2021届高考物理一轮复习课后限时集训36热力学定律与能量守恒定律含解析

2021届高考物理一轮复习课后限时集训36热力学定律与能量守恒定律含解析

1 热力学定律与能量守恒定律 建议用时：45 分钟 1．(多选)(2019·达州模拟改编)下列说法正确的是( ) A．布朗运动就是分子的无规则运动 B．热力学温度是国际单位制中 7 个基本物理量之一 C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体 D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的 BC [布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动，是由液体分子的无规则 运动而引起的，不是固体分子的无规则运动，也不是液体分子的无规则运动，故 A 错误；热 力学温度是国际单位制中 7 个基本物理量之一，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到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，故 C 正确； 做功是通过能量转化的方式改变系统内能的，热传递是能量的转移，不是能量的转化，故 D 错误。] 2．(多选)(2019·东北三省四市模拟改编)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 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，在 有外界做功的条件下热传递可以逆向，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。] 3.(2019·开封高三冲刺改编)如图所示，一绝热容器被隔板 K 隔开成 a、b 两部分。已 知 a 内有一定量的稀薄气体，b 内为真空，抽开隔板 K 后，a 内气体进入 b，最终达到平衡 状态。在此过程中( ) A．气体对外界做功，内能减少 2 B．气体不做功，内能不变 C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变大，温度降低 B [由于 b 内为真空，抽开隔板 K 后，a 内气体进入 b，气体不做功，内能不变，选项 A 错误，B 正确；由于气体体积增大，温度不变，气体压强变小，选项 C、D 错误。] 4．(多选)(2019·长沙模拟改编)下列叙述中，正确的是( ) A．同一温度下，气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律 B．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映 C．第二类永动机是不可能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力 学第二定律 D．物体熔化时吸热，分子平均动能不一定增加 ACD [同一温度下，气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律，选项 A 正确； 布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，选项 B 错误；第 二类永动机是不可能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律， 选项 C 正确；物体熔化时吸热，如果温度不变，物体内分子平均动能不变，比如晶体的熔化 过程，选项 D 正确。] 5.(多选)如图所示，绝热容器被绝热隔板 K1，卡销锁住的绝热光滑活塞 K2 隔成 a、b、c 三部分，a 部分为真空，b 部分为一定质量的稀薄气体，且压强 pb0，但 Q′＝0，则ΔU′＝W′＋Q′>0，内能增加，D 错误。] 6．(多选)(2019·哈尔滨六中二次模拟改编)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 3 正确的是( ) A．A→B 过程中，气体对外界做功 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．C→D 过程中，气体放热 ACD [A→B 过程中，体积增大，气体对外界做功，故 A 正确；B→C 过程中，绝热膨胀， 气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故 B 错误；C→D 过程中， 等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故 C 正确；C→D 过程中，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放热，选项 D 正 确。] 7．(2019·郑州高三质检)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。 [解析](1)对于理想气体：A→B，由查理定律得： pA TA ＝pB TB 即 TB＝pB pA TA＝100 K， 所以 tB＝(100－273) ℃＝－173 ℃。 (2)B→C 过程由盖—吕萨克定律得：VB TB ＝VC TC ， 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： 4 Q＝ΔU－W＝pBΔV＝200 J，即气体从外界吸热 200 J。 [答案](1)－173 ℃ (2)从外界吸热 200 J 8．(多选)(2019·宿州市一质检改编)一定量的理想气体的压强 p 与热力学温度 T 的变 化图象如图所示。下列说法正确的是( ) A．A→B 的过程中，气体对外界做功，气体内能增加 B．A→B 的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量 C．B→C 的过程中，气体体积增大，对外做功 D．B→C 的过程中，气体对外界放热，内能不变 BD [从 A 到 B 的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使 得气体内能增加，故 A 错误，B 正确；从 B 到 C 的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减 小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，故 C 错误，D 正确。] 9．(多选)(2019·四川蓉城名校联考改编)一定量的理想气体从状态 a 开始，经历三个 过程 ab、bc、ca 回到原状态。其 pT 图象如图所示。下列判断正确的是( ) A．过程 ab 中气体一定吸热 B．过程 bc 中气体既不吸热也不放热 C．过程 ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．a、b 和 c 三个状态中，状态 a 分子的平均动能最小 AD [由图象可知，ab 过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气 体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体 吸收热量，故 A 正确；由图示图象可知，bc 过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强 减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可知， 气体吸热，故 B 错误；ca 过程压强不变，温度降低，体积减小，外界对气体做功 W>0，气体 温度降低，内能减少，ΔU<0，由热力学第一定律可知，外界对气体所做的功小于气体所放 热量，故 C 错误；由图象可知，a 状态温度最低，分子平均动能最小，故 D 正确。] 10.利用燃料燃烧时产生的能量对外做功的机器叫热机。热机是依靠由某些热力学过程 5 组成的特定热力学循环进行工作的。如图所示的 pV 图表示的是某一热机的循环图。一定质 量的气体(可看成理想气体)由状态 2 经过状态 1 至状态 4，气体对外做功 280 J，吸收热量 410 J；气体又从状态 4 经状态 3 回到状态 2，这一过程中外界对气体做功 200 J。求： (1)2→1→4 过程中气体的内能是增加还是减少，变化量是多少； (2)4→3→2 过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？ [解析](1)2→1→4 过程中，气体对外界做功 280 J，则 W1＝－280 J，气体吸收热量 410 J，则 Q1＝410 J 由热力学第一定律有：ΔU1＝W1＋Q1＝130 J 故在 2→1→4 的过程中气体的内能增加，增加量为 130 J。 (2)4→3→2 过程中气体内能的变化量为 ΔU2＝－ΔU1＝－130 J 由题知，此过程中外界对气体做功 200 J， 则 W2＝200 J 由热力学第一定律有：ΔU2＝W2＋Q2＝－130 J 解得 Q2＝－330 J 故在 4→3→2 的过程中气体放热， 放出的热量为 330 J。 [答案](1)增加 130 J (2)放热 330 J 11．一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的汽缸内，如图所示。活塞的质量 m＝ 20 kg，横截面积 S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置， 活塞与汽缸底的距离 L1＝12 cm，离汽缸口的距离 L2＝3 cm。汽缸内气体的初始温度为 27 ℃， 大气压强为 1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐 渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，取 g＝10 m/s2，求： (1)此时气体的温度为多少； (2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收 Q＝370 J 的热量，则气 体增加的内能ΔU 多大？ 6 [解析] (1)当汽缸水平放置时， p0＝1.0×105 Pa， V0＝L1S，T0＝(273＋27) K＝300 K 当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示，有 p1S＝p0S＋mg 则 p1＝p0＋mg S ＝1.0×105 Pa＋200 10－2 Pa＝1.2×105 Pa V1＝(L1＋L2)S 由理想气体状态方程得p0L1S T0 ＝p1L1＋L2S T1 则 T1＝p1L1＋L2 p0L1 T0＝1.2×105×15 1.0×105×12 ×300 K＝450 K。 (2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得 p0L1S＝p1LS 则 L＝p0L1 p1 ＝1.0×105×12 1.2×105 cm＝10 cm 加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为 W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)＝－60 J 根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q 得ΔU＝310 J。 [答案](1)450 K (2)310 J