2020版高考物理一輪復習 課時作業(yè)43 熱力學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　熱力學定律與能量守恒定律 時間：45分鐘 1．(多選)關于一定質量的理想氣體，下列敘述正確的是(　BDE　) A．氣體體積增大時，其內能一定減少 B．外界對氣體做功，氣體內能可能減少 C．氣體從外界吸收熱量，其內能一定增加 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，其內能不一定增加，同理，外界對氣體做功，氣體內能不一定增加，選項A、C錯誤，B正確．溫度是分子平均動能的標志，氣體溫度升高

2、，其分子平均動能一定增加，內能增加，若外界對氣體做的功大于內能的增加量，則氣體向外放熱，故D、E正確． 2．(多選)根據熱力學定律，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．空調機在制冷過程中，從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量 C．科技的不斷進步使得人類有可能生產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 D．即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機也不可以把燃料產生的內能全部轉化為機械能 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” 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)進行，選項A正確；空調機在制冷過程中，從室內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；根據熱力學第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機也不可以把燃料產生的內能全部轉化為機械能，故選項D正確；對能源的過度消耗將形成“能源危機”，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．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能 C．空調機在制冷過程中，從室內

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Γx項A正確；由熱力學第一定律可知，當W≠0，Q≠0時，ΔU＝W＋Q可以等于0，選項B錯誤；空調機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，則物體的內能減少，選項E正確． 4．(多選)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是(　ADE　) A．一定質量的

5、氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收120 J的熱量，則它的內能增大20 J B．物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少 C．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 D．第二類永動機違反了熱力學第二定律，沒有違反熱力學第一定律 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第二定律 解析：根據熱力學第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故選項A正確；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，

6、其內能不一定減少，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；第二類永動機沒有違反能量守恒定律，熱力學第一定律是能量轉化和守恒定律在熱學中的反映，因此第二類永動機沒有違反熱力學第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學第二定律，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發(fā)生碰撞的平均次數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话耄蔈正確． 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)的過程中氣體的內能不斷增大 解析：根據理想氣體狀態(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，根據查理定律知氣體溫度不斷升高，ΔU>0，由熱力學第一定律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，根據蓋—呂薩克定律知溫度降低，ΔU<0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得Q<0且|Q|>W，D正確，E錯誤． 7．在如圖所示的坐標系中，一定質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和其內能的增量ΔU1； (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內能的增量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 根據熱力學第一定律有ΔU1＝W1＋Q1 內能的增量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 該氣體內能的增量ΔU2＝ΔU1＝9 J 根據熱力學第一定律有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)封閉在汽缸內一定質量的理想氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)D，其體積V與熱力學溫度T的關系如圖所示，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，內能增加 C．C狀態(tài)氣體的壓強小于D狀態(tài)氣體的壓強 D．D狀態(tài)時單位時間內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，內能增加，ΔU>0，根據熱力學第一定律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，內能不變，ΔU＝0，體積變大，氣體對外界做功，W<0，根據熱力學第一定律知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，根據查理定律知p∝T，TC>TD，所以pC>pD，即C狀態(tài)時氣體的壓強大于D狀態(tài)時氣體的壓強，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；根據動量定理知，F(xiàn)＝，壓強p＝，所以p＝，因為氣體在狀態(tài)D和狀態(tài)A壓強相等，所以相等時間內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，則內能不變，由于放出熱量為Q，根據熱力學第一定律可知，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，根據熱力學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量的理想氣體．已知活塞質量為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狀態(tài)，上、下方氣體壓強均為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b處．求此時汽缸內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，汽缸中的氣體先經歷等容過程，直至活塞開始運動，設此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據查理定律有＝① 根據力的平衡條件有p1S＝p0S＋mg② 聯(lián)立①②式可得T1＝T0③ 此后，汽缸中的氣體經歷等壓過程，直至活塞剛好到達b處，設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