2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第3節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒練習(xí)（含解析）（選修3-3）

第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒1.(多選)下面關(guān)于熵的說(shuō)法中正確的是(ABD)A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B.在自然過(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小C.熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D.熵值越大代表越無(wú)序E.一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)越多,越無(wú)序,熵越小解析:一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行,這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義,系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程就是大量分子向無(wú)序程度大的狀態(tài)變化的過(guò)程.自然過(guò)程的方向性可以表述為:在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小,因此熱力學(xué)第二定律又稱(chēng)為熵增加原理.故A,B,D正確,C,E錯(cuò)誤.2.(多選)下列說(shuō)法正確的是(ABE)A.外界對(duì)氣體做功,氣體的內(nèi)能不一定增加B.氣體在等溫膨脹的過(guò)程中一定從外界吸收了熱量C.機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能也不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.理想氣體的溫度變化時(shí),其分子平均動(dòng)能和分子間勢(shì)能也隨之改變E.已知阿伏加德羅常數(shù)和某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量,一定可以求出該物質(zhì)的分子質(zhì)量解析:做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能,A正確;氣體在等溫膨脹的過(guò)程中,對(duì)外界做功,而內(nèi)能不變,則一定吸收了熱量,B正確;機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C錯(cuò)誤;理想氣體的溫度變化時(shí),其分子平均動(dòng)能也隨之改變,理想氣體不考慮分子勢(shì)能,D錯(cuò)誤;已知阿伏加德羅常數(shù)和摩爾質(zhì)量,由m=可求出分子質(zhì)量,E正確.3.(多選)二氧化碳是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要原因之一,人類(lèi)在采取節(jié)能減排措施的同時(shí),也在研究控制溫室氣體的新方法,目前專(zhuān)家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù).在某次實(shí)驗(yàn)中,將一定質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w封閉在一可自由壓縮的導(dǎo) 熱容器中,將容器緩慢移到海水某深處,氣體體積減小為原 來(lái)的一半,不計(jì)溫度變化,則此過(guò)程中(ABE)A.外界對(duì)封閉氣體做功B.封閉氣體向外界傳遞熱量C.封閉氣體分子的平均動(dòng)能增大D.封閉氣體從外界吸收熱量E.封閉氣體的壓強(qiáng)增為原來(lái)的2倍解析:因?yàn)闅怏w的溫度不變,所以氣體分子的平均動(dòng)能不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,選項(xiàng)A正確;由熱力學(xué)第一定律可得,封閉氣體將向外界傳遞熱量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤,B正確,由玻意耳定律可知,選項(xiàng)E正確.4.(2019·云南師大附中月考)(多選)下列說(shuō)法正確的是(BDE)A.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過(guò)等容過(guò)程,吸收熱量,其內(nèi)能不一定增加B.自然發(fā)生的熱傳遞 過(guò)程是向 著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的C.容器內(nèi)有一定質(zhì)量的理想氣體,體積保持不變,單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,溫度升高,單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積上的分子數(shù)不變D.食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布,具有空間上的周期性E.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)雖不違背能量守恒定律,但也是不可能制成的解析:一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過(guò)等容過(guò)程,吸收熱量,沒(méi)有對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,其內(nèi)能一定增加,故A錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,自然發(fā)生的熱傳遞過(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的,故B正確;容器內(nèi)的一定質(zhì)量的理想氣體,體積保持不變,單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大,則平均速率增大,單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積上的分子數(shù)增多,故C錯(cuò)誤;食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布,具有空間上的周期性,故D正確;第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)雖不違背能量守恒定律,但違背熱力學(xué)第二定律,仍不可能制成,故E正確.5.(多選)下列說(shuō)法中正確的是(ABE)A.電冰箱把熱量從低溫物體向高溫物體傳遞,是因?yàn)槠湎牧穗娔蹷.空調(diào)機(jī)在制冷過(guò)程中,從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量C.科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)D.對(duì)能源的過(guò)度消耗將使自然界的能量不斷減少,形成“能源危機(jī)”E.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違反了熱力學(xué)第二定律解析:熱力學(xué)第二定律有兩種表述:第一是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,即自發(fā)熱傳遞具有方向性,選項(xiàng)A中熱量從低溫物體傳到高溫物體是電冰箱工作的結(jié)果,選項(xiàng)A正確;第二是不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?而不產(chǎn)生其他影響,即第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不存在,選項(xiàng)B,E正確,C錯(cuò)誤;由能量守恒定律知,能量總是守恒的,只是存在的形式不同,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.6.(2018·甘肅一診)(多選)下列有關(guān)熱學(xué)的敘述正確的是(BCD)A.布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的花粉分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.隨著分子間距離的增大,若分子間的相互作用力先增大后減小,此時(shí)分子間的作用力一定表現(xiàn)為引力C.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是互不矛盾的D.一定質(zhì)量的理想氣體在等溫變化時(shí),其內(nèi)能一定不改變E.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化解析:布朗運(yùn)動(dòng)是指花粉顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),不是花粉分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;隨著分子間距離的增大,若分子間的相互作用力先增大后減小,說(shuō)明分子間距離大于平衡距離,此時(shí)分子間的作用力表現(xiàn)為引力,故B正確;熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律的一種形式,熱力學(xué)第二定律指出一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程具有方向性,它們不矛盾,故C正確;理想氣體分子間的相互作用力不計(jì),分子間沒(méi)有勢(shì)能,因此一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅由分子動(dòng)能決定,分子動(dòng)能大小的宏觀表現(xiàn)為溫度的高低,故D正確;熱量可以由低溫物體傳到高溫物體,但要引起其他變化,故E錯(cuò)誤.7.(多選)對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體,下列現(xiàn)象可能發(fā)生的有(BCE)A.外界對(duì)氣體做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強(qiáng)降低B.氣體從外界吸熱,氣體的溫度降低,氣體的壓強(qiáng)降低C.氣體對(duì)外界做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強(qiáng)不變D.氣體向外界放熱,氣體的溫度不變,氣體的壓強(qiáng)不變E.氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過(guò)程,氣體分子的平均動(dòng)能減小解析:外界對(duì)氣體做功,說(shuō)明氣體體積減小,氣體的溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=C,則壓強(qiáng)p一定增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;氣體從外界吸熱,溫度降低,根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定對(duì)外界做了功,即體積增大,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T降低,則p一定降低,選項(xiàng)B正確;氣體對(duì)外界做功,氣體的溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T升高,則p可能不變,選項(xiàng)C正確;氣體向外界放熱,氣體的溫度不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,外界對(duì)氣體做了功,即體積減小,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V減小,T不變,壓強(qiáng)必然增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;絕熱膨脹,Q=0,對(duì)外做功W<0,內(nèi)能必然減少,不考慮氣體的分子勢(shì)能,分子平均動(dòng)能一定減小,選項(xiàng)E正確.8. (2019·河北衡水月考)某同學(xué)估測(cè)室溫的裝置如圖所示,汽缸導(dǎo)熱性能良好,用絕熱的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體.室溫時(shí)氣體的體積V1=66 mL,將汽缸豎直放置于冰水混合物中,穩(wěn)定后封閉氣體的體積V2=60 mL.不計(jì)活塞重力及活塞與缸壁間的摩擦,室內(nèi)大氣壓p0=1.0×105 Pa. (1)根據(jù)題干條件可得室溫是多少?(2)上述過(guò)程中,外界對(duì)氣體做的功是多少?解析:(1)設(shè)室溫為T(mén)1,則=又T2=273 K代入數(shù)據(jù)解得T1=300.3 K即t1=27.3 .(2)外界對(duì)氣體做的功W=p0·V解得W=0.60 J.答案:(1)27.3 (2)0.60 J9. (多選)如圖所示,有一開(kāi)口向上、導(dǎo)熱性能良好的汽缸置于水平地面上,汽缸內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的理想氣體.現(xiàn)在活塞上施加一豎直向下的外力,使活塞緩慢下降.設(shè)外界大氣壓和環(huán)境溫度不變.在活塞緩慢下移的過(guò)程中,對(duì)于汽缸內(nèi)的氣體,下列說(shuō)法正確的是(BCD)A.單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)逐漸減小B.氣體的壓強(qiáng)逐漸增大C.氣體分子的平均動(dòng)能不變D.氣體不斷向外界放出熱量E.氣體的內(nèi)能逐漸增加解析:汽缸導(dǎo)熱性能良好,汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度與環(huán)境溫度相同,對(duì)活塞施加向下的壓力F時(shí),氣體等溫壓縮,體積減小,由理想氣體狀態(tài)方程可知?dú)怏w的壓強(qiáng)增大,由于分子密度增大,單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增加,故A錯(cuò)誤,B正確;溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度不變,氣體分子的平均動(dòng)能不變,故C正確;由于氣體溫度不變,故氣體的內(nèi)能不變,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,根據(jù)U=W+Q可知?dú)怏w向外界放出熱量,故D正確,E錯(cuò)誤.10. (2019·廣西桂林模擬)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程ab,bc,ca回到原狀態(tài),其V-T圖像如圖所示,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(ABE)A.過(guò)程ab中氣體一定吸熱B.pc=pb>paC.過(guò)程bc中分子勢(shì)能不斷增大D.過(guò)程bc中每一個(gè)分子的速率都減小E.過(guò)程ca中氣體吸收的熱量等于對(duì)外界做的功解析:由a到b,氣體做等容變化,溫度升高,內(nèi)能增大,根據(jù)U=Q+W,故氣體一定吸熱,選項(xiàng)A正確;由a到b為等容變化,溫度升高,壓強(qiáng)變大,故pb>pa,由b到c是等壓變化,故pc=pb,選項(xiàng)B正確;理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由b到c,溫度降低,分子的平均動(dòng)能降低,平均速率減小,但不是每一個(gè)分子的速率都減小,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤;由c到a,氣體發(fā)生等溫膨脹,內(nèi)能不變,氣體對(duì)外做功,吸收熱量,根據(jù)U=Q+W,氣體吸收的熱量等于對(duì)外做的功,故選項(xiàng)E正確.11. (2019·曲師大附中模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過(guò)程的pV圖像如圖所示.已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 .(1)求該氣體在狀態(tài)B,C時(shí)的溫度;(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中是吸熱還是放熱?傳遞的熱量是多少?解析:(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B做等容變化,由查理定律有=解得TB=200 K,即tB=-73 ;氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C做等壓變化,由蓋呂薩克定律有=,解得TC=300 K,即tC=27 .(2)因?yàn)闋顟B(tài)A和狀態(tài)C溫度相等,且理想氣體的內(nèi)能是所有分子的動(dòng)能之和,溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,所以在這個(gè)過(guò)程中U=0,由熱力學(xué)第一定律U=Q+W得Q=-W.在整個(gè)過(guò)程中,氣體在B到C過(guò)程對(duì)外做功,故W=-pBV=-200 J.即Q=-W=200 J,是正值,所以氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C過(guò)程中是吸熱,吸收的熱量Q=200 J.答案:(1)-73 27 (2)吸收熱量200 J12.如圖所示,ABC為粗細(xì)均勻的“L”形細(xì)玻璃管,A端封閉,C端開(kāi)口.開(kāi)始時(shí)AB豎直,BC水平,BC內(nèi)緊靠B端有一段長(zhǎng)l1=30 cm的水銀柱,AB內(nèi)理想氣體長(zhǎng)度l2=20 cm.現(xiàn)將玻璃管以B點(diǎn)為軸在豎直面內(nèi)逆時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)90°,使AB水平.環(huán)境溫度不變,大氣壓強(qiáng)p0=75 cmHg,求:(1)旋轉(zhuǎn)后水銀柱進(jìn)入AB管的長(zhǎng)度;(2)玻璃管旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,外界對(duì)封閉氣體做正功還是做負(fù)功?氣體吸熱還是放熱?解析:(1)對(duì)封閉氣體,初態(tài)壓強(qiáng)為p0,末態(tài)為p1,設(shè)玻璃管截面積為S,水銀進(jìn)入AB管的長(zhǎng)度為x,根據(jù)玻意耳定律p0Sl2=p1S(l2-x)又p1=p0+pl1-px代入數(shù)據(jù)得x=5 cm.(2)外界對(duì)氣體做正功,而氣體的溫度不變,則內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體放熱.答案:(1)5 cm(2)正功放熱13.(2019·湖南師大附中模擬)如圖所示,一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸,高度為L(zhǎng)、底面積為S,缸內(nèi)有一個(gè)質(zhì)量為m的活塞,封閉了一定質(zhì)量的理想氣體.溫度為熱力學(xué)溫度T0時(shí),用繩子系住汽缸底,將汽缸倒過(guò)來(lái)懸掛起來(lái),汽缸處于豎直狀態(tài),缸內(nèi)氣體高為L(zhǎng)0.已知重力加速度為g,大氣壓強(qiáng)為p0,不計(jì)活塞厚度及活塞與缸體的摩擦,求:(1)采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離,缸內(nèi)氣體的溫度至少要升高到多少?(2)從開(kāi)始升溫到活塞剛要脫離汽缸,缸內(nèi)氣體壓力對(duì)活塞做功多少?(3)當(dāng)活塞剛要脫離汽缸時(shí),缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為U,則氣體在活塞下移的過(guò)程中吸收的熱量為多少?解析:(1)氣體等壓變化,由蓋呂薩克定律得=解得T=.(2)對(duì)活塞,由平衡條件得mg+pS=p0S氣體對(duì)活塞做的功為W=pS(L-L0)解得W=(p0S-mg)(L-L0).(3)由熱力學(xué)第一定律得U=W+Q,又外界對(duì)氣體做功W=-W氣體吸收的熱量Q=U+(p0S-mg)(L-L0).答案:(1)T0(2)(p0S-mg)(L-L0)(3)U+(p0S-mg)(L-L0)- 6 -