2020版高考物理一轮复习 第十四章 热学 课后分级演练37 热力学定律 能量守恒定律

2020版高考物理一轮复习 第十四章 热学 课后分级演练37 热力学定律 能量守恒定律

课后分级演练(三十七) 热力学定律 能量守恒定律 ‎【A级——基础练】‎ ‎1．(多选)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：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．‎ ‎2．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒．猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)‎ A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 解析：B　本题考查做功与内能变化的关系，意在考查学生对改变内能两种方式的理解．压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，所以只有B正确．‎ ‎3．(多选)(2017·湖南长沙模拟)关于第二类永动机，下列说法中正确的是 ‎(　　)‎ A．第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机 B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成 D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能 6‎ E．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化 解析：ACE　由第二类永动机的定义知，A正确；第二类永动机违反了热力学第二定律，故B错误，C正确；机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，故E正确，D错误．‎ ‎4．(多选)(2017·开封5月质检)下列说法中正确的是(　　)‎ A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大 B．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动 C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第一定律 E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝ 解析：ABC　根据热力学第一定律，气体放出热量，若外界对气体做功，使气体温度升高，其分子的平均动能增大，故A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动，故B正确；当分子力表现为斥力时，分子力总是随分子间距离的减小而增大，随分子间距离的减小，分子力做负功，所以分子势能也增大，故C正确；第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，故D错误；某固体或液体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝，对于气体此式不成立，故E错误．‎ ‎5．(多选)(2017·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：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大，E错误．‎ 6‎ ‎6.(多选)(2017·广东惠州模拟)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气(可视为理想气体)，通过压力传感器感知细管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气(　　)‎ A．单位体积分子数增多 B．分子运动的平均动能增加 C．气体一直向外界放热 D．气体一直对外界做功 解析：AC　洗衣缸内水位升高，被封闭的空气压强增大，被封闭气体做等温变化，根据玻意耳定律可知，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，选项A正确；一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，温度不变，可知其内能不变，选项B错误；气体体积减小，外界对气体做功，而内能不变，根据热力学第一定律可知，气体一定向外界放出了热量，选项C正确，D错误．‎ ‎7．如图所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是(　　)‎ A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．在封闭的房间里打开冰箱一段时间后，房间温度会降低 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 解析：C　热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误．由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助．电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误．电冰箱工作时消耗电能，房间的总热量会增加，房间温度会升高，故B错误．由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多．‎ ‎8．下列关于热现象的描述正确的一项是(　　)‎ A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%‎ B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的 C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 6‎ D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的 解析：C　热机不可能将内能全部转化为机械能，其效率不可能达到100%，A错误．做功是通过能量转化的方式改变内能，而热传递是通过内能转移改变内能，B错误．单个分子的运动无规则，但大量分子的运动符合统计规律，D错误．C的说法是正确的．‎ ‎9．一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知VA＝‎0.3 m3‎，TA＝TC＝300 K, TB＝400 K.‎ ‎(1)求气体在状态B时的体积．‎ ‎(2)设A→B过程气体吸收的热量为Q1，B→C过程气体放出的热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因．‎ 解析：(1)设气体在状态B时的体积为VB，A→B过程气体发生等压变化，由盖吕萨克定律得，＝，代入数据得VB＝‎0.4 m3‎.‎ ‎(2)由题意，TA＝TC，所以气体A→B过程增加的内能与B→C过程减小的内能相同．而A→B过程气体对外做功，B→C过程气体不做功，由热力学第一定律可知，Q1>Q2.‎ 答案：(1)‎0.4 m3‎　(2)见解析 ‎【B级——提升练】‎ ‎10.(2017·福州质检)如图是某喷水壶示意图．未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴处喷出．储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则(　　)‎ A．充气过程中，储气室内气体内能增大 B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大 C．喷水过程中，储气室内气体放热 D．喷水过程中，储气室内气体压强增大 解析：A　充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体的平均动能不变，气体内能增大，选项A正确，B错误；喷水过程中，气体对外做功，体积增大，而气体温度不变，则气体吸热，所以气体压强减小，选项C、D错误．‎ ‎11.(多选)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，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 6‎ 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：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．‎ ‎12.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为‎27 ℃‎，求：‎ ‎(1)该气体在状态B时的温度；‎ ‎(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量．‎ 解析：(1)对于理想气体：A→B，由理想气体方程得 ＝ 即TB＝TA＝100 K，所以tB＝TB－‎273 ℃‎＝－‎‎173 ℃‎ ‎②B→C由＝得TC＝300 K，所以tC＝‎‎27 ℃‎ A、C温度相等，ΔU＝0‎ A→C的过程，由热力学第二定律ΔU＝Q＋W得 Q＝ΔU－W＝－pΔV＝－200 J，即气体从外界吸热200 J 答案：(1)－173 ℃　(2)吸热200 J ‎13.如图所示，—圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距为h，此时封闭气体的温度为T1.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T2.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦，求：‎ ‎(1)活塞上升的高度；‎ ‎(2)加热过程中气体的内能增加量．‎ 解析：(1)气体发生等压变化，有＝ 解得Δh＝h.‎ 6‎ ‎(2)加热过程中气体对外做功为 W＝pSΔh＝(p0S＋mg)h 由热力学第一定律知内能的增加量为 ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)h.‎ 答案：(1)h　(2)Q－(p0S＋mg)h ‎14.如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为3T0、压强为1.5p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度．已知气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；汽缸内气体的所有变化过程都是缓慢进行的．求：‎ ‎(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；‎ ‎(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.‎ 解析：(1)在气体压强由p＝1.5p0变化到p0时V不变，由查理定律有 ＝ 得T1＝2T0‎ 在气体温度由T1变T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律有＝ 解得V1＝0.5V ‎(2)活塞下降过程中，活塞对气体做的功 W＝p0(V－V1)＝p0V 气体内能的减少量ΔU＝a(T－T0)＝2aT0‎ 由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为 Q＝W＋ΔU 所以Q＝p0V＋2aT0‎ 答案：(1)0.5V　(2)p0V＋2aT0‎ 6‎