2020年物理高考大一輪復習 第13章 熱學 第37講 熱力學定律與能量守恒練習（含解析）

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1、第37講 熱力學定律與能量守恒 [解密考綱]理解熱力學第一定律，知道改變內能的兩種方式；知道與熱現(xiàn)象有關的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學第二定律；掌握能量守恒定律及應用． 1．(2019·清遠高三期末)(多選)下列判斷正確的是(　　) A．一定質量的氣體等溫膨脹時，氣體分子單位時間對氣缸壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少 B．滿足能量守恒定律的宏觀過程都可以自發(fā)地進行 C．一定質量的理想氣體的壓強、體積都增大時，一定從外界吸收熱量 D．物體溫度升高時，物體內所有分子的速率都一定增大 E．天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質的微粒在空間上有規(guī)則的排列 ACE　解析 氣體做等溫膨脹，分子

2、密度減小，氣體分子單位時間對氣缸壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少，選項A正確；根據(jù)熱力學第二定律，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他方面的變化，選項B錯誤；一定質量的理想氣體，當它的壓強、體積都增大時，根據(jù)氣體方程得溫度增大，所以其內能一定增加，選項C正確；溫度是分子平均動能的標志，物體溫度升高時，物體內的分子平均動能增大，但是個別分子速率可能減小，選項D錯誤；天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質的微粒在空間上有規(guī)則的排列，選項E正確． 2．(2019·內蒙古集寧一中高三期末)(多選)下列說法正確的是(　　) A．氣體的體積指的是氣體的分子所能

3、夠到達的空間的體積，而不是該氣體所有分子的體積之和 B．理論上，第二類永動機并不違背能量守恒定律，所以隨著人類科學技術的進步，第二類永動機是有可能研制成功的 C．外界對氣體做功時，其內能可能會減少 D．給自行車打氣，越打越困難主要是因為胎內氣體壓強增大，而與分子間的斥力無關 ACD　解析 氣體的體積指的是氣體的分子所能夠到達的空間的體積，而不是該氣體所有分子的體積之和，主要是因為氣體分子間空隙很大，故選項A正確；理論上，第二類永動機并不違背能量守恒定律，但違反熱力學第二定律，第二類永動機無法制成，故選項B錯誤；外界對氣體做功時，如果同時向外界放熱，內能可能減少，故選項C正確；給自行車打

4、氣，越打越困難主要是因為胎內氣體壓強增大，與分子間的斥力無關，故選項D正確． 3．根據(jù)你學過的熱力學中的有關知識，下列說法正確的是(　　) A．機械能可以全部轉化為內能，內能也可以全部用來做功轉化成機械能 B．凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體 C．盡管科技不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機卻可以使溫度降到－293 ℃ D．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發(fā)展，第二類永動機可以制造出來 A　解析 機械能可以全部轉化為內能，而內能在引起其他變化時也

5、可以全部轉化為機械能，選項A正確；凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，選項B錯誤；盡管科技不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機也不能使溫度降到－293 ℃，只能無限接近－273.15 ℃，選項C錯誤；第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學第二定律，第二類永動機不可能制造出來，選項D錯誤． 4．(2019·全國100所名校高三模擬)(多選)下列說法正確的是(　　) A．滿足能量守恒定律的宏觀過程都是可以自發(fā)進行的 B．熵是物體內分子運動

6、無序程度的量度 C．若容器中用活塞封閉著剛好飽和的一些水汽，當保持溫度不變向下緩慢壓活塞時，水汽的質量減少，密度不變 D．當分子間距離增大時，分子間引力增大，而分子間斥力減小 E．當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 BCE　解析 滿足能量守恒定律的宏觀過程不一定可以自發(fā)進行，比如熱量就不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故選項A錯誤；熵越大，物體內分子運動的無序性程度越大，故選項B正確；液體的飽和汽壓與溫度有關，與體積無關，故選項C正確；當分子間距增加時，分子間引力、斥力都減小，故選項D錯誤；當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力隨著分子間距的減小而增大，在平衡位置

7、分子勢能具有最小值，故分子間距變化偏離平衡位置時，分子勢能增加，故選項E正確． 5．(2019·濮陽二模)(多選)下列說法正確的是(　　) A．大顆粒的鹽磨成細鹽，就變成了晶體 B．兩個分子的間距從極近逐漸增大到10r0的過程中，它們的分子勢能先減小后增大 C．空氣的相對濕度定義為空氣中所含水蒸氣壓強與同溫度水平的飽和蒸汽壓的比值 D．給自行車打氣，越打越困難主要是因為胎內氣體壓強增大，而與分子間的斥力無關 E．第二類永動機不違反熱力學第二定律，但違反了熱力學第一定律 BCD　解析 將大顆粒的粗鹽磨成細鹽，細鹽仍然是晶體，選項A錯誤；兩個分子的間距從極近逐漸增大到10r0的過程中

8、，分子間表現(xiàn)出先斥力后引力，故分子力先做正功，后做負功，它們的分子勢能先減小后增大，選項B正確；空氣的相對濕度定義為空氣中所含水蒸氣壓強與同溫度水的飽和汽壓的比值，選項C正確；給自行車打氣，越打越困難主要是因為胎內氣體壓強增大，與分子間的斥力無關，因為分子斥力起作用的距離r

9、氣體整體運動的動能 D．氣體體積變化時，其內能可能不變 E．氣體的內能包括氣體分子熱運動的動能 BDE　解析 氣體的內能等于所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和，故選項A、C錯誤，B、E正確；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q知道，改變內能的方式有做功和熱傳遞，所以體積發(fā)生變化時，內能可能不變，故選項D正確． 7．(2019·濮陽一模)(多選)下列說法正確的是(　　) A．當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 B．液晶像液體一樣具有流動性，其光學性質與某些多晶體相似，具有各向同性的光學性質 C．第二類永動機不違反能量守恒定律，但違反了熱力學第二定律

10、D．分子平均速率大的物體的溫度比分子平均速率小的物體的溫度高 E．晶體熔化時吸收熱量，其分子平均動能不變 ACE　解析 當分子間距小于r0，分子力表現(xiàn)為斥力，隨著分子間距的減小而增大，分子勢能也隨著分子間距的減小而增大，故選項A正確；液晶一方面像液體具有流動性，另一方面又像晶體，分子在特定方向排列比較整齊有序，具有各向異性的光學性質，故選項B錯誤；第二類永動機不能制造出來的原因是違反了熱力學第二定律，不違反能量守恒定律，故選項C正確；氣體溫度是氣體分子的平均動能的標志，而分子平均動能不僅跟分子的平均速率有關，還跟分子的質量有關，通常認為分子運動越劇烈(即分子的平均速率越大)溫度越高是指同一

11、物體而言，兩種不同氣體(分子質量不同)，它們的分子質量和平均速率的大小是無法確定分子平均動能的大小的，因而也無法確定這兩種氣體溫度高低，故選項D錯誤；溫度是分子平均動能的標志，晶體熔化時吸收熱量，但溫度不變，因此分子的平均動能不變，故選項E正確． 8．(2019·深圳高三調研)(多選)下列說法正確的是(　　) A．液晶具有流動性，其光學性質表現(xiàn)為各向異性 B．太空艙中的液滴呈球狀是由于完全失重情況下液體表面張力的作用 C．用打氣筒的活塞壓縮氣體很費勁，說明分子間有斥力 D．第二類永動機是不可能制造出來的，因為它違反了能量守恒定律 E．在合適的條件下，某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w，某些非

12、晶體也可以轉變?yōu)榫w ABE　解析 液晶具有流動性，其光學性質表現(xiàn)為各向異性，選項A正確；太空艙中的液滴呈球狀是由于完全失重情況下液體表面張力的作用，選項B正確；用打氣筒的活塞壓縮氣體很費勁，這是氣體壓強作用的結果，不能說明分子間有斥力，選項C錯誤；第二類永動機是不可能制造出來的，因為它違反了熱力學第二定律，不違反能量守恒定律，選項D錯誤；在合適的條件下，某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉變?yōu)榫w，例如天然石英是晶體，加工后做成玻璃就是非晶體，選項E正確． 9．(2019·武漢高三調研)(多選)關于熱現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，油酸

13、分子的直徑(也就是單層油酸分子組成的油膜的厚度)等于一小滴溶液中純油酸的體積與它在水面上攤開的面積之比 B．兩個鄰近的分子之間同時存在著引力和斥力，它們都隨距離的增大而減小，當兩個分子的距離為r0時，引力與斥力大小相等，分子勢能最小 C．物質是晶體還是非晶體，比較可靠的方法是從各向異性或各向同性來判斷 D．如果用Q表示物體吸收的能量，用W 表示物體對外界所做的功，ΔU表示物體內能的增加，那么熱力學第一定律可以表達為Q＝ΔU＋W E．如果沒有漏氣沒有摩擦，也沒有機體熱量的損失，這樣的熱機的效率可以達到100% ABD　解析 根據(jù)用“油膜法”估測分子大小的實驗原理可知，讓一定體積的純油酸

14、滴在水面上形成單分子油膜，由于油酸分子是緊密排列的，而且形成的油膜為單分子油膜，然后用每滴油酸酒精溶液所含油酸體積除以油膜面積得出的油膜厚度即為油酸分子直徑，故選項A正確；當分子間的距離r＜r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，減小分子間的距離，分子力做負功，分子勢能增加，當分子間的距離r＞r0時，分子力表現(xiàn)為引力，增大分子間的距離，分子力做負功，分子勢能增加，所以當兩個分子的距離為r0時，引力與斥力大小相等，分子勢能最小，故選項B正確；單晶體具有各向異性，多晶體與非晶體都具有各向同性，所以不能根據(jù)各向異性或各向同性來判斷物質是晶體還是非晶體，故選項C錯誤；根據(jù)熱力學第一定律可知，如果用Q表示物體吸收的能

15、量，用W表示物體對外界所做的功，ΔU表示物體內能的增加，那么熱力學第一定律可以表達為Q＝ΔU＋W，故選項D正確；根據(jù)熱力學第二定律可知，熱機的效率不可能達到100%，故選項E錯誤． 10．(2018·全國卷Ⅰ)(多選)如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷過程①、②、③、④到達狀態(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的內能相等 E．狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小 BDE　解析 由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，pb>pa，即過程①中氣體的壓強逐漸增大，選項A錯誤；由

16、于過程③中氣體體積增大，所以過程③中氣體對外做功，選項B正確；過程④中氣體體積不變，對外做功為零，溫度降低，內能減小，根據(jù)熱力學第一定律，過程④中氣體放出熱量，選項C錯誤；由于狀態(tài)c、d的溫度相等，根據(jù)理想氣體的內能只與溫度有關，可知狀態(tài)c、d的內能相等，選項D正確；由理想氣體狀態(tài)方程＝可知，狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小，選項E正確． 11．(2019·達州一模)在如圖甲所示的密閉汽缸內裝有一定質量的理想氣體，圖乙是它從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V-T圖象．已知AB的反向延長線通過坐標原點，氣體在A點的壓強為p＝1.0×105 Pa，在從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，氣體吸收的熱量Q＝6.0×102

17、 J，求： (1)氣體在狀態(tài)B的體積VB； (2)此過程中氣體內能的增量ΔU. 解析 (1)由V-T圖象通過坐標原點，則知從A到B理想氣體發(fā)生等壓變化．由蓋－呂薩克定律得 ＝， 解得VB＝VA＝×6.0×10－3 m3＝8.0×10－3 m3. (2)外界對氣體做的功 W＝p(VB－VA)＝－1.0×105×(8.0×10－3－6.0×10－3)J＝－2×102 J， 根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W， 解得ΔU＝6.0×102 J－2×102 J＝4.0×102 J＝400 J. 答案 (1)8.0×10－3 m3　(2)400 J 12．(2019·湖南師大附中模擬

18、)如圖所示，一個內壁光滑的圓柱形汽缸，高度為L、底面積為S，缸內有一個質量為m的活塞，封閉了一定質量的理想氣體．溫度為熱力學溫標T0時，用繩子系住汽缸底，將汽缸倒過來懸掛起來，汽缸處于豎直狀態(tài)，缸內氣體高為L0.已知重力加速度為g，大氣壓強為p0，不計活塞厚度及活塞與缸體的摩擦，問： (1)采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離，缸內氣體的溫度至少要升高到多少？ (2)從開始升溫到活塞剛要脫離汽缸，缸內氣體壓力對活塞做功多少？ (3)當活塞剛要脫離汽缸時，缸內氣體的內能增加量為ΔU，則氣體在活塞下移的過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＝

19、. (2)對活塞，由平衡條件得mg＋pS＝p0S， 氣體做功W＝Fl＝pSl＝pS(L－L0)， 解得W＝(p0S－mg)(L－L0)． (3)由熱力學第一定律得ΔU＝W＋Q， 氣體吸收的熱量Q＝ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)． 答案 (1)T0　(2)(p0S－mg)(L－L0) (3)ΔU＋(p0S－mg)(L－L0) 13．(2019·濟南一模)如圖所示，絕熱氣缸倒扣放置，質量為M的絕熱活塞在氣缸內封閉一定質量的理想氣體，活塞與氣缸間摩擦可忽略不計，活塞下部空間與外界連通，氣缸底部連接一“U”形細管(管內氣體的體積忽略不計)．初始時，封閉氣體溫度為T，活塞距離氣缸底部

20、為h0，細管內兩側水銀柱存在高度差．已知水銀密度為ρ，大氣壓強為p0，氣缸橫截面積為S，重力加速度為g，求： (1)“U”形細管內兩側水銀柱的高度差； (2)通過加熱裝置緩慢提升氣體溫度使活塞下降Δh0，求此時的溫度；此加熱過程中，若氣體吸收的熱量為Q，則氣體內能的變化． 解析 (1)設封閉氣體的壓強為p，對活塞分析p0S＝pS＋Mg， 用水銀柱表達氣體的壓強p＝p0－ρgΔh， 解得Δh＝. (2)加熱過程中氣體變化是等壓變化 ＝，T＝T0， 氣體對外做功為W＝pSΔh0＝(p0S－Mg)Δh0， 根據(jù)熱力學第一定律 ΔU＝Q－W， 可得ΔU＝Q－(p0S－Mg)Δh0. 答案 (1)　(2)T0　Q－(p0S－Mg)Δh0 7