2020版高考物理一輪復習 課后限時集訓36 熱力學定律與能量守恒定律（含解析）新人教版

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1、課后限時集訓(三十六) 熱力學定律與能量守恒定律 (建議用時：40分鐘) [基礎對點練] 題組一：熱力學定律的理解 1．(多選)(2019·杭州模擬)關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是(　　) A．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程，氣體的內(nèi)能增大 B．熱力學第一定律也可表述為第一類永動機不可能制成 C．氣體向真空的自由膨脹是不可逆的 D．熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體” E．1 kg的0 ℃的冰比1 kg的0 ℃的水的內(nèi)能小些 BCE　[一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程，則Q＝0，W＜0，根據(jù)ΔU＝W＋Q可

2、知，氣體的內(nèi)能減小，選項A錯誤；熱力學第一定律也可表述為第一類永動機不可能制成，選項B正確；熱力學第二定律表明：自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，選項C正確；熱力學第二定律可描述為“熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體”，選項D錯誤；1 kg的0 ℃的冰變成1 kg的0 ℃的水要吸收熱量，所以選項E正確。] 2．(多選)夏天，小明同學把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時候，會覺得從輪胎里噴出的氣體涼，如果把輪胎里的氣體視為理想氣體，則關于氣體噴出的過程，下列說法正確的是(　　) A．氣體的內(nèi)能減少 B．氣體的內(nèi)能不變 C．氣體來不及與外界發(fā)生熱交換，對外做功，溫度

3、降低 D．氣體膨脹時，熱量散得太快，使氣體溫度降低了 E．氣體分子的平均動能減小 ACE　[氣體噴出時，來不及與外界交換熱量，發(fā)生絕熱膨脹，Q＝0，對外做功，熱力學第一定律的表達式為W＋Q＝ΔU，可知氣體的內(nèi)能減少，溫度降低，溫度是分子平均動能的標志，則A、C、E正確。] 3．(多選)(2019·襄陽模擬)下列對熱力學定律的理解正確的是(　　) A．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? B．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能 C．空調(diào)機在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 D．熱量不可能由低溫物體傳給

4、高溫物體 E．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能可能減少 ACE　[在引起其他影響的情況下，從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?，A正確；由熱力學第一定律可知，當W≠0，Q≠0時，ΔU＝W＋Q，可以等于0，B錯誤；空調(diào)機在制冷過程中消耗了電能，總體上是放出熱量，C正確；熱量可以由低溫物體傳給高溫物體，D錯誤；物體從外界吸收熱量，可能同時對外做功，如果對外做的功大于從外界吸收的熱量，則物體的內(nèi)能減少，E正確。] 4．(多選)關于一定質(zhì)量的理想氣體，下列敘述正確的是(　　) A．氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減少 B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定

5、增加 D．氣體溫度升高，其分子平均動能一定增加 E．氣體溫度升高，氣體可能向外界放熱 BDE　[做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式，氣體體積增大時，可能同時從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定減少；氣體從外界吸收熱量，可能同時對外做功，其內(nèi)能不一定增加，同理，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不一定增加，選項A、C錯誤，B正確。溫度是分子平均動能的標志，氣體溫度升高，其分子平均動能一定增加，故D正確。內(nèi)能增加，若外界對氣體做的功大于內(nèi)能的增加量，則氣體向外放熱，故E正確。] 5．(多選)(2019·文昌模擬)關于分子動理論和熱力學定律，下列說法正確的是(　　) A．空氣相對濕度越大時，水蒸發(fā)越慢

6、B．物體的溫度越高，分子平均動能越大 C．第二類永動機不可能制成是因為它違反了熱力學第一定律 D．空調(diào)制冷，是人為的使熱量由低溫處傳到高溫處，所以違背了熱力學第二定律 E．一定質(zhì)量的理想氣體壓強不變，溫度升高時吸收的熱量一定大于內(nèi)能的增加量 ABE　[空氣相對濕度越大時，空氣中水蒸氣壓強越接近飽和汽壓，水蒸發(fā)越慢，故A正確；溫度是分子的平均動能的標志，物體的溫度越高，分子平均動能越大，故B正確；第二類永動機雖然不違反能量守恒定律，但它違背了熱力學第二定律，所以制造不出來，故C錯誤；空調(diào)制冷，是人為的使熱量由低溫處傳到高溫處，符合熱力學第二定律的內(nèi)容，故D錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體壓強不變

7、，溫度升高時體積增大，對外做功，因內(nèi)能增大，故吸收的熱量一定大于內(nèi)能的增加量，故E正確。] 6．(多選)(2019·柳州模擬)下列說法中正確的是(　　) A．自然界中能量雖然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要節(jié)約能源 B．第二類永動機和第一類永動機，都違背了能量守恒定律 C．若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大 D．浸潤和不浸潤現(xiàn)象都是分子力作用的表現(xiàn) E．液晶是一種特殊物質(zhì)，它既具有液體的流動性，又像某些晶體那樣有光學各向異性 ADE　[自然界中的能量雖然是守恒的，由熱力學第二定律可知，能量集中的各種能量最終將會變?yōu)閮?nèi)能而耗散在大氣中，從而不能再被利

8、用，故要節(jié)約能源，所以A正確；能量守恒定律說明第一類永動機不可能制成，能量守恒的熱力學過程具有方向性，即第二類永動機不可能實現(xiàn)，但第二類永動機不違背能量守恒定律，故B錯誤；根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程＝恒量可知，若溫度T升高，體積V增大且增大的更多，則壓強p可能減小，故C錯誤；浸潤現(xiàn)象和不浸潤現(xiàn)象都與表面層與表面張力有關，都是分子力作用的表現(xiàn)，故D正確；液晶是一種特殊物質(zhì)，它既具有液體的流動性，又像某些晶體那樣有光學各向異性，故E正確。] 7．(多選)(2019·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

9、表示狀態(tài)a、b、c的壓強，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中每一個分子的速率都減小 E．過程ca中氣體吸收的熱量等于對外界做的功 ABE　[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，可知氣體一定吸熱，選項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，壓強變大，故pb>pa，選項B正確；理想氣體沒有分子勢能，選項C錯誤；從b到c，溫度降低，分子的平均動能降低，平均速率減小，但不是每一個分子

10、的速率都減小，選項D錯誤；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，氣體吸收的熱量等于對外界做的功，選項E正確。] 8．(多選)(2019·廣州模擬)對于一定量的理想氣體，下列說法正確的是(　　) A．當氣體溫度變化時，氣體內(nèi)能一定變化 B．若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變 C．若氣體的壓強和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變 D．若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強也一定不斷增大 E．氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關 ACE　[理想氣體的內(nèi)能僅由溫度決定，溫度變化，氣體內(nèi)能一定變化，A正確。若氣體的內(nèi)能不變，則氣體的溫度不變

11、，氣體的壓強與體積可能發(fā)生變化，氣體的狀態(tài)可能變化，B錯誤。由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，若氣體的壓強和體積都不變，則溫度不變，所以其內(nèi)能也一定不變，C正確。由理想氣體狀態(tài)方程＝C知，溫度T升高，pV一定增大，但壓強不一定增大，D錯誤。氣體絕熱壓縮或膨脹時，氣體不吸熱也不放熱，氣體內(nèi)能發(fā)生變化，溫度升高或降低，在非絕熱壓縮或膨脹過程中，氣體內(nèi)能變化，要吸收或放出熱量，由此可知，氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關，E正確。] 9.(多選)(2019·許昌模擬)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為

12、絕熱過程。該循環(huán)過程中，下列說法正確的是(　　) A．A→B過程中，氣體對外界做功，吸熱 B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增加 C．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化 E．該循環(huán)過程中，氣體放熱 ACD　[A→B過程中，體積增大，氣體對外界做功，溫度不變，內(nèi)能不變，根據(jù)ΔU＝Q＋W可知氣體吸熱，A正確。B→C過程中，絕熱膨脹，氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動能減小，B錯誤。C→D過程中，等溫壓縮，體積變小，分子數(shù)密度變大，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，C正確。D→A過程中，絕熱壓

13、縮，外界對氣體做功，內(nèi)能增加，溫度升高，分子平均動能增大，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化，D正確。該循環(huán)過程中，氣體內(nèi)能不變，對外做功，根據(jù)ΔU＝Q＋W可知氣體吸熱，E錯誤。] 10.(2019·濟南模擬)質(zhì)量一定的理想氣體完成如圖所示的循環(huán)，其中A→B過程是絕熱過程，B→C過程是等溫過程，則A→B過程氣體內(nèi)能________(選填“增加”“減小”或“不變”)，從狀態(tài)A經(jīng)C再回到狀態(tài)A的過程中，氣體吸收的熱量________(選填“大于”“小于”或“等于”)放出的熱量。 解析：C到A為等容過程，根據(jù)查理定律知＝，根據(jù)題圖可知，pA>pC，所以TA>TC，B到C為等溫過程，TB＝TC，故

14、TA>TB，A到B過程氣體內(nèi)能減小。A到B為絕熱過程，故與外界無熱量交換Q1＝0，內(nèi)能減少量等于對外做功，ΔU1＝W1。B到C為等溫過程，內(nèi)能不變，ΔU2＝W2－Q2＝0，體積減小，外界對氣體做功，放出的熱量Q2＝W2。C到A為等容過程，故做功W3＝0，內(nèi)能增加量ΔU3＝Q3，又TB＝TC，所以A到B過程內(nèi)能的減少量等于C到A過程內(nèi)能的增加量，ΔU1＝ΔU3，所以吸收的熱量Q3＝ΔU3＝ΔU1＝W1。根據(jù)p-V圖線與體積軸所圍的面積表示做功大小，A到B過程對外做功大小W1，如圖甲所示，B到C過程外界對氣體做功大小W2，如圖乙所示，A到B過程氣體對外做功大于B到C過程外界對氣體做功，即W1>W2

15、，可得Q3>Q2，所以從狀態(tài)A經(jīng)C再回到狀態(tài)A的過程中，氣體吸收的熱量大于放出的熱量。 　 甲　　　　　　　乙 答案：減小　大于 [考點綜合練] 題組二：熱力學定律與氣體實驗定律的綜合 11.某種一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)過三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)。如圖所示，狀態(tài)a時體積是1 m3，壓強是1.0×105Pa，溫度是300 K，求： (1)氣體從c→a過程外界對氣體做功多少？ (2)說明b→c過程氣體吸熱小于1.5×105 J。 解析：(1)c→a過程為等壓變化 Tc＝600 K，Va＝1 m3，Ta＝300 K 由＝，解得Vc＝2 m3 W＝p

16、ΔV＝1×105 J。 (2)b→c過程為等溫變化 W′＝×(2＋1)×105×1 J＝1.5×105 J＞W(wǎng) ΔU＝Q＋W，溫度不變ΔU＝0 氣體吸熱Q＝|W|＜1.5×105 J。 答案：(1)1×105 J　(2)見解析 12.如圖所示，在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分氣體，活塞與容器壁間能無摩擦滑動，容器的橫截面積為S。開始時氣體的溫度為T0，活塞與容器底的距離為h0。現(xiàn)將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中，當氣體從外界吸收熱量Q后，活塞緩慢上升d后再次平衡，重力加速度為g。求： (1)外界空氣的溫度是多少； (2)在此過程中的密閉氣體的內(nèi)能增加了多少。 解析：(1)取密閉氣體為研究對象，活塞上升過程為等壓變化，由蓋—呂薩克定律有＝ 得外界溫度T＝T0＝T0＝T0。 (2)活塞上升過程，密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功，所以外界對系統(tǒng)做的功W＝－(mg＋p0S)d 根據(jù)熱力學第一定律得密閉氣體增加的內(nèi)能 ΔU＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d。 答案：(1)T0　(2)Q－(mg＋p0S)d - 7 -