（全國通用）2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 熱學(xué) 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒練習(xí)

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1、第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒 一、選擇題(每小題6分,共60分) 1.地球上有很多海水,它的總質(zhì)量約為1.4×1018噸。如果這些海水的溫度降低0.1 ℃,將要放出5.8×1023焦耳的熱量,有人曾設(shè)想利用海水放出熱量使它完全變成機(jī)械能來解決能源危機(jī),但這種機(jī)器是不能制成的,其原因是 (C) A.內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿足熱力學(xué)第一定律 C.只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器不滿足熱力學(xué)第二定律 D.上述三種原因都不正確 【解析】內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,如熱機(jī),A項(xiàng)錯(cuò)誤;內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程滿足熱力學(xué)第一定律,即能量守恒定律,B項(xiàng)錯(cuò)誤;熱力學(xué)第二

2、定律告訴我們:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2.(2020·福建上杭一中期中檢測)(多選)下列關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律的說法中,正確的是 (AB) A.利用淺層海水和深層海水的溫度造出一種熱機(jī),將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,這在理論上是可行的 B.大量分子參與的宏觀物理過程都具有方向性 C.空調(diào)的制冷系統(tǒng)將室內(nèi)的熱量傳給外界較高溫度的空氣,而不引起其他變化 D.熱力學(xué)過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象,能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律 【解析】根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒以及熱力學(xué)第二定律可知,用淺層海水和深層海水間的溫度差造出一種熱機(jī),將海水

3、的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,理論上是可行的,A項(xiàng)正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知大量分子參與的宏觀物理過程都具有方向性,B項(xiàng)正確;空調(diào)的制冷系統(tǒng)將室內(nèi)的熱量傳給外界較高溫度的空氣的過程中有壓縮機(jī)的參與,因此引起了其他變化,C項(xiàng)錯(cuò)誤;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(xué)第二定律,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中,容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞,今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F,使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后,氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力,則被密封的氣體 (C) A.溫度升高,壓強(qiáng)增大,內(nèi)能減少 B.溫度降低,壓

4、強(qiáng)增大,內(nèi)能減少 C.溫度升高,壓強(qiáng)增大,內(nèi)能增加 D.溫度降低,壓強(qiáng)減小,內(nèi)能增加 【解析】向下壓活塞,力F對(duì)氣體做功,W>0,絕熱過程則Q=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知,ΔU>0,氣體的內(nèi)能增加,溫度升高,由理想氣體狀態(tài)方程=C(恒量)可知,壓強(qiáng)增大,故C項(xiàng)正確。 4.(2020·焦作一模)如圖是密閉的汽缸,外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體,對(duì)缸內(nèi)氣體做功800 J,同時(shí)氣體向外界放熱200 J,缸內(nèi)氣體的 (A) A.溫度升高,內(nèi)能增加600 J B.溫度升高,內(nèi)能減少200 J C.溫度降低,內(nèi)能增加600 J D.溫度降低,內(nèi)能減少200 J 【解析】根據(jù)熱

5、學(xué)第一定律,氣體內(nèi)能增量ΔU=W+Q=800 J-200 J=600 J,對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,內(nèi)能增加溫度必然升高,故A項(xiàng)正確。 5.(2020·西安名校聯(lián)考)(多選)如圖,將一空的鋁制易拉罐開口向下壓入恒溫游泳池的水中,則金屬罐在水中緩慢下降過程中,罐內(nèi)空氣(可視為理想氣體) (BC) A.內(nèi)能增大 B.分子間的平均距離減小 C.向外界放熱 D.對(duì)外界做正功 【解析】由于溫度不變,故氣體內(nèi)能不變(理想氣體內(nèi)能取決于溫度),A項(xiàng)錯(cuò)誤;取金屬罐中封閉的理想氣體為研究對(duì)象,金屬罐向下壓入恒溫游泳池中的過程,可視為等溫過程,由題意知壓強(qiáng)變大,根據(jù)玻意耳定律p1V1=p2V2,

6、可知體積變小,故分子平均間距變小,B項(xiàng)正確;內(nèi)能不變,ΔU=0,體積變小,W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,Q<0,即向外放熱,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 6.一定量的氣體在某一過程中,外界對(duì)氣體做了8×104 J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J,則下列各式中正確的是 (B) A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J C.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×104 J D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J 【解析

7、】根據(jù)熱力學(xué)第一定律的符號(hào)法則,W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,由ΔU=W+Q可求得Q=-2×105 J,B項(xiàng)正確。 7.物體的內(nèi)能增加了20 J,下列說法中正確的是 (D) A.一定是外界對(duì)物體做了20 J的功 B.一定是物體吸收了20 J的熱量 C.一定是物體分子動(dòng)能增加了20 J D.物體的分子平均動(dòng)能可能不變 【解析】做功和熱傳遞都可以改變物體內(nèi)能,物體內(nèi)能改變20 J,其方式是不確定的,A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;而物體內(nèi)能包括所有分子的平均動(dòng)能和勢能,內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動(dòng)能、勢能三者決定,C項(xiàng)錯(cuò)誤;物體內(nèi)能增加20 J,溫度可能不變,故平均動(dòng)能可能不變,D項(xiàng)正確。

8、 8.(多選)如圖,內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱良好的氣缸中用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),缸內(nèi)氣體 (AB) A.內(nèi)能增加 B.對(duì)外做功 C.壓強(qiáng)增大 D.分子間的引力和斥力都增大 【解析】因氣缸導(dǎo)熱良好,故環(huán)境溫度升高時(shí)封閉氣體溫度也升高,而一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān),故封閉氣體內(nèi)能增大,A項(xiàng)正確;因氣缸內(nèi)壁光滑,由活塞受力平衡有p0S+mg=pS,即缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p=p0+=C(恒量)可知,氣體體積變大,對(duì)外做功,B項(xiàng)正確;理想氣體分子間除碰撞瞬間外無相互作用力,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 9.(2020·東北三省四市協(xié)作體聯(lián)考)(多選)如圖所示,一絕熱容器被隔板K隔開成

9、a、b兩部分。已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空。抽開隔板K后,a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中 (BD) A.氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少 B.氣體不做功,內(nèi)能不變 C.氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低 D.氣體壓強(qiáng)變小,溫變不變 【解析】a內(nèi)氣體向真空膨脹,不對(duì)外界做功,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;又因容器絕熱,Q=0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q知,ΔU=0,故B項(xiàng)正確;稀薄氣體可看做理想氣體,內(nèi)能不變,則溫度不變,由玻意耳定律知壓強(qiáng)減小,故C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。 10.(2020·福建高考)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)狀態(tài)c。設(shè)氣體在狀態(tài)

10、b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc,在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac。則 (C) A.Tb>Tc,Qab>Qac B.Tb>Tc,QabQac D.Tb=Tc,Qab

11、量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的p-V圖象如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 ℃。則: (1)該氣體在狀態(tài)B、C時(shí)的溫度分別為多少?(10分) (2)該氣體在狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中是吸熱,還是放熱?傳遞的熱量是多少?(10分) 解:(1)對(duì)于理想氣體:A→B,由查理定律有 代入數(shù)據(jù)得TB=100 K 從A→C,由理想氣體狀態(tài)方程有 解得TC=TA=300 K (2)A→C溫度不變,則ΔU=0,氣體體積增大,則氣體對(duì)外做功,由熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q,得該過程中是吸熱,吸收的熱量 Q=-W=pΔV=1×105×(3×10-3-

12、1×10-3)J=200 J 12.(2020·新課標(biāo)全國卷Ⅰ)如圖,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個(gè)活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50 kg,橫截面積為S1=80.0 cm2;小活塞的質(zhì)量為m2=1.50 kg,橫截面積為S2=40.0 cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0 cm;汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p=1.00×105 Pa,溫度為T=303 K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495 K?，F(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移。忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10 m/s2。求: (1)

13、在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,缸內(nèi)封閉氣體的溫度;(10分) (2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。(10分) 解:(1)設(shè)初始時(shí)氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得 V1=S21 ① V2=S2l ② 在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng),由力的平衡條件得 S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p) ③ 故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變。由蓋—呂薩克定律有 ④ 聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得 T2=330 K⑤ (2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1。在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變。設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p',由查理定律,有 ⑥ 聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得 p'=1.01×105 Pa⑦