（課標(biāo)通用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十三章 03 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒精練（含解析）

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1、第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒 A組　基礎(chǔ)過關(guān) 1.(多選)健身球是一個(gè)充滿氣體的大皮球,現(xiàn)把健身球放在水平地面上。若在人體壓向健身球的過程中球內(nèi)氣體溫度保持不變,則(　　) A.氣體分子的平均動(dòng)能增大 B.氣體的密度增大 C.氣體的內(nèi)能增大 D.外界對(duì)氣體做功 答案　BD　在人壓向健身球的過程中,外界對(duì)球做功,氣體所占的體積減小,故氣體的密度增大;氣體溫度不變,故氣體分子的平均動(dòng)能不變;由于外界對(duì)氣體做功,但氣體溫度不變,故內(nèi)能不變;由熱力學(xué)第一定律可知,氣體對(duì)外放熱。故A、C錯(cuò)誤,B、D正確。 2.下列說法正確的是(　　) A.物體放出熱量,其內(nèi)能一定減小 B.物體對(duì)外做

2、功,其內(nèi)能一定減小 C.物體吸收熱量,同時(shí)對(duì)外做功,其內(nèi)能可能增加 D.物體放出熱量,同時(shí)對(duì)外做功,其內(nèi)能可能不變 答案　C　根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W判斷,只有C項(xiàng)正確。 3.(多選)下列說法正確的是(　　) A.壓縮氣體總能使氣體的溫度升高 B.能量耗散過程中能量是守恒的 C.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成,是因?yàn)檫`背了能量守恒定律 D.第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律,但違背了熱力學(xué)第一定律 E.能量耗散過程從能量轉(zhuǎn)化的角度反映了自然界中的宏觀過程具有方向性 答案　BCE　氣體內(nèi)能的變化取決于做功和熱傳遞兩個(gè)方面,只壓縮氣體并不一定能使氣體溫度升高,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由能量守恒定

3、律可知,選項(xiàng)B正確;第一類永動(dòng)機(jī)是指不消耗能量卻可以不斷向外做功的機(jī)器,違背了能量守恒定律,選項(xiàng)C正確;第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律,但違背了熱力學(xué)第二定律,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第二定律可知,選項(xiàng)E正確。 4.(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,以下說法正確的是(　　) 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(dòng)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(dòng)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

4、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) 答案　ABE　做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能,部分情況中無法根據(jù)最后的結(jié)果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。 5.[2018課標(biāo)Ⅲ,33(1),5分]如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如p-V圖中從a到b的直線

5、所示。在此過程中(　　) A.氣體溫度一直降低 B.氣體內(nèi)能一直增加 C.氣體一直對(duì)外做功 D.氣體一直從外界吸熱 E.氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功 答案　BCD　對(duì)于一定量的理想氣體有pVT=恒量。從a到b,p逐漸增大,V逐漸增大,所以p與V的乘積pV增大,可知T增大,則氣體的內(nèi)能一直增加,故A錯(cuò)誤,B正確。由于V逐漸增大,可知?dú)怏w一直對(duì)外做功,故C正確。由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,因ΔU>0,W<0,可知Q>0,即氣體一直從外界吸熱,且吸收的熱量大于對(duì)外做的功,故D正確,E錯(cuò)誤。 6.(多選)如圖所示,汽缸和活塞與外界均無熱交換,中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性良好的隔

6、板,封閉著兩部分氣體A和B,活塞處于靜止平衡狀態(tài)?，F(xiàn)通過電熱絲對(duì)氣體A加熱一段時(shí)間,后來活塞達(dá)到新的平衡,不計(jì)氣體分子勢(shì)能,不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦,大氣壓強(qiáng)保持不變,則下列判斷正確的是(　　) A.氣體A吸熱,內(nèi)能增加 B.氣體B吸熱,對(duì)外做功,內(nèi)能不變 C.氣體A分子的平均動(dòng)能增大 D.氣體A和氣體B內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大 E.氣體B分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積碰撞總次數(shù)減少 答案　ACE　因?yàn)橹虚g是導(dǎo)熱隔板,所以氣體B吸收熱量,溫度升高,內(nèi)能增加;又因?yàn)橥饨鐗簭?qiáng)不變,故氣體的體積變大,氣體對(duì)外做功,由蓋—呂薩克定律可知,達(dá)到新的平衡后,氣體溫度升高,內(nèi)能增加,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;

7、氣體B的壓強(qiáng)不變,但是體積增大,平均動(dòng)能增大,所以氣體B分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積碰撞總次數(shù)減少,選項(xiàng)E正確;因達(dá)到新的平衡后,B氣體溫度升高,則A氣體溫度也升高,內(nèi)能增大,氣體A分子的平均動(dòng)能變大,但是不是每個(gè)分子的動(dòng)能都增大,選項(xiàng)A、C正確,D錯(cuò)誤。 7.(多選)如圖所示,一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分。已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空。抽開隔板K后,a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中(　　) A.氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少 B.氣體不做功,內(nèi)能不變 C.氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低 D.氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變 E.單位時(shí)間內(nèi)和單位面積容器壁碰撞的分子數(shù)目減

8、少 答案　BDE　a內(nèi)氣體向真空膨脹,不對(duì)外界做功,即W=0,又因容器絕熱,Q=0,由熱力學(xué)第一定律知,ΔU=0,則氣體內(nèi)能不變,溫度不變,由玻意耳定律知壓強(qiáng)減小,則單位時(shí)間內(nèi)和單位面積容器壁碰撞的分子數(shù)目減少,B、D、E對(duì)。 8.(多選)(2018吉林長春二模)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,AB和CD為等溫過程,BC為等壓過程,DA為等容過程,則在該循環(huán)過程中,下列說法正確的是(　　) A.AB過程中,氣體放出熱量 B.BC過程中,氣體分子的平均動(dòng)能增大 C.CD過程中,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D.DA過程

9、中,氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化 E.若氣體在BC過程中內(nèi)能變化量的數(shù)值為2kJ,與外界交換的熱量為7kJ,則在此過程中氣體對(duì)外做的功為5kJ 答案　ABE　因?yàn)锳B過程為等溫過程,壓強(qiáng)變大,體積變小,故外界對(duì)氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,溫度不變,則內(nèi)能不變,故氣體一定放出熱量,選項(xiàng)A正確;BC過程為等壓過程,因?yàn)轶w積增大,由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C可知,氣體溫度升高,內(nèi)能增加,故氣體分子的平均動(dòng)能增大,選項(xiàng)B正確;CD過程為等溫過程,壓強(qiáng)變小,體積增大,因?yàn)闇囟炔蛔?故氣體分子的平均動(dòng)能不變,壓強(qiáng)變小說明單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;DA為等容過

10、程,體積不變,壓強(qiáng)變小,由pVT=C可知,溫度降低,氣體分子的平均動(dòng)能減小,故氣體分子的速率分布曲線會(huì)發(fā)生變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;BC過程為等壓過程,體積增大,氣體對(duì)外做功,該過程中氣體的溫度升高,則氣體的內(nèi)能增加2kJ,氣體從外界吸收的熱量為7kJ,氣體對(duì)外界做功為5kJ,故選項(xiàng)E正確。 9.一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p-V圖描述,圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量。 (1)氣體狀態(tài)從A到B是　　　　過程(選填“等容”“等壓”或“等溫”);? (2)狀態(tài)從B到C的變化過程中,氣體的溫度　　　　(選填“升高”“不變”或“降低”);? (3)

11、狀態(tài)從C到D的變化過程中,氣體　　　　(選填“吸熱”或“放熱”);? (4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中,氣體對(duì)外界所做的總功為　　　　　　　　　。? 答案　(1)等壓　(2)降低　(3)放熱 (4)p2(V3-V1)-p1(V3-V2) 解析　(1)A→B,對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)值恒為p2,即等壓過程。 (2)B→C,由pVT=恒量,V不變,p減小,可知T降低。 (3)C→D,由pVT=恒量,p不變,V減小,可知T降低。外界對(duì)氣體做功,內(nèi)能減小,由ΔU=W+Q可知C→D過程放熱。 (4)A→B,V增大,氣體對(duì)外界做功,WAB=p2(V3-V1) B→C,V不變,氣體不做功,WBC=0

12、 C→D,V減小,外界對(duì)氣體做功,WCD=-p1(V3-V2) 狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中,氣體對(duì)外界做的總功W=WAB+WBC+WCD=p2(V3-V1)-p1(V3-V2)。 10.如圖所示,粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U形管豎直放置,右端與大氣相通,左端封閉氣柱長l1=20cm(可視為理想氣體),兩管中水銀面等高?，F(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)接通,穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h=10cm。(環(huán)境溫度不變,大氣壓強(qiáng)p0=75cmHg) (1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用“cmHg”作單位)。 (2)此過程中左管內(nèi)的氣體對(duì)外界　　　(填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”),

13、氣體將　　　(填“吸熱”或“放熱”)。? 答案　(1)50cmHg　(2)做正功　吸熱 解析　(1)設(shè)U形管橫截面積為S,右端與大氣相通時(shí)左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p1,右端與一低壓艙接通后左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p2,氣柱長度為l2,穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)為p。 左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化,根據(jù)玻意耳定律得 p1V1=p2V2① p1=p0② p2=p+ph③ V1=l1S④ V2=l2S⑤ 由幾何關(guān)系得 h=2(l2-l1)⑥ 聯(lián)立①②③④⑤⑥式,代入數(shù)據(jù)得 p=50cmHg⑦ (2)左管中氣體體積變大,對(duì)外界做正功,外界對(duì)氣體做負(fù)功;管內(nèi)氣體溫度不變,內(nèi)能不變,由熱力學(xué)

14、第一定律ΔU=W+Q,得Q為正值,表示氣體要吸熱。 B組　能力提升 11.一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在汽缸內(nèi),如圖所示水平放置?；钊馁|(zhì)量m=20kg、橫截面積S=100cm2,活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)但不漏氣。開始時(shí)汽缸水平放置,活塞到汽缸底的距離L1=12cm,離汽缸口的距離L2=3cm。外界氣溫為27℃,大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa。將汽缸緩慢地轉(zhuǎn)到開口向上的豎直位置,待穩(wěn)定后對(duì)缸內(nèi)氣體逐漸加熱,使活塞上表面剛好與汽缸口相平,取g=10m/s2,求: (1)此時(shí)氣體的溫度為多少? (2)在對(duì)缸內(nèi)氣體加熱的過程中,氣體膨脹對(duì)外做功,同時(shí)吸收Q=370J的熱量,則氣體增加的內(nèi)能

15、ΔU多大? 答案　(1)450K　(2)310J 解析　(1)當(dāng)汽缸水平放置時(shí),p0=1.0×105Pa V0=L1S,T0=(273+27)K=300K 當(dāng)汽缸口朝上,活塞到達(dá)汽缸口時(shí),對(duì)活塞進(jìn)行受力分析如圖所示: 有p1S=p0S+mg 則p1=p0+mgS=1.0×105Pa+20010-2Pa=1.2×105Pa V1=(L1+L2)S 由理想氣體狀態(tài)方程得p0L1ST0=p1(L1+L2)ST1 則T1=p1(L1+L2)p0L1T0=1.2×105×151.0×105×12×300K=450K。 (2)當(dāng)汽缸轉(zhuǎn)到開口向上,未加熱達(dá)到穩(wěn)定時(shí),由玻意耳定律得

16、p0L1S=p1LS 則L=p0L1p1=1.0×105×121.2×105cm=10cm 加熱后,氣體做等壓變化,外界對(duì)氣體做功為 W=-p0(L1+L2-L)S-mg(L1+L2-L)=-60J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 ΔU=W+Q得ΔU=310J。 12.如圖,體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞;汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強(qiáng)為1.2p0的理想氣體。p0和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度。已知:氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U=αT,α為正的常數(shù);汽缸內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的。求: (ⅰ)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時(shí)的體積V1; (ⅱ)在活塞下降過程中,汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q。 答案　(ⅰ)12V　(ⅱ)12p0V+αT0 解析　(ⅰ)在氣體由壓強(qiáng)p=1.2p0下降到p0的過程中,氣體體積不變,溫度由T=2.4T0變?yōu)門1,由查理定律得T1T=p0p 在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中,體積由V減小到V1,氣體壓強(qiáng)不變,由蓋—呂薩克定律得VV1=T1T0 解得V1=12V (ⅱ)在活塞下降過程中,活塞對(duì)氣體做的功為 W=p0(V-V1) 在這一過程中,氣體內(nèi)能的減少量為 ΔU=α(T1-T0) 由熱力學(xué)第一定律得,汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為 Q=W+ΔU 解得Q=12p0V+αT0 10