做的功相等，E项正确．‎ 二、计算题 ‎9．一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：‎ ‎(1)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？‎ ‎(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？‎ 解析：(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J.‎ ‎(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.‎ 答案：(1)增加　160 J ‎(2)外界对气体做功　80 J ‎10.一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为300 K，求：‎ ‎(1)气体在状态C时温度TC.‎ ‎(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？‎ 解析：(1)D→A为等温线，则TA＝TD＝300 K，C到D过程由盖－吕萨克定律得：＝ 所以TC＝375 K.‎ ‎(2)A→B过程压强不变，由：W＝－pΔV＝－2×105×3×10－3 J＝－600 J 由热力学第一定律，得：ΔU＝Q＋W＝1 000 J－600 J＝400 J 则气体内能增加，增加了400 J.‎ 答案：(1)375 K　(2)气体内能增加　400 J ‎11．如图所示，A，B两个汽缸中装有体积均为‎10 L，压强均为1 atm(标准大气压)、温度均为‎27 ℃‎的空气，中间用细管连接，细管容积不计．细管中有一绝热活塞，现将B汽缸中的气体升温到‎127 ℃‎，若要使细管中的活塞仍停在原位置．(不计摩擦，A汽缸中的气体温度保持不变，A汽缸截面积为‎500 cm2)‎ ‎(1)求A中活塞应向右移动的距离．‎ ‎(2)A中气体是吸热还是放热，为什么？‎ 解析：(1)对B：由＝得 pB′＝pB＝pB＝pB 对A：由pAVA＝pA′VA′‎ 得VA′＝ 且：pA＝pB，pA′＝pB′‎ 解得VA′＝VA 所以Δl＝＝‎‎5 cm ‎(2)放热，在向右推活塞过程中，A中气体温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体应放热．‎ 答案：(1)‎5 cm　(2)见解析 ‎12.一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示．A状态的压强为1×105 Pa，求：‎ ‎(1)B状态的温度；‎ ‎(2)完成一个循环，气体与外界交换的热量．‎ 解析：(1)理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变，根据盖－吕萨克定律有＝ 代入数据解得TB＝600 K ‎(2)理想气体从A状态到B状态的过程中，外界对气体做的功W1＝－pA(VB－VA)＝－100 J 气体从B状态到C状态的过程中，体积保持不变，根据查理定律有＝ 解得pC＝2.5×105 Pa，从C状态到D状态的过程中，外界对气体做功W2＝pC(VB－VA)＝250 J 一次循环过程中外界对气体所做的总功W＝W1＋W2＝150 J 理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内能不变．根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q 解得Q＝－150 J，故完成一个循环，气体放出的热量为150 J 答案：(1)600 K　(2)150 J