2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè)43 熱力學(xué)定律與能量守恒定律 新人教版選修3-3

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1、課時作業(yè)43　熱力學(xué)定律與能量守恒定律 時間：45分鐘 1．(多選)關(guān)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列敘述正確的是(　BDE　) 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 解析：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(biāo)志，氣體溫度升高

2、，其分子平均動能一定增加，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D、E正確． 2．(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　ABD　) A．電冰箱的工作表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 B．空調(diào)機(jī)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 C．科技的不斷進(jìn)步使得人類有可能生產(chǎn)出從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化的熱機(jī) D．即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 E．對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)” 解析：熱量可以在外界做功的情況下從低溫物體向高溫物體傳遞，但

3、不能自發(fā)進(jìn)行，選項A正確；空調(diào)機(jī)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，選項B正確；不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化，故選項C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故選項D正確；對能源的過度消耗將形成“能源危機(jī)”，但自然界的總能量守恒，故選項E錯誤． 3．(多選)下列對熱力學(xué)定律的理解正確的是(　ACE　) A．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? B．由熱力學(xué)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(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)

4、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高溫物體 E．如果物體從外界吸收了熱量，物體的內(nèi)能也可能減少 解析：在引起其他變化的情況下，從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?，選項A正確；由熱力學(xué)第一定律可知，當(dāng)W≠0，Q≠0時，ΔU＝W＋Q可以等于0，選項B錯誤；空調(diào)機(jī)在制冷過程中消耗了電能，總體上是放出熱量，選項C正確；熱量可以由低溫物體傳給高溫物體，選項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，選項E正確． 4．(多選)對于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理解，下列說法正確的是(　ADE　) A．一定質(zhì)量的

5、氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收120 J的熱量，則它的內(nèi)能增大20 J B．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加；物體對外界做功，其內(nèi)能一定減少 C．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)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 D．第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，沒有違反熱力學(xué)第一定律 E．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律 解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故選項A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對外界做功，

6、其內(nèi)能不一定減少，選項B錯誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，選項C錯誤；第二類永動機(jī)沒有違反能量守恒定律，熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱學(xué)中的反映，因此第二類永動機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學(xué)第二定律，故選項D正確；能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，選項E正確． 5．(多選)如圖所示，一個封閉的絕熱汽缸，被中間的擋板分割成左右相等的兩部分．左邊充滿一定量的某種理想氣體，右邊真空．現(xiàn)將中間的擋板移去，待氣體穩(wěn)定后，則(　ADE　) A．氣體的溫度不發(fā)生變化 B．因為氣體的體積膨脹了，所以內(nèi)能降低

7、C．氣體分子的平均動能減小 D．雖然氣體的體積膨脹了，但是沒有對外做功 E．氣體分子在器壁單位面積上單位時間內(nèi)發(fā)生碰撞的平均次數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话? 解析：氣體在向真空膨脹的過程中沒有力的作用，所以不做功，絕熱過程，內(nèi)能不變，故溫度不變，故A正確，B錯誤，D正確；溫度是分子熱運動平均動能的標(biāo)志，溫度不變，故分子的平均動能不變，故C錯誤；氣體的溫度不變，體積增加為2倍，故分子熱運動的平均動能不變，分子數(shù)密度減小為一半，故氣體分子在器壁單位面積上單位時間內(nèi)發(fā)生碰撞的平均次數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?，故E正確． 6．(多選)如圖所示，p-V圖中的每個方格均為正方形，一定質(zhì)量的理想氣體從a狀態(tài)沿直線變化到b狀

8、態(tài)，再沿直線變化到c狀態(tài)，最后沿直線回到a狀態(tài)，則下列說法正確的是(　ACD　) A．從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中氣體分子的平均動能先增大后減小 B．從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中氣體的密度不斷增大 C．從b狀態(tài)變化到c狀態(tài)的過程中氣體一定吸熱 D．從c狀態(tài)變化到a狀態(tài)的過程中氣體放出的熱量一定大于外界對氣體做的功 E．從c狀態(tài)變化到a狀態(tài)的過程中氣體的內(nèi)能不斷增大 解析：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中pV值先增大后減小，溫度T也先增大后減小，對理想氣體，溫度越高，分子平均動能越大，A正確；從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中氣體的體積V不斷增大，氣體的密度不斷減

9、小，B錯誤；從b狀態(tài)變化到c狀態(tài)的過程中氣體做等容變化，外界對氣體做的功W＝0，根據(jù)查理定律知氣體溫度不斷升高，ΔU>0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，得Q>0，即氣體一定吸熱，C正確；從c狀態(tài)變化到a狀態(tài)的過程中氣體等壓壓縮，外界對氣體做的功W>0，根據(jù)蓋—呂薩克定律知溫度降低，ΔU<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，得Q<0且|Q|>W，D正確，E錯誤． 7．在如圖所示的坐標(biāo)系中，一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對該氣體做功為6 J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為9 J．圖線AC的反向延長線通過坐標(biāo)原點O，B、

10、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢能為零．求： (1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1； (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2. 解析：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，氣體發(fā)生等容變化， 該氣體對外界做的功W1＝0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU1＝W1＋Q1 內(nèi)能的增量ΔU1＝Q1＝9 J (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，體積減小，溫度升高 該氣體內(nèi)能的增量ΔU2＝ΔU1＝9 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU2＝W2＋Q2 從外界吸收的熱量Q2＝ΔU2－W2＝3 J 答案：(1)0　9 J　(2)9 J　

11、3 J 8．(多選)封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)D，其體積V與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系如圖所示，O、A、D三點在同一直線上．則(　ADE　) A．由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中，氣體吸收熱量 B．由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中，氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加 C．C狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)小于D狀態(tài)氣體的壓強(qiáng) D．D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)時少 E．D狀態(tài)與A狀態(tài)，相等時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的沖量相等 解析：氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B體積不變，發(fā)生的是等容變化，外界對氣體不做功，W＝0，溫度升高，內(nèi)能增加，ΔU>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，知Q>0，

12、氣體吸收熱量，故A正確；由狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中，溫度不變，內(nèi)能不變，ΔU＝0，體積變大，氣體對外界做功，W<0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知Q>0，氣體從外界吸收熱量，故B錯誤；氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)D發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律知p∝T，TC>TD，所以pC>pD，即C狀態(tài)時氣體的壓強(qiáng)大于D狀態(tài)時氣體的壓強(qiáng)，故C錯誤；A點和D點在過原點的直線上，說明氣體由狀態(tài)A到狀態(tài)D壓強(qiáng)不變，體積增大，分子的密集程度減小，所以D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)時少，故D正確；根據(jù)動量定理知，F(xiàn)＝，壓強(qiáng)p＝，所以p＝，因為氣體在狀態(tài)D和狀態(tài)A壓強(qiáng)相等，所以相等時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的沖量相等，故

13、E正確． 9．(2019·河南模擬)如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生三個狀態(tài)變化過程的p-V圖象，其中，BC段對應(yīng)的是反比例函數(shù)圖象的一部分，若氣體在狀態(tài)A時的溫度為T0，求： (1)氣體在狀態(tài)C時的溫度和體積； (2)若氣體從B到C的過程中放出的熱量為Q，則氣體在A→B→C→A的過程中是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量為多少？ 解析：(1)由于BC段對應(yīng)的是反比例函數(shù)圖象的一部分，由理想氣體狀態(tài)方程可知，此過程為等溫變化過程，所以 TB＝TC 氣體在A→B過程為等容過程，有＝， 解得TB＝T0＝TC 在B→C過程為等溫過程，有3p0Vc＝p0V0，求得Vc＝V0 (2)氣

14、體在B→C的過程中溫度不變，則內(nèi)能不變，由于放出熱量為Q，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，此過程外界對氣體做功為WBC＝Q 氣體在A→B→C→A的過程中內(nèi)能不變，從A到B不做功，即WAB＝0，從C到A氣體對外做功為WCA＝pC(VA－VC)，解得WCA＝2p0V0 由p-V圖象面積法可知，氣體對外做功大于外界對氣體做功，即WCA>WBC，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體在A→B→C→A的過程中吸收熱量，吸收熱量為Q′＝2p0V0－Q 答案：(1)T0　V0　(2)吸熱，2p0V0－Q 10．(2018·全國卷Ⅱ)如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H

15、；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體．已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦．開始時活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0，溫度均為T0.現(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達(dá)b處．求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功．重力加速度大小為g. 解析：本題考查氣體實驗定律等知識．開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運動，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強(qiáng)為p1，根據(jù)查理定律有＝① 根據(jù)力的平衡條件有p1S＝p0S＋mg② 聯(lián)立①②式可得T1＝T0③ 此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直至活塞剛好到達(dá)b處，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2.根據(jù)蓋—呂薩克定律有 ＝④ 式中V1＝SH⑤ V2＝S(H＋h)⑥ 聯(lián)立③④⑤⑥式解得T2＝T0⑦ 從開始加熱到活塞到達(dá)b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為W＝(p0S＋mg)h⑧ 答案：T0　(p0S＋mg)h 7