【骄子之路】2023高考物理一轮复习 11.3热力学定律与能量守恒课时强化作业

课时强化作业四十五　热力学定律与能量守恒一、选择题1．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小解析：M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，W＞0，下滑过程不与外界发生热交换，Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知内能增大，A正确，B、C、D错误．答案：A2．关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析：改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，选项A正确；对物体做功的同时向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，选项B错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，选项C正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，选项D错误；根据热力学第二定律可知，选项E正确．答案：ACE3.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：猛推推杆，封闭在套筒中的气体被压缩，外界对气体做功，套筒由牛角做成，导热能力很差，且压缩过程用时极短，故压缩过程可看做绝热过程．由ΔE＝W可知气体的内能增加，温度升高，根据＝C可知因T增大，V减小，故p增大，选项B正确．6\n答案：B4.如图所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．气缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　)A．右边气体温度升高，左边气体温度不变B．左右两边气体温度都升高C．左边气体压强增大D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量解析：由于气缸壁和隔板都绝热，内部气体之间、内部气体与外界气体之间都没有热传递．当电热丝通电后，右边的气体温度升高、压强增大而左边气体压强不变，右边气体对隔板的压力大于左边，将隔板向左推，压缩左边的气体做功，根据热力学第一定律，左边气体的内能增加，气体的温度升高，左边的气体压强增大，A错误，BC正确；由于右边气体通过隔板对左边气体做功要消耗内能，右边气体内能的增加量为电热丝放出的热量减去对左边气体所做的功，D错．答案：BC5．关于物体的内能及热力学定律，下列说法正确的是(　　)A．物体的内能是指物体内所有分子动能和所有分子势能的总和，物体内能的多少，跟物体的种类、质量、物态、温度、体积都有关B．系统对外界做功，同时系统吸热，则系统的温度一定变化C．一定质量的理想气体，保持压强不变，吸热膨胀，气体的内能一定增加，吸收的热量一定大于内能的增量D．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此都不可能制成E．对任何一类宏观自然过程进行方向性的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的解析：物体的内能是指物体内所有分子动能和所有分子势能的总和，物体的内能的多少，是由系统状态决定的，跟物体的种类、质量、物态、体积均有关，选项A正确；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，系统对外做功，同时系统吸热，若Q＝－W，内能不变，温度可能不变，若Q≠－W，内能一定变化，温度可能变化，选项B错误，一定质量的理想气体，保持压强不变，体积膨胀，则气体的温度一定升高，内能一定增加，吸收热量的同时气体对外做功，故吸收热量一定大于内能的增量，选项C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，并不违背热力学第一定律，故选项D错误；热力学第二定律揭示了一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，即自然界的一切宏观过程进行都具有方向性，在不产生其他影响的情况下，都是不可逆的，选项E正确．答案：ACE6．下列说法中正确的是(　　)6\nA．气体的状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增加，气体的压强一定增大B．晶体和非晶体的主要区别在于晶体具有固定的熔点C．一切自发过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行D．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，但斥力减小得更快，所以分子间的作用力表现为引力E．一定质量的理想气体，放热的同时外界对其做功，其内能可能减少解析：气体的温度升高，气体的内能增加，但气体的压强不一定增大，故选项A错误；晶体有固定的熔点，非晶体没有固有熔点，选项B正确；一切自发的过程总是向着分子无序程度增大的方向进行，符合熵增原理，选项C正确；随着分子间距离增大，分子间相互作用的引力和斥力都随距离的增大而减小，斥力减小比引力减小的快，但分子间作用力在距离较小时表现为斥力，在距离较大时表现为引力，故选项D错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，放热的同时对其做功，其内能可能减小，选项E正确．答案：BCE7．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是(　　)A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．若气体的内能不变，其状态也一定不变C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大解析：对一定质量的理想气体，有＝常量，当体积和压强不变时，温度也不变，而其内能仅由温度决定，故其内能不变，因此A正确．在等温时，理想气体内能不变，但其状态可以变化，并遵循玻意耳定律，故B错．由于＝常量，当V与T成正比时，p不变，故C错．对气体，在等压和等容情况下，比热容不同，因此D正确．由于理想气体的内能仅由温度决定，温度升高，内能增大，故E正确．答案：ADE8.一定质量的理想气体状态变化过程如图所示，第1种变化是从A到B，第2种变化是从A到C.比较两种变化过程，则(　　)A．A到C过程气体吸收热量较多B．A到B过程气体吸收热量较多C．两个过程气体吸收热量一样D．两个过程气体内能增加不相同解析：在pT图中，等容线是过原点的倾斜直线，由题图可知VC＞VA＞VB，故从A→C，气体对外做功较多，由TB＝TC可知两过程内能增量相同，根据ΔU＝W＋Q可知，从A→C，气体吸收热量较多，选项A正确，而B、C、D错误．6\n答案：A二、非选择题9．(1)第一类永动机不可能制成是因为其违反了________，第二类永动机不可能制成是因为其违反了________．(2)在一个大气压下，水在沸腾时，1g水吸收2263.8J的热量后由液态变成同温度的气态，其体积由1.043cm3变成1676cm3，求：①1g水所含的分子个数；②体积膨胀时气体对外界做的功；③气体的内能变化．(大气压强p0＝1.0×105Pa，水的摩尔质量为M＝18g/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1)解析：(2)①1g水所含的分子个数为n＝×6×1023＝3.3×1022(个)．②气体体积膨胀时对外做的功为W＝p0×ΔV＝105×(1676－1.043)×10－6J＝167.5J.③根据热力学第一定律有：ΔU＝W＋Q＝(2263.8－167.5)J＝2096.3J.答案：(1)能量守恒定律　热力学第二定律　(2)①3.3×1022　②167.5J　③增加　2096.3J10．在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.解析：第一个过程温度不变，则气体内能的改变量ΔU1＝0，第二个过程内能的改变量ΔU2＝－5kJ，则两个过程内能的改变量总和ΔU＝ΔU1＋ΔU2＝－5kJ，由于第二个过程中空气的体积不变，则W2＝0，由热力学第一定律ΔU2＝W2＋Q2，得Q2＝－5kJ，第一个过程ΔU1＝W1＋Q1得Q1＝ΔU1－W1＝－24kJ，所以这两个过程中空气热量的变化量Q＝Q1＋Q2＝－29kJ，负号表示空气放出热量．答案：5　放出　2911．(2013年江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)．这就是著名的“卡诺循环”．(1)该循环过程中，下列说法正确的是________．A．A→B过程中，外界对气体做功6\nB．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A→B”、“B→C”、“C→D”或“D→A”)．若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ.(3)若该循环过程中的气体为1mol，气体在A状态时的体积为10L，在B状态时压强为A状态时的.求气体在B状态时单位体积内的分子数(已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，计算结果保留一位有效数字)．解析：(1)A→B的过程气体进行等温、体积增大的变化，则可知气体内能变化ΔU＝0，气体对外界做功，选项A错误；B→C过程为绝热过程，气体体积增大，气体对外界做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，选项B错误；C→D过程为等温变化，气体温度不变，体积减小，压强增大，单位时间内碰撞到单位面积器壁的分子数增多，选项C正确；D→A过程，气体为绝热过程，气体体积减小，外界对气体做功，则有W＞0，Q＝0，由热力学第一定律可知ΔU＞0，即气体内能增加，气体的温度升高，因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移，选项D错误．(2)该循环过程中，B→C气体温度降低，内能减小，由于一个循环中气体的内能不变，B→C，D→A是绝热过程，没有热量交换，因此整个过程吸收热量Q＝(63－38)kJ＝25kJ，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，ΔU＝0，则气体对外做功为25kJ.(3)A→B为等温过程，由玻意耳定律：pAVA＝pBVB，单位体积的分数N＝解得N＝＝4×1025m－3.答案：(1)C　(2)B→C　25　(3)4×1025m－312.一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pV图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27℃.则：(1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃？(2)该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？(3)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)由图象可知，气体由A状态到B状态进行等容变化，由查理定律，有＝，解TB＝＝100K，tB＝(TB－273)℃＝－173℃.6\n气体由B状态到C状态进行等压变化，由盖·吕萨克定律有＝得TC＝＝300K，tC＝(TC－273)℃＝27℃.(2)由于A状态的温度和C状态的温度相同，故内能相等，内能的变化量ΔU＝0.(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q.由A状态到C状态，体积膨胀，气体对外做功W＜0，则Q＞0，所以该过程是吸热过程，吸收热量Q.Q＝－W＝pΔV＝1×105×(3－1)×10－3＝200J.答案：(1)tB＝－173℃　tC＝27℃　(2)ΔU＝0　(3)吸热　200J13.如图，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2.4T0、压强为1.2p0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＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：(1)汽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)在气体由p＝1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4T0变为T1，由查理定律得＝，在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖·吕萨克定律得＝，解得(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W＝p0(V－V1)在这一过程中，气体内能的减少量为ΔU＝α(T1－T0)，由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q＝W＋ΔU，解得Q＝p0V＋αT0.答案：(1)V　(2)p0V＋αT06