（北京專(zhuān)用）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十四章 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)鞏固 1.(2015北京理綜,13,6分)下列說(shuō)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。 2.(2018東城一模)下列說(shuō)法正確的是(　　) A.氣體對(duì)外界做功,其內(nèi)能一定減小 B.氣體從外界吸熱,其內(nèi)能一定增大 C.溫度越低,分子的平均動(dòng)能越大 D.溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈 答案　D　根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,氣體內(nèi)能的

2、變化由做功和熱傳遞共同決定,不單取決于其中一個(gè)因素,因而A、B均錯(cuò)誤;溫度越高,分子平均動(dòng)能越大,溫度越低分子平均動(dòng)能越小,所以C錯(cuò);溫度越高,分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈,故D正確。 3.(2018海淀一模)關(guān)于熱現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.物體溫度不變,其內(nèi)能一定不變 B.物體溫度升高,其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能一定增大 C.外界對(duì)物體做功,物體的內(nèi)能一定增加 D.物體放出熱量,物體的內(nèi)能一定減小 答案　B　由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q知,物體內(nèi)能的變化由做功和熱傳遞共同決定,A、C、D錯(cuò)誤。溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,B正確。 4.(2017豐臺(tái)二模)下列說(shuō)法中不正確的是(　

3、　) A.布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的熱運(yùn)動(dòng) B.物體的溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,分子的平均動(dòng)能越大 C.當(dāng)分子間距離增大時(shí),分子間的引力和斥力都增大 D.氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對(duì)器壁持續(xù)頻繁地撞擊 答案　C　當(dāng)分子間距離增大時(shí),分子間的引力和斥力都減小,C錯(cuò)。 5.(2017石景山一模)快遞公司用密封性好、充滿(mǎn)氣體的塑料袋包裹易碎品,如圖所示。假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界沒(méi)有熱交換,當(dāng)充氣袋四周被擠壓時(shí),袋內(nèi)氣體(　　) A.對(duì)外界做負(fù)功,內(nèi)能增大 B.對(duì)外界做負(fù)功,內(nèi)能減小 C.對(duì)外界做正功,內(nèi)能增大 D.對(duì)外界做正功,內(nèi)能減小 答案　A　無(wú)熱交換Q=0,被擠壓W>0,即外界

4、對(duì)氣體做功。由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知ΔU>0,內(nèi)能增加。 6.(2018海淀二模)一定質(zhì)量的理想氣體,保持溫度不變的情況下壓縮體積,氣體壓強(qiáng)變大。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.氣體分子平均動(dòng)能增大 B.氣體分子平均動(dòng)能減小 C.單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加 D.單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少 答案　C　溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,保持氣體的溫度不變,氣體分子的平均動(dòng)能也不變,故選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤;一定質(zhì)量的理想氣體分子的總數(shù)不變,當(dāng)壓縮體積時(shí),單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 7.一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水在沸騰時(shí),1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽,其體積由1.043 cm3變?yōu)?/p>

5、1 676 cm3。已知水的汽化熱為2 263.8 J/g。求: (1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W;(結(jié)果保留1位小數(shù)) (2)氣體吸收的熱量Q; (3)氣體增加的內(nèi)能ΔU。 答案　(1)169.7 J　(2)2 263.8 J　(3)2 094.1 J 解析　取1 g水為研究系統(tǒng),把大氣視作外界。1 g沸騰的水變成同溫度的水汽需要吸收熱量,同時(shí)由于體積膨脹,系統(tǒng)要對(duì)外做功,所以有ΔU

6、3.8 J=2 263.8 J (3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律得 ΔU=Q+W=[2 263.8+(-169.7)] J=2 094.1 J B組　綜合提能 1.下列說(shuō)法正確的是(　　) A.液體中懸浮微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng) B.液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng) C.物體從外界吸收熱量,其內(nèi)能一定增加 D.物體對(duì)外界做功,其內(nèi)能一定減少 答案　A　布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),而不是液體分子的運(yùn)動(dòng),故A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q知,若物體從外界吸收熱量同時(shí)對(duì)外做功,其內(nèi)能可能不變,也可能減少,還可能增加,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;物體對(duì)外做功同時(shí)從外界

7、吸熱,其內(nèi)能可能增加,也可能不變,還可能減少,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 2.如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖,M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體,M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)。設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動(dòng)的過(guò)程中(　　) A.外界對(duì)氣體做功,氣體內(nèi)能增大 B.外界對(duì)氣體做功,氣體內(nèi)能減小 C.氣體對(duì)外界做功,氣體內(nèi)能增大 D.氣體對(duì)外界做功,氣體內(nèi)能減小 答案　A　在M向下滑動(dòng)的過(guò)程中,M、N內(nèi)被封閉氣體體積減小,所以外界對(duì)氣體做功。由熱力學(xué)第一定律及M、N內(nèi)氣體與外界沒(méi)有熱交換可知外界對(duì)氣體做功,氣體內(nèi)能一定增加。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 3.(2017朝陽(yáng)二模)科學(xué)精神

8、的核心是對(duì)未知的好奇與探究。小君同學(xué)想尋找教科書(shū)中“溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志”這一結(jié)論的依據(jù)。她以氦氣為研究對(duì)象進(jìn)行了一番探究。經(jīng)查閱資料得知:第一,理想氣體的模型為氣體分子可視為質(zhì)點(diǎn),分子間除了相互碰撞外,分子間無(wú)相互作用力;第二,一定質(zhì)量的理想氣體,其壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系式為p=nkT,式中n為單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù),k為常數(shù)。 她猜想氦氣分子的平均動(dòng)能可能跟其壓強(qiáng)有關(guān)。她嘗試從理論上推導(dǎo)氦氣的壓強(qiáng),于是建立如下模型:如圖所示,正方體容器靜止在水平面上,其內(nèi)密封著理想氣體——氦氣,假設(shè)每個(gè)氦氣分子的質(zhì)量為m,氦氣分子與器壁各面碰撞的機(jī)會(huì)均等;與器壁碰撞前后瞬間,分子的速度方向都與器

9、壁垂直,且速率不變。 請(qǐng)根據(jù)上述信息幫助小君完成下列問(wèn)題: (1)設(shè)單位體積內(nèi)氦氣的分子數(shù)為n,且其熱運(yùn)動(dòng)的平均速率為v。 a.求一個(gè)氦氣分子與器壁碰撞一次受到的沖量大小I; b.求該正方體容器內(nèi)氦氣的壓強(qiáng)p; c.請(qǐng)以本題中的氦氣為例推導(dǎo)說(shuō)明:溫度是分子平均動(dòng)能(即12mv2)的標(biāo)志。 (2)小君還想繼續(xù)探究機(jī)械能的變化對(duì)氦氣溫度的影響,于是進(jìn)行了大膽設(shè)想:如果該正方體容器以水平速度u勻速運(yùn)動(dòng),某時(shí)刻突然停下來(lái),若氦氣與外界不發(fā)生熱傳遞,請(qǐng)你推斷該容器中氦氣的溫度將怎樣變化?并求出其溫度變化量ΔT。 答案　見(jiàn)解析 解析　(1)a.對(duì)與器壁碰撞的一個(gè)氦氣分子,由動(dòng)量定理可得

10、I=2mv b.設(shè)正方體容器某一側(cè)壁面積為S,則Δt時(shí)間內(nèi)碰壁的氦氣分子數(shù)為 N=16n·SvΔt 由動(dòng)量定理得FΔt=N·I 由牛頓第三定律可得器壁受到的壓力F'=F 由壓強(qiáng)的定義式得p=F'S 聯(lián)立得p=13nmv2 c.由于壓強(qiáng)p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系式為p=nkT 聯(lián)立得Ek=12mv2=32kT 由上式可得:分子的平均動(dòng)能Ek與熱力學(xué)溫度T成正比,故溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。 (2)設(shè)正方體容器中有N'個(gè)氦氣分子,當(dāng)氦氣隨容器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),整個(gè)氣體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為12(N'm)u2,設(shè)此時(shí)氦氣的溫度為T(mén)1,容器內(nèi)氦氣的內(nèi)能等于分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能之和即N'·32kT1。 當(dāng)氦氣隨容器突然停止時(shí),氣體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為零,設(shè)此時(shí)氦氣溫度為T(mén)2,則該容器內(nèi)氦氣的內(nèi)能為N'·32kT2。 根據(jù)能量守恒定律有 12(N'm)u2+32N'kT1=32N'kT2 解得ΔT=T2-T1=mu23k 所以氦氣溫度升高,升高的溫度為ΔT=mu23k 6