2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒定律課時(shí)作業(yè)（含解析）

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1、熱力學(xué)定律與能量守恒定律 一、選擇題 1．(2019·河北唐山模擬)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A．第二類永動機(jī)違反能量守恒定律，因此不可能制成 B．效率為100%的熱機(jī)是不可能制成的 C．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 D．從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣κ翘岣邫C(jī)械效率的常用手段 E．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能也不一定增加 解析：第二類永動機(jī)不可能制成，是因它違反了熱力學(xué)第二定律，故A錯(cuò)誤；效率為100%的熱機(jī)是不可能制成的，故B正確；電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，故C正確；從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?/p>

2、而不引起其他變化是不可能實(shí)現(xiàn)的，它不是提高機(jī)械效率的常用手段，故D錯(cuò)誤；改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，吸收了熱量的物體，其內(nèi)能也不一定增加，E正確． 答案：BCE 2．(2019·吉林長春質(zhì)檢)下列各說法正確的是(　　) A．氣體擴(kuò)散現(xiàn)象表明氣體分子間存在斥力 B．對于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動能越大 C．熱量總是自發(fā)地從分子平均動能大的物體傳遞到分子平均動能小的物體 D．用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體，對氣體做了3.0×105 J的功，同時(shí)氣體向外界放出1.5×105 J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5×105 J E．飽和汽壓與分子密度有關(guān)，與溫度無關(guān) 解析：氣體擴(kuò)散現(xiàn)象

3、表明氣體分子在做無規(guī)則運(yùn)動，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于溫度是分子平均動能的標(biāo)志，故對于同一理想氣體，溫度越高，分子平均動能越大，選項(xiàng)B正確；分子的平均動能大，則說明物體的溫度高，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，選項(xiàng)C正確；用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對氣體做了3.0×105 J的功，同時(shí)氣體向外界放出1.5×105 J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5×105 J，選項(xiàng)D正確；飽和汽壓與溫度有關(guān)，且隨著溫度的升高而增大，選項(xiàng)E錯(cuò)誤． 答案：BCD 3．下列對熱學(xué)相關(guān)知識的判斷中正確的是(　　) A．對一定質(zhì)量的氣體加熱，其內(nèi)能一定增大 B．物體溫度升高時(shí)，物體內(nèi)的每個(gè)分子

4、的速率都將增大 C．對一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)它的壓強(qiáng)、體積都增大時(shí)，其內(nèi)能一定增大 D．功轉(zhuǎn)化為熱的實(shí)際宏觀過程是不可逆過程 E．自然界中的能量雖然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要節(jié)約能源 解析：氣體內(nèi)能變化由做功和熱傳遞共同決定，A錯(cuò)誤；溫度升高，分子的平均動能增大，部分分子速率也會減小，B錯(cuò)誤；理想氣體壓強(qiáng)和體積增大，溫度一定增大，內(nèi)能一定增大，C正確；一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都是不可逆的，D正確；自然界中的能量在數(shù)量上是守恒的，但能量在轉(zhuǎn)化過程中，品質(zhì)逐漸降低，可利用的能量在逐漸減少，故要節(jié)約能源，E正確． 答案：CDE 4．關(guān)于熱力學(xué)定律，以下說法正確的是

5、(　　) A．熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造和消滅能量的可能性，告訴我們第一類永動機(jī)不可能制成 B．熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都具有方向性，告訴我們第二類永動機(jī)不可能制成 C．做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)最后的結(jié)果可以區(qū)分是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的 D．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，熱力學(xué)第二定律指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故二者是相互矛盾的 E．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律分別從不同的角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ) 解析：做功和熱

6、傳遞都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)最后的結(jié)果無法判斷是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，熱力學(xué)第二定律則指出了能量轉(zhuǎn)化的方向性，二者并不矛盾，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：ABE 5．關(guān)于物體的內(nèi)能，以下說法中正確的是(　　) A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大 B．物體放出熱量，同時(shí)對外做功，內(nèi)能一定減少 C．物體體積改變，內(nèi)能可能不變 D．不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? E．質(zhì)量相同的0 ℃的水的內(nèi)能比0 ℃的冰的內(nèi)能大 解析：物體吸收熱量，若同時(shí)對外做功，其內(nèi)能可能減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體放出熱量，同時(shí)對外做

7、功，內(nèi)能一定減少，選項(xiàng)B正確；物體體積改變，例如理想氣體體積改變，只要溫度不變，其內(nèi)能不變，選項(xiàng)C正確；可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，但是會引起其他變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；0 ℃的水變成0 ℃的冰需要放出熱量，故質(zhì)量相同的0 ℃的水的內(nèi)能比0 ℃的冰的內(nèi)能大，選項(xiàng)E正確． 答案：BCE 6．(2019·廣西桂林模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其V-T圖象如圖所示，pa、pb、pc分別表示狀態(tài)a、b、c的壓強(qiáng)，下列判斷正確的是(　　) A．過程ab中氣體一定吸熱 B．pc＝pb>pa C．過程bc中分子勢能不斷增大 D．過程bc中

8、每一個(gè)分子的速率都減小 E．過程ca中氣體吸收的熱量等于對外界做的功 解析：由題圖知，該理想氣體從a到b為等容變化，外界對氣體做功為零，溫度升高，內(nèi)能增大，根據(jù)ΔU＝Q＋W，可知?dú)怏w一定吸熱，選項(xiàng)A正確；從b到c為等壓變化，故pc＝pb，而從a到b為等容變化，根據(jù)查理定律p＝CT，可知溫度升高，壓強(qiáng)變大，故pb>pa，選項(xiàng)B正確；理想氣體沒有分子勢能，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；從b到c，溫度降低，分子的平均動能降低，平均速率減小，但不是每一個(gè)分子的速率都減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；從c到a，氣體發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，氣體對外界做功，吸收熱量，根據(jù)ΔU＝Q＋W可知，氣體吸收的熱量等于對外界做的功，選項(xiàng)E正確．

9、答案：ABE 7．(2018·高考全國卷Ⅰ)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e.對此氣體，下列說法正確的是(　　) A．過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小 B．過程②中氣體對外界做正功 C．過程④中氣體從外界吸收了熱量 D．狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E．狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小 解析：由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，pb>pa，即過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于過程②中氣體體積增大，所以過程②中氣體對外做功，選項(xiàng)B正確；過程④中氣體體積不變，氣體對外做功為零，溫度降低，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，過程④中氣體放出熱量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于狀

10、態(tài)c、d的溫度相等，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等，選項(xiàng)D正確；由b到c的過程，作過狀態(tài)b、c的等壓線，分析可得pb>pc，由c到d的過程，溫度不變，Vcpd，所以pb>pc>pd，選項(xiàng)E正確． 答案：BDE 二、非選擇題 8．如圖所示，圓柱形容器內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，已知容器橫截面積為S，活塞重為G，大氣壓強(qiáng)為p0.若活塞固定，封閉氣體溫度升高1 ℃，需吸收的熱量為Q1；若活塞不固定，仍使封閉氣體溫度升高1 ℃，需吸收的熱量為Q2.不計(jì)一切摩擦，在活塞可自由移動時(shí)，封閉氣體溫度升高1 ℃，活塞上升的高度h應(yīng)為多少？ 解析：活塞固定

11、時(shí)，由熱力學(xué)第一定律，氣體增加的內(nèi)能ΔU＝Q1，活塞不固定時(shí)，設(shè)外界對氣體做功為W，活塞上升的高度為h，則 ΔU＝Q2＋W＝Q2－(p0Sh＋Gh) 故h＝. 答案： 9．(2019·湖北黃岡高三適應(yīng)性考試)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從A狀態(tài)經(jīng)過一系列的變化，最終回到A狀態(tài)，已知A狀態(tài)的溫度為27 ℃，求C狀態(tài)的溫度以及全過程中氣體吸(放)熱量． 解析：氣體由A到B過程： 初狀態(tài)：pA＝1×105 Pa，TA＝300 K，VA＝10 L 末狀態(tài)：pB＝2×105 Pa，VB＝20 L 由理想氣體狀態(tài)方程得＝ 可得TB＝1 200 K B到C過程為等容變化，有＝ 可得

12、TC＝2 400 K tC＝(2 400－273) ℃＝2 127 ℃ 整個(gè)過程中氣體溫度不變，即ΔU＝Q＋W＝0 由p-V圖象可知外界對氣體做的功等于A、B、C、D四點(diǎn)所組成的四邊形的面積，由幾何知識知W＝1.5×103 J 則Q＝－1.5×103 J，即氣體放出熱量為1.5×103 J 答案：2 127 ℃　氣體放出熱量為1.5×103 J 10．將如圖所示的裝置的右端部分汽缸B置于溫度始終保持不變的環(huán)境中，絕熱汽缸A和導(dǎo)熱汽缸B均固定在地面上，由剛性桿連接的絕熱活塞與兩汽缸間均無摩擦，開始時(shí)兩形狀相同的長方體汽缸內(nèi)裝有理想氣體，壓強(qiáng)均為p0、體積均為V0、溫度均為T0，緩慢加

13、熱A中氣體，使汽缸A的溫度升高到1.5T0，穩(wěn)定后，求： (1)汽缸A中氣體的壓強(qiáng)pA以及汽缸B中氣體的體積VB； (2)此過程中B中氣體吸熱還是放熱？試分析說明． 解析：(1)因?yàn)榇藭r(shí)活塞處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件可知pA＝pB，選汽缸A中氣體為研究對象，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得p0V0·＝pAVA·， 選汽缸B中氣體為研究對象，根據(jù)玻意耳定律得p0V0＝pBVB， 又因?yàn)?V0＝VA＋VB， 聯(lián)立得pA＝pB＝1.25p0，VB＝0.8V0. (2)因?yàn)锽中氣體溫度不變，所以內(nèi)能不變，活塞對B中氣體做正功，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w放熱． 答案：(1)1.25p0　0.8V

14、0　(2)見解析 11．(2019·山東青島高三質(zhì)檢)如圖所示，一根兩端開口、橫截面積為S＝2 cm2足夠長的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定(插入水銀槽中的部分足夠深)．管中有一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的光滑活塞，活塞下封閉著長L＝21 cm的氣柱，氣體的溫度為t1＝7 ℃，外界大氣壓取p0＝1.0×105 Pa(相當(dāng)于75 cm高的汞柱的壓強(qiáng))．g取10 m/s2. (1)若在活塞上放一個(gè)質(zhì)量為m＝0.1 kg的砝碼，保持氣體的溫度t1不變，則平衡后氣柱為多長？ (2)若保持砝碼的質(zhì)量不變，對氣體加熱，使其溫度升高到t2＝77 ℃，此時(shí)氣柱為多長？ (3)若在(2)過程中，氣體吸收的熱量為10

15、J，則氣體的內(nèi)能增加多少？ 解析：(1)被封閉氣體的初狀態(tài)：p1＝p0＝1.0×105 Pa，V1＝LS＝42 cm3，T1＝280 K 末狀態(tài)：p2＝p0＋＝1.05×105 Pa，V2＝L2S，T2＝T1＝280 K 根據(jù)玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2 得L2＝L＝20 cm. (2)對氣體加熱過程中，氣體的壓強(qiáng)不變 p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350 K 根據(jù)蓋—呂薩克定律，有＝，即＝ 得L3＝L2＝25 cm. (3)氣體對外做的功 W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律得 ΔU＝－W＋Q＝－1.05 J＋10 J＝8.95 J 即氣體的內(nèi)能增加8.95 J. 答案：(1)20 cm　(2)25 cm　(3)8.95 J 7