2020届高考物理一轮复习 第13章 热学 第三节 热力学定律与能量守恒达标诊断高效训练

2020届高考物理一轮复习 第13章 热学 第三节 热力学定律与能量守恒达标诊断高效训练

第三节 热力学定律与能量守恒 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎ (建议用时：60分钟)‎ 一、选择题 ‎1．(2018·洛阳检测)下列说法正确的是(　　)‎ A．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力 B．悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是分子热运动 C．把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体 D．第二类永动机没有违反能量守恒定律 E．绝对零度不可达到 解析：选ADE.通常，处于液体表面层的分子较为稀疏，其分子间距较大，液体分子之间的合力表现为平行于液体界面的引力，故A正确；悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是布朗运动，故B错误；把很多小的单晶体放在一起，仍是晶体，故C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故D正确；因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失，所以绝对零度是不存在的，故E正确．‎ ‎2．(2016·高考全国卷Ⅰ)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)‎ A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功可以改变其内能 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 解析：选BDE.根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高，选项A错误．对气体做功可以改变其内能，选项B正确．理想气体等压膨胀过程，对外做功，由理想气体状态方程可知，气体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，选项C错误．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，选项D正确．根据热平衡定律，如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，选项E正确．‎ ‎3.如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态．现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，‎ 5‎ 不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是(　　)‎ A．气体A吸热，内能增加 B．气体B吸热，对外做功，内能不变 C．气体A分子的平均动能增大 D．气体A和气体B内每个分子的动能都增大 E．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少 解析：选ACE.气体A进行等容变化，则W＝0，根据ΔU＝W＋Q可知气体A吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但是不是每个分子的动能都增加，选项A、C正确，D错误；因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加；又因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，选项B错误；气体B的压强不变，但是体积增大，平均动能增大，所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，选项E正确．‎ ‎4．(2018·济南模拟)下列说法正确的是(　　)‎ A．单晶体冰糖磨碎后熔点不会发生变化 B．足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果 C．一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，其内能一定增加 D．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E．一定质量的理想气体体积保持不变，单位体积内分子数不变，温度升高，单位时间内撞击单位面积上的分子数不变 解析：选ACD.单晶体冰糖有固定的熔点，磨碎后物质微粒排列结构不变，熔点不变，A正确；足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因，与气体的分子之间的作用力无关，B错误；一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，没有对外做功，根据热力学第一定律可知，其内能一定增加，故C正确；根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确；一定质量的理想气体体积保持不变，单位体积内分子数不变，温度升高，分子的平均动能增大，则平均速率增大，单位时间内撞击单位面积上的分子数增多，E错误．‎ ‎5．(2018·广东揭阳模拟)下列叙述中正确的是(　　)‎ A．已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数 B．布朗运动就是分子的无规则运动 C．对理想气体做功，内能不一定增加 D．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大 E．用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了3.0×105 J的功，同时气体向外界放出1.5×105 J的热量，则气体内能增加了1.5×105 J 解析：选ACE.阿伏加德罗常数等于水的摩尔质量除以水分子的质量，A 5‎ 正确；布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，B错误；对理想气体做功，气体可能向外界放出热量，内能不一定增加，C正确；分子间距离从0到无穷远，分子间的相互作用力先减小后增大，分子间原来距离不确定，相互作用力的变化不确定，D错误；根据ΔU＝W＋Q，气体内能增加了1.5×105 J，E正确．‎ ‎6．(2018·文昌模拟)关于分子动理论和热力学定律，下列说法正确的是(　　)‎ A．空气相对湿度越大时，水蒸发越慢 B．物体的温度越高，分子平均动能越大 C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律 D．空调制冷，是人为的使热量由低温处传到高温处，所以违背了热力学第二定律 E．一定质量的理想气体压强不变，温度升高时吸收的热量一定大于内能的增加量 解析：选ABE.空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，故A正确；温度是分子的平均动能的标志，物体的温度越高，分子平均动能越大，故B正确；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，所以制造不出来，故C错误；空调制冷，是人为的使热量由低温处传到高温处，符合热力学第二定律的内容，故D错误；一定质量的理想气体压强不变，温度升高时体积增大，对外做功，因内能增大，故吸收的热量一定大于内能的增加量，故E正确．‎ ‎7．(2018·湖北襄阳四中周考)下列对热力学定律的理解正确的是(　　)‎ A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 B．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 C．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 D．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能可能减少 解析：选ACD.在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，A正确；由热力学第一定律可知，当W≠0，Q≠0时，ΔU＝W＋Q，可以等于0，B错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，C正确；物体从外界吸收热量，可能同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，D正确．‎ ‎8．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是(　　)‎ A．气体的内能减少 B．气体的内能不变 C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低 D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了 E．气体分子的平均动能减小 解析：选ACE.气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，‎ 5‎ 热力学第一定律的表达式为W＋Q＝ΔU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确．‎ 二、非选择题 ‎9.(2018·郑州质量预测)如图所示，导热性能良好的汽缸开口向上，用轻质活塞封闭有体积为V0的理想气体，外界大气压强为p0，环境温度为T0，轻质活塞横截面积为S，与汽缸之间的摩擦不计．现在活塞上面放一质量为m的物块，活塞缓慢下移，并最终静止在某一位置．重力加速度为g.求： ‎ ‎(1)活塞静止时，离汽缸底端的距离是多少？‎ ‎(2)如果拿掉物块，要保持活塞位置不变，环境温度需要改变到多少？汽缸吸热还是放热？‎ 解析：(1)放上物块并稳定后，由平衡条件得 pS＝p0S＋mg 达到稳定过程，根据玻意耳定律得p0V0＝pSx 解得x＝.‎ ‎(2)拿掉物块后的稳定过程，根据查理定律得＝ 解得T＝ 理想气体温度降低，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体向外放热．‎ 答案：(1)　(2)　气体向外放热 ‎10.(2018·潍坊模拟)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为‎27 ℃‎，封闭气柱长为‎9 cm，活塞横截面积S＝‎50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为‎127 ℃‎.已知大气压强等于105 Pa，活塞与汽缸间无摩擦，求：‎ ‎(1)加热后活塞到汽缸底部的距离；‎ ‎(2)此过程中气体内能改变了多少．‎ 解析：(1)取被封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为L1S，温度为：T1＝(273＋27) K＝300 K，‎ 末状态的体积为：L2S，温度为：T2＝(273＋127)K＝400 K 气体做等压变化，则：＝ 代入数据得：L2＝‎12 cm.‎ ‎(2)在该过程中，气体对外做功：W＝F·ΔL＝p0S(L2－L1)＝105×50×10－4×(12－9)×10－2‎ 5‎ ‎ J＝15 J，‎ 由热力学第一定律：ΔU＝Q－W＝22 J－15 J＝7 J.‎ 答案：(1)‎12 cm　(2)7 J ‎11．(2018·大庆模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C.已知状态A的温度为300 K.‎ ‎(1)求气体在状态B的温度；‎ ‎(2)由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由．‎ 解析：(1)由题图知pA＝0.5 atm，pB＝1.0 atm，VA＝‎1 m3‎，VB＝‎2 m3‎，‎ 由＝得，气体在状态B的温度 TB＝＝ K＝1 200 K.‎ ‎(2)由状态B到状态C，气体做等容变化，由查理定律得 ＝，则TC＝TB＝600 K 气体由状态B到状态C为等容变化，不做功，但温度降低，内能减少，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，ΔU<0，‎ W＝0，故Q<0，可知气体放热．‎ 答案：(1)1 200 K　(2)放热　理由见解析 5‎