2020版高考物理一輪復習 課后限時作業(yè)49 熱力學定律與能量守恒定律（含解析）新人教版

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1、課后限時作業(yè)49　熱力學定律與能量守恒定律 時間：45分鐘 1．(多選)健身球是一個充滿氣體的大皮球，現把健身球放在水平地面上．若在人體壓向健身球的過程中球內氣體溫度保持不變，則(　BD　) A．氣體分子的平均動能增大 B．氣體的密度增大 C．氣體的內能增大 D．外界對氣體做功 解析：在人壓向健身球的過程中，外界對球做功，氣體所占的體積減小，故氣體的密度增大；氣體溫度不變，故氣體分子的平均動能不變；由于外界對氣體做功，但氣體溫度不變，故內能不變；由熱力學第一定律可知，氣體對外放熱；故A、C錯誤；B、D正確． 2.(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經歷過程1或者過程2到達狀

2、態(tài)N，其p-V圖象如圖所示．在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經歷等容變化再經歷等壓變化．對于這兩個過程，下列說法正確的是(　ABE　) A．氣體經歷過程1，其溫度降低 B．氣體經歷過程1，其內能減小 C．氣體在過程2中一直對外放熱 D．氣體在過程2中一直對外做功 E．氣體經歷過程1的內能改變量與經歷過程2的相同 解析：氣體經歷過程1，壓強減小，體積變大，氣體膨脹對外做功，內能減小，故溫度降低，選項A、B正確；氣體在過程2中，根據理想氣體狀態(tài)方程＝C，則開始時，氣體體積不變，壓強減小，則溫度降低，對外放熱；然后壓強不變，體積變大，氣體膨脹對外做功，則溫度升

3、高，需要吸熱，故選項C、D錯誤；過程1和過程2的初、末狀態(tài)相同，故氣體內能改變量相同，選項E正確． 3．(多選)下列說法正確的是(　CDE　) A．當分子間距離為平衡距離時分子勢能最大 B．飽和汽壓隨溫度的升高而減小 C．對于一定質量的理想氣體，當分子熱運動變劇烈時，壓強可以不變 D．熵增加原理說明一切自然過程總是向著分子熱運動的無序性增大的方向進行 E．由于液面表面分子間距離大于液體內部分子間的距離，所以液體表面具有收縮的趨勢 解析：當分子間距離為平衡距離時分子勢能最小，故A錯誤；飽和汽壓隨溫度的升高而增大，故B錯誤；當分子的熱運動變劇烈時，溫度升高，若體積同時增大，壓強可以不

4、變，故C正確；熵增加原理說明一切自然過程總是向著分子熱運動的無序性增大的方向進行，故D正確；由于液體表面分子間距離大于液體內部分子間的距離，液面分子間表現為引力，故液體表面有收縮趨勢，故E正確． 4．(多選)關于氣體的內能，下列說法正確的是(　CDE　) A．質量和溫度都相同的氣體，內能一定相同 B．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內能越大 C．氣體被壓縮時，內能可能不變 D．一定量的某種理想氣體的內能只與溫度有關 E．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內能一定增加 解析：氣體的內能由物質的量、溫度和體積決定，質量和溫度都相同的氣體，內能可能不同，A錯誤．內能與物體的運動速

5、度無關，B錯誤．氣體被壓縮時，同時對外傳熱，根據熱力學第一定律知內能可能不變，C正確．一定量的某種理想氣體的內能只與溫度有關，D正確．根據理想氣體狀態(tài)方程，一定量的某種理想氣體在壓強不變的情況下，體積變大，則溫度一定升高，內能一定增加，E正確． 5．(多選)下列說法中正確的是(　ABE　) A．在較暗的房間里，看到透過窗戶的“陽光柱”里粉塵的運動不是布朗運動 B．氣體分子速率呈現出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律 C．隨著分子間距離增大，分子間作用力減小，分子勢能也減小 D．一定量的理想氣體發(fā)生絕熱膨脹時，其內能不變 E．一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行 解析：布

6、朗運動是懸浮在液體或氣體中固體小顆粒的無規(guī)則運動，在較暗的房間里可以觀察到射入屋內的陽光中有懸浮在空氣里的小顆粒在飛舞，是由于氣體的流動造成的，這不是布朗運動，故A正確；麥克斯韋提出了氣體分子速率分布的規(guī)律，即“中間多，兩頭少”，故B正確；分子力的變化比較特殊，隨著分子間距離的增大，分子間作用力不一定減小，當分子表現為引力時，分子做負功，分子勢能增大，故C錯誤；一定量理想氣體發(fā)生絕熱膨脹時，不吸收熱量，同時對外做功，其內能減小，故D錯誤；根據熱力學第二定律可知，一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，故E正確． 6．(多選)下列說法正確的是(　ACD　) A．單晶體冰糖磨碎后

7、熔點不會發(fā)生變化 B．足球充足氣后很難壓縮，是足球內氣體分子間斥力作用的結果 C．一定質量的理想氣體經過等容過程，吸收熱量，其內能一定增加 D．自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的 E．一定質量的理想氣體體積保持不變，單位體積內分子數不變，溫度升高，單位時間內撞擊單位面積上的分子數不變 解析：單晶體冰糖有固定的熔點，磨碎后物質微粒排列結構不變，熔點不變，A正確；足球充足氣后很難壓縮是由于足球內外的壓強差的原因，與氣體的分子之間的作用力無關，B錯誤；一定質量的理想氣體經過等容過程，吸收熱量，沒有對外做功，根據熱力學第一定律可知，其內能一定增加，故C正確；根據熱力學

8、第二定律可知，自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，故D正確；一定質量的理想氣體體積保持不變，單位體積內分子數不變，溫度升高，分子的平均動能增大，則平均速率增大，單位時間內撞擊單位面積上的分子數增大，E錯誤． 7．(多選)關于第二類永動機，下列說法中正確的是(　ACE　) A．第二類永動機是指沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機 B．第二類永動機違背了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二類永動機違背了熱力學第二定律，所以不可能制成 D．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為

9、機械能 E．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引起其他變化 解析：由第二類永動機的定義知，A正確；第二類永動機違背了熱力學第二定律，故B錯誤，C正確；機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，而不引起其他變化，故E正確，D錯誤． 8．(多選)下列說法中正確的是(　ABC　) A．氣體放出熱量，其分子的平均動能可能增大 B．布朗運動不是液體分子的運動，但它可以說明液體分子在永不停息地做無規(guī)則運動 C．當分子力表現為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 D．第二類永動機和第一類永動機都不能制成，原因也

10、是相同的 E．某氣體的摩爾體積為V，每個分子的體積為V0，則阿伏加德羅常數可表示為NA＝ 解析：根據熱力學第一定律，氣體放出熱量，若外界對氣體做功，使氣體溫度升高，其分子的平均動能增大，故A正確；布朗運動是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運動，不是液體分子的運動，但它可以說明液體分子在永不停息地做無規(guī)則運動，故B正確；當分子力表現為斥力時，分子力總是隨分子間距離的減小而增大，隨分子間距離的減小，分子力做負功，所以分子勢能也增大，故C正確；第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機違背了熱力學第二定律，故D錯誤；某固體或液體的摩爾體積為V，每個分子的體積為V0，則阿伏加德羅常數可表示為NA

11、＝，對于氣體此式不成立，故E錯誤． 9.內壁光滑的汽缸通過活塞封閉有壓強為1.0×105 Pa、溫度為27 ℃的氣體，初始活塞到汽缸底部距離為50 cm，現對汽缸加熱，氣體膨脹而活塞右移．已知汽缸橫截面積為200 cm2，總長為100 cm，大氣壓強為1.0×105 Pa. (1)計算當溫度升高到927 ℃時，缸內封閉氣體的壓強； (2)若在此過程中封閉氣體共吸收了800 J的熱量，試計算氣體增加的內能． 解析：(1)由題意可知，在活塞移動到汽缸口的過程中，氣體發(fā)生的是等壓變化．設活塞的橫截面積為S，活塞未移動時封閉氣體的溫度為T1，當活塞恰好移動到汽缸口時，封閉氣體的溫度為T

12、2，則由蓋—呂薩克定律可知： ＝，又T1＝300 K 解得：T2＝600 K，即327 ℃，因為327 ℃<927 ℃，所以氣體接著發(fā)生等容變化，設當氣體溫度達到927 ℃時，封閉氣體的壓強為p，由查理定律可以得到： ＝， 代入數據整理可以得到：p＝2.0×105 Pa. (2)由題意可知，氣體膨脹過程中活塞移動的距離Δx＝1 m－0.5 m＝0.5 m，故大氣壓力對封閉氣體所做的功為W＝－p0SΔx，代入數據解得：W＝－1 000 J， 由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q 得到：ΔU＝－1 000 J＋800 J＝－200 J. 答案：(1)2.0×105 Pa　(2)－200 J

13、 10.如圖所示，體積為V、內壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的理想氣體．p0和T0分別為外界大氣的壓強和溫度．已知：氣體內能U與溫度T的關系為U＝aT，a為正的常量；容器內氣體的所有變化過程都是緩慢的，求： (1)缸內氣體與大氣達到平衡時的體積V1； (2)在活塞下降過程中，汽缸內氣體放出的熱量Q. 解析：(1)在氣體由壓強p＝1.2p0到p0時，V不變，溫度由2.4T0變?yōu)門1，由查理定律得：＝， 解得T1＝2T0 在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中，體積由V減小到V1，氣體壓強不變，由蓋—呂薩克定律得＝，

14、 解得：V1＝0.5V. (2)活塞下降過程中， 活塞對氣體做的功為W＝p0(V－V1) 在這一過程中，氣體內能的減少為ΔU＝a(T1－T0) 由熱力學第一定律得，汽缸內氣體放出的熱量為 Q＝W＋ΔU　得：Q＝p0V＋aT0. 答案：(1)0.5V　(2)p0V＋aT0 11.如圖所示，一根兩端開口、橫截面積為S＝2 cm2且足夠長的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定(插入水銀槽中的部分足夠深)．管中有一個質量不計的光滑活塞，活塞下封閉著長L＝21 cm的氣柱，氣體的溫度為t1＝7 ℃，外界大氣壓為p0＝1.0×105 Pa(相當于75 cm高汞柱產生的壓強)． (1)若在活塞

15、上放一個質量為m＝0.1 kg的砝碼，保持氣體的溫度t1不變，則平衡后氣柱為多長？(g取10 m/s2) (2)若保持砝碼的質量不變，對氣體加熱，使其溫度升高到t2＝77 ℃，此時氣柱為多長？ (3)若在(2)的過程中，氣體吸收的熱量為10 J，則氣體的內能增加多少？ 解析：(1)被封閉氣體的初狀態(tài)：p1＝p0＝1.0×105 Pa，V1＝LS＝42 cm3，T1＝280 K，末狀態(tài)：p2＝p0＋＝1.05×105 Pa，V2＝L2S，T2＝T1＝280 K，根據玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2，得L2＝20 cm； (2)對氣體加熱后，氣體的壓強不變，p3＝p2，

16、V3＝L3S，T3＝350 K，根據蓋—呂薩克定律，有＝，即＝，得L3＝25 cm； (3)氣體對外做的功W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05 J，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝10 J＋(－1.05 J)＝8.95 J，即氣體的內能增加了8.95 J. 答案：(1)20 cm　(2)25 cm　(3)8.95 J 12.如圖所示，一個絕熱的汽缸豎直放置，內有一個絕熱且光滑的活塞，中間有一個固定的導熱性良好的隔板，隔板將汽缸分成兩部分，分別密封著兩部分理想氣體A和B.活塞的質量為m，橫截面積為S，與隔板相距h.現通過電熱絲緩慢加熱氣體，當氣體吸收熱量Q時，活塞上升了h，

17、此時氣體的溫度為T1.已知大氣壓強為p0，重力加速度為g. (1)加熱過程中，若A氣體內能增加了ΔE1，求B氣體內能增加量ΔE2； (2)現停止對氣體加熱，同時在活塞上緩慢添加砂粒，當活塞恰好回到原來的位置時A氣體的溫度為T2.求此時添加砂粒的總質量Δm. 解析：(1)B氣體對外做功W＝pSh＝(p0S＋mg)h， 由熱力學第一定律得ΔE1＋ΔE2＝Q－W， 解得ΔE2＝Q－(mg＋p0S)h－ΔE1； (2)B氣體的初狀態(tài)：p1＝p0＋，V1＝2hS，B氣體的末狀態(tài)：p2＝p0＋，V2＝hS，由理想氣體狀態(tài)方程得＝，解得Δm＝. 答案：(1)Q－(mg＋p0S)h－ΔE1 (2) 7