2021高考物理（选择性考试）人教版一轮规范演练：50 热力学定律与能量守恒定律

2021高考物理（选择性考试）人教版一轮规范演练：50 热力学定律与能量守恒定律

www.ks5u.com 规范演练50　热力学定律与能量守恒定律 ‎[抓基础]‎ ‎1．根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是 (　　)‎ A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能 B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 C．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃‎ D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 解析：机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293 ℃，只能无限接近－273.15 ℃，C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误．‎ 答案：A ‎2．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是 (　　)‎ A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 C．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 D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确．‎ 答案：D ‎3．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 答案：B ‎4．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是 (　　)‎ A．热量能够自发地从高温物体传到低温物体 B．不可能使热量从低温物体传向高温物体 C．第二类永动机违反了热力学第二定律 D．气体向真空膨胀的过程是不可逆过程 E．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程 答案：ACD ‎5．(多选)在装有食品的包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋缓慢施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，在加压测试过程中，下列说法中正确的是 (　　)‎ A．包装袋内氮气的压强增大 B．包装袋内氮气的内能不变 C．包装袋内氮气对外做功 D．包装袋内氮气放出热量 E．包装袋内氮气的所有分子运动速率都保持不变 答案：ABD ‎6．(多选)下列说法中正确的是(　　)‎ A．物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大 B．一定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，内能减小 C．相同质量的两种物体，提高相同的温度，内能的增量一定相同 D．物体的内能与物体的温度和体积都有关系 E．凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性 解析：速度增大，不会改变物体的分子的动能，故A错误；体积增大时，气体对外做功，不吸热也不放热时，内能减小，故B正确；质量相同，但物体的物质的量不同，故温度提高相同的温度时，内能的增量不一定相同，故C错误；物体的内能取决于物体的温度和体积．故D正确；由热力学第二定律可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故E正确．‎ 答案：BDE ‎7.(多选)(2018·全国卷Ⅰ)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①②③④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是(　　)‎ A．过程①中气体的压强逐渐减小 B．过程②中气体对外界做正功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．状态c、d的内能相等 E．状态d的压强比状态b的压强小 解析：过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则压强增大，A错误；过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做正功，B正确；过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q<0，即气体放出热量，C错误；状态c、d温度相同，所以内能相同，D正确；由b到c的过程，作过状态b、c的等压线，分析可得pb>pc，由c到d的过程，温度不变，Vcpd，故pb>pc>pd，E正确．‎ 答案：BDE ‎8.(多选)(2019·桂林模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历了三个过程ab、bc、ca回到原状态，其V-T图象如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是(　　)‎ A．过程ab中气体一定吸热 B．pc＝pb>pa C．过程bc中分子势能不断增大 D．过程bc中每一个分子的速率都减小 E．过程ca中气体吸收的热量等于对外界做的功 解析：由a到b，气体做等容变化，温度升高，内能增大，根据ΔU＝Q＋W，故气体一定吸热，选项A正确；由a到b为等容变化，温度升高，压强变大，故pb>pa，由b到c是等压变化，故pc＝pb，选项B正确；理想气体没有分子势能，故选项C错误；由b到c，温度降低，分子的平均动能降低，平均速率减小，但不是每一个分子的速率都减小，故选项D错误；由c到a，气体发生等温膨胀，内能不变，气体对外做功，吸收热量，根据ΔU＝Q＋W，气体吸收的热量等于对外做的功，故选项E正确．‎ 答案：ABE ‎[提素养]‎ ‎9．(2019·河北衡水月考)某同学估测室温的装置如图所示，汽缸导热性能良好，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体．室温时气体的体积V1＝66 mL，将汽缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积V2＝60 mL.不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压p0＝1.0×105 Pa.‎ ‎(1)根据题干条件可得室温是多少？‎ ‎(2)上述过程中，外界对气体做的功是多少？‎ 解析：(1)设室温为T1，则＝，‎ 又T2＝273 K，‎ 代入数据解得T1＝300.3 K，即t1＝27.3 ℃.‎ ‎(2)外界对气体做的功，有W＝p0·ΔV，‎ 解得W＝0.60 J.‎ 答案：(1)27.3 ℃　(2)0.60 J ‎10．一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 ℃.‎ ‎(1)求该气体在状态B、C时的温度；‎ ‎(2)该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？‎ 解析：(1)气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有 ＝，‎ 解得TB＝200 K，即tB＝－73 ℃.‎ 气体从状态B到状态C做等压变化，由盖—吕萨克定律有 ＝，‎ 解得TC＝300 K，即tc＝27 ℃.‎ ‎(2)因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中ΔU＝0，‎ 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q＝－W.‎ 在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，‎ 故W＝－pBΔV＝－200 J，‎ 即Q＝－W＝200 J，是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量Q＝200 J.‎ 答案：(1)－73 ℃　27 ℃　(2)吸热　200 J ‎11.如图所示，ABC为粗细均匀的“L”形细玻璃管，A端封闭，C端开口．开始时AB竖直，BC水平，BC内紧靠B端有一段长l1＝30 cm的水银柱，AB内理想气体长度l2＝20 cm.现将玻璃管以B点为轴在竖直面内逆时针缓慢旋转90°，使AB水平．环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg，求：‎ ‎(1)旋转后水银柱进入AB管的长度；‎ ‎(2)玻璃管旋转过程中，外界对封闭气体做正功还是做负功？气体吸热还是放热？‎ 解析：(1)对封闭气体，初态压强为p0，末态为p1，设玻璃管截面积为S，水银进入AB管的长度为x，‎ 根据玻意耳定律p0Sl2＝p1S(l2－x)，‎ 又p1＝p0＋pl1－px，‎ 代入数据得x＝5 cm.‎ ‎(2)外界对气体做正功，而气体的温度不变，则内能不变，由热力学第一定律可知，气体放热．‎ 答案：(1)5 cm　(2)正功　放热 ‎12．(2019·湖南师大附中模拟)如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L、底面积为S，缸内有一个质量为m 的活塞，封闭了一定质量的理想气体．温度为热力学温度T0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缺内气体高为L0，已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦．‎ ‎(1)采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？‎ ‎(2)从开始升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少？‎ ‎(3)当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为ΔU，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？‎ 解析：(1)气体等压变化，由盖—吕萨克定律得 ＝，‎ 解得T＝.‎ ‎(2)对活塞，由平衡条件得 mg＋pS＝p0S，‎ 气体对活塞做的功为W′＝pS(L－L0)，‎ 解得W′＝(p0S－mg)(L－L0)．‎ ‎(3)由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，‎ 又外界对气体做功W＝－W′，‎ 气体吸收的热量Q＝ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)．‎ 答案：(1)　(2)(p0S－mg)(L－L0)‎ ‎(3)ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)‎ ‎13．(2019·揭阳模拟)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A 循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示．A状态的压强1×105 Pa，求：‎ ‎(1)B状态的温度；‎ ‎(2)完成一次循环，气体与外界热交换的热量．‎ 解析：(1)理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变，根据盖—吕萨克定律有 ＝，‎ 代入数据解得TB＝600 K.‎ ‎(2)理想气体从A状态到B状态的过程中，外界对气体做功 W1＝－pA(VB－VA)，‎ 解得W1＝－100 J.‎ 气体从B状态到C状态的过程中，体积保持不变，根据查理定律有 ＝，‎ 解得pC＝2.5×105 Pa.‎ 从C状态到D状态的过程中外界对气体做功 W2＝pC(VC－VD)，‎ 解得W2＝250 J.‎ 一次循环过程中外界对气体所做的总功 W＝W1＋W2＝150 J.‎ 理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内能不变．根据热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q，‎ 解得Q＝－150 J，‎ 故完成一次循环，气体向外界放热150 J.‎ 答案：(1)600 K　(2)放热150 J