2019年高考物理一輪復習 第十四章 熱學 第3講 熱力學定律與能量守恒練習.doc

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第3講 熱力學定律與能量守恒 板塊三限時規(guī)范特訓 　　時間：45分鐘　滿分：100分 一、選擇題(本題共12小題，每小題6分，共72分。其中1～4為單選，5～12為多選) 1．如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中的制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。 下列說法正確的是(　　) A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能 C．電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律 D．電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律 答案　B 解析　熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉化或內(nèi)能轉移的規(guī)律，是能的轉化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學過程，C錯誤；由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助。電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗了電能，B正確，A、D錯誤。 2．已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比，如下圖所示的實線為汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2的變化曲線，則在整個過程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能(　　) A．先增大后減小 B．先減小后增大 C．單調(diào)變化 D．保持不變 答案　B 解析　由理想氣體狀態(tài)方程＝C得T＝，即氣體的溫度T與壓強p和體積V的乘積成正比，從1→2的過程，對比等溫變化的圖線，V相同時，與等溫線上p的差值先增大后減小，而等溫線上pV的值不變，故理想氣體由狀態(tài)1到2的過程中，壓強與體積的乘積先減小后增大，即氣體的溫度先降低后升高，而一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能完全由溫度來決定，所以缸內(nèi)氣體的內(nèi)能先減小后增大，B正確。 3.如圖，內(nèi)壁光滑、導熱良好的汽缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體。當環(huán)境溫度升高時，下列關于缸內(nèi)氣體說法正確的是(　　) A．內(nèi)能減少 B．對外做功 C．壓強增大 D．分子間的引力和斥力都增大 答案　B 解析　因汽缸導熱良好，故環(huán)境溫度升高時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，故封閉氣體內(nèi)能增大，A錯誤。因汽缸內(nèi)壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸內(nèi)氣體的壓強p＝p0＋不變，C錯誤。由蓋—呂薩克定律＝C可知，氣體溫度升高，體積增大，對外做功，B正確。理想氣體分子間除碰撞瞬間外無相互作用力，D錯誤。 4．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)裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，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(　　) A．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能減少 B．溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少 C．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能增加 D．溫度降低，壓強減小，內(nèi)能增加 答案　C 解析　在壓力F作用下，活塞緩慢向下移動，外界對氣體做功，而容器是絕熱的，沒有熱交換，所以封閉的理想氣體內(nèi)能增加，故溫度升高，又體積減小，所以壓強增大，C正確。 5．[2017湖南邵陽二模]熱學現(xiàn)象在生活中無處不在，下列與此有關的分析正確的是(　　) A．固體很難被壓縮是因為分子之間有斥力 B．物體吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 C．溫度高的物體，其內(nèi)能一定大 D．氣體在對外做功的過程中，其內(nèi)能可能增加 E．中午聞到食堂炒菜的香味是因為分子的運動 答案　ADE 解析　固體很難被壓縮是因為分子之間有斥力，A正確；物體吸收熱量時如果同時對外做功，其內(nèi)能不一定增加，B錯誤；內(nèi)能大小取決于溫度、體積和物質(zhì)的量，故溫度高的物體，其內(nèi)能不一定大，C錯誤；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，氣體在對外做功的過程中，如果同時吸熱，且吸熱大于做功，則其內(nèi)能可能增加，D正確；根據(jù)分子動理論可知E正確。 6.如圖為某同學設計的噴水裝置，內(nèi)部裝有2 L水，上部密封1 atm的空氣0.5 L，保持閥門關閉，再充入1 atm的空氣0.1 L，設在所有過程中空氣可看作理想氣體，且溫度不變，外界大氣壓為1 atm，下列說法正確的有(　　) A．充氣后，密封氣體壓強增加 B．充氣后，密封氣體分子的平均動能增加 C．打開閥門后，密封氣體對外界做正功 D．打開閥門后，不再充氣也能把水噴光 答案　AC 解析　當V、T不變時，增加氣體，從氣體壓強的微觀角度理解可知，p增大，A正確；密封氣體的溫度不變，密封氣體分子的平均動能就不變，B錯誤；充氣后，密封氣體壓強大于外界大氣壓強，故打開閥門后，密封氣體就會壓水把水噴出，顯然密封氣體對外界做正功，C正確；打開閥門后，密封氣體壓水把水噴出，氣體體積變大，壓強變小，當密封氣體壓強與裝置內(nèi)剩余水的壓強之和與外界大氣壓強相等的時候，就不再噴水了，因此不再充氣時不能把水噴光，D錯誤。 7．[2018河北衡水模擬]下列說法正確的是(　　) A．溫度升高，分子熱運動的平均動能增大，但并非每個分子的速率都增大 B．物體吸收熱量時其內(nèi)能不一定增大 C．對于一定量的理想氣體，在分子平均動能不變時，分子間的平均距離減小則壓強也減小 D．溫度越高的理想氣體，分子運動越劇烈，因此其內(nèi)能大于溫度低的理想氣體 E．一定量的理想氣體在某過程中從外界吸熱2.5104 J，并對外界做功1.0104 J，則氣體的溫度升高，密度減小 答案　ABE 解析　溫度是分子平均動能的標志，溫度升高，分子的平均動能增大，分子熱運動加劇，但有些分子的速率可能還會減小，A正確；做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，物體吸收熱量時若同時對外做功，且對外做的功大于吸收的熱量時，則其內(nèi)能減小，B正確；一定量的理想氣體，分子平均動能不變時，分子間平均距離減小，則體積減小，分子的密集程度增大，故氣體的壓強增大，C錯誤；內(nèi)能是組成物質(zhì)的所有分子的分子動能和分子勢能之和，溫度越高的氣體，分子運動越劇烈，分子平均動能越大，理想氣體沒有分子勢能，但還與氣體的物質(zhì)的量有關，故不能確定誰的內(nèi)能大，D錯誤；由ΔU＝W＋Q，可知ΔU＝1.5104 J，即氣體內(nèi)能增加，溫度升高，又因氣體對外做功，體積增大，故密度減小，E正確。 8．對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是(　　) A．保持氣體的壓強不變，改變其溫度，可以實現(xiàn)其內(nèi)能不變 B．若氣體的溫度逐漸升高，則其壓強可以保持不變 C．氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關 D．當氣體體積逐漸增大時，氣體的內(nèi)能一定減小 答案　BC 解析　一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅決定于溫度，A錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體可以經(jīng)歷等壓膨脹的過程，溫度升高，壓強不變，B正確；功和熱傳遞都可以改變氣體的內(nèi)能，做功和熱傳遞使氣體溫度升高1 K，氣體吸收的熱量不同，故C正確；氣體體積增大時，溫度可能不變，可能升高，也可能降低，D錯誤。 9．[2017廣東佛山模擬]關于熱現(xiàn)象和熱學規(guī)律，下列說法正確的是(　　) A．只要知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的體積 B．氣體溫度升高，分子的平均動能一定增大 C．溫度一定時，懸浮在液體中的固體顆粒越小，布朗運動越明顯 D．一定溫度下，同一液體的飽和汽的壓強是一定的 E．第二類永動機不可能制成是因為它違反了能量守恒定律 答案　BCD 解析　知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，可以算出每個氣體分子占據(jù)的空間，但不能算出氣體分子體積(分子間隙大)，A錯誤；溫度是分子平均動能的標志，故氣體溫度升高，分子的平均動能一定增大，B正確；溫度一定時，懸浮在液體中的固體顆粒越小，布朗運動就越明顯，C正確；同一液體的飽和汽壓只與溫度有關，所以一定溫度下，同一液體的飽和汽的壓強是一定的，D正確；第二類永動機不違反能量守恒定律，第二類永動機不可能制成是因為它違反了熱力學第二定律，E錯誤。 10.封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)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的變化關系如圖所示，該氣體的摩爾質(zhì)量為M，狀態(tài)A的體積為V0，溫度為T0，O、A、D三點在同一直線上，阿伏加德羅常數(shù)為NA。 由狀態(tài)A變到狀態(tài)D過程中(　　) A．氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加 B．氣體體積增大，單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)減少 C．氣體溫度升高，每個氣體分子的動能都會增大 D．氣體的密度不變 答案　AB 解析　由狀態(tài)A到狀態(tài)D，溫度升高，內(nèi)能增加，體積變大，對外做功，由熱力學第一定律知，氣體一定從外界吸收熱量，A正確；氣體溫度升高，分子平均動能增大，壓強不變，故單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)減少，B正確；溫度升高，氣體分子的平均動能增大，但不是每個氣體分子的動能都會增大，C錯誤；氣體質(zhì)量不變，體積增大了，所以氣體的密度減小，D錯誤。 11．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)。這就是著名的“卡諾循環(huán)”。該循環(huán)過程中，下列說法正確的是(　　) A．A→B過程中，外界對氣體做功 B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大 C．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化 答案　CD 解析　A→B體積增大，氣體對外做功，A錯誤；B→C體積增大，氣體對外做功，W<0、Q＝0，由熱力學第一定律，ΔU＝W＋Q知內(nèi)能減少，溫度降低，分子平均動能減小，B錯誤；C→D，T不變，分子平均動能不變，V減小，p增大，C正確；D→A，V減小，外界對氣體做功，W>0，Q＝0，ΔU>0，T增大，氣體分子平均速率增大，速率分布曲線發(fā)生變化，D正確。 12．[2017哈爾濱第三中學模擬]下列關于分子運動和熱現(xiàn)象的說法正確的是(　　) A．氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子之間存在勢能的緣故 B．一定量100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加 C．對于一定量的氣體，如果壓強不變，體積增大，那么它一定從外界吸熱 D．如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，因此壓強必然增大 E．一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和 答案　BCE 解析　氣體分子間距越大，分子間的分子力越小，分子永不停息地做無規(guī)則運動，所以氣體如果失去了容器的約束就會散開，A錯誤；一定量100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，內(nèi)能增加，分子平均動能不變，分子勢能增加，B正確；由＝C可知，對于一定量的氣體，如果壓強不變，體積增大則溫度升高，體積增大對外做功，溫度升高則內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體一定從外界吸收熱量，C正確；氣體分子總數(shù)不變，氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，但不知氣體體積的變化情況，因此壓強不一定增大，D錯誤；一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和，E正確。 二、非選擇題(本題共3小題，共28分) 13．(8分)如下圖所示，一環(huán)形玻璃管放在水平面內(nèi)，管內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的理想氣體，一固定的活塞C和一能自由移動的活塞A將管內(nèi)的氣體分成體積相等的兩部分Ⅰ、Ⅱ?，F(xiàn)保持氣體Ⅱ的溫度不變?yōu)門0＝300 K，對氣體Ⅰ緩慢加熱至T＝500 K，求此時氣體Ⅰ、Ⅱ的體積之比。(活塞絕熱且不計體積) 答案　5∶3 解析　設環(huán)形玻璃管內(nèi)Ⅰ、Ⅱ兩部分的初始體積為V0，加熱前后兩部分氣體的壓強分別為p0、p，Ⅰ中氣體體積的增加量為ΔV，由理想氣體狀態(tài)方程，對Ⅰ中氣體有＝，由玻意耳定律，對Ⅱ中氣體有p0V0＝p(V0－ΔV)，代入數(shù)據(jù)，解得ΔV＝， 故此時氣體Ⅰ、Ⅱ的體積之比為＝。 14．(10分)如圖所示，透熱的汽缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體，缸體質(zhì)量M＝200 kg，活塞質(zhì)量m＝10 kg，活塞橫截面積S＝100 cm2?；钊c汽缸壁無摩擦且不漏氣。此時，缸內(nèi)氣體的溫度為27 ℃，活塞位于汽缸正中，整個裝置都靜止。已知大氣壓恒為p0＝1.0105 Pa，重力加速度為g＝10 m/s2。求： (1)汽缸內(nèi)氣體的壓強p1； (2)汽缸內(nèi)氣體的溫度升高到多少時，活塞恰好會靜止在汽缸缸口AB處？此過程中汽缸內(nèi)的氣體是吸熱還是放熱？ 答案　(1)3.0105 Pa　(2)327 ℃　吸熱 解析　(1)以汽缸為研究對象，受力分析如圖所示： 列平衡方程：Mg＋p0S＝p1S， 解得：p1＝＝＋1.0105 Pa＝3.0105 Pa。 (2)設缸內(nèi)氣體溫度升到t2時，活塞恰好會靜止在汽缸口。 該過程是等壓變化過程，由蓋—呂薩克定律得： ＝，＝， 解得t2＝327 ℃， 氣體體積增大，對外做功，同時溫度升高內(nèi)能增大，所以透熱的汽缸一定從外界吸收熱量。 15.[2017鄭州高三質(zhì)檢](10分)一定質(zhì)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pV圖象如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27 ℃，求： (1)該氣體在狀態(tài)B時的溫度； (2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量。 答案　(1)－173 ℃　(2)200 J 解析　(1)對于理想氣體：A→B， 由查理定律得：＝， 即：TB＝TA＝100 K， 所以：tB＝T－273 ℃＝－173 ℃。 (2)B→C過程由蓋—呂薩克定律得：＝， 解得：TC＝300 K，所以：tC＝27 ℃， A、C溫度相等，ΔU＝0 A→C的過程，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得： Q＝ΔU－W＝pBΔVBC＝1105 Pa(310－3 m3－110－3 m3)＝200 J，即氣體從外界吸熱200 J。