（山東專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒練習(xí)（含解析）新人教版選修3-3

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1、第3節(jié)　熱力學(xué)定律與能量守恒 1.(多選)下面關(guān)于熵的說法中正確的是(　ABD　) A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動無序性的量度 B.在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小 C.熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理 D.熵值越大代表越無序 解析:一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動無序性增大的方向進(jìn)行,這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義,系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子向無序程度大的狀態(tài)變化的過程.自然過程的方向性可以表述為:在任何自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小,因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理.故A,B,D正確,C錯誤. 2.(2019·內(nèi)蒙古包頭模擬)已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比,如圖

2、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(　B　) 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 解析:題圖中虛線是等溫線,由理想氣體狀態(tài)方程=C知,在p一定時V∝T,所以汽缸內(nèi)氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2時溫度先降低后升高,即理想氣體的內(nèi)能先減小后增大,選項B正確. 3.(2018·河北保定模擬)如圖,內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱良好的汽缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體.當(dāng)環(huán)境溫度升高時,下列對缸內(nèi)氣體說法正確的是(　B　) A.內(nèi)能減少 B.對外做功 C.壓強(qiáng)增大 D.分子間的引力和斥力都增大 解析:因汽缸導(dǎo)

3、熱良好,故環(huán)境溫度升高時封閉氣體溫度亦升高,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,選項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(qiáng)p=p0+不變,選項C錯誤;由蓋—呂薩克定律=恒量,可知?dú)怏w體積膨脹,對外做功,選項B正確;理想氣體分子間除碰撞瞬間外無相互作用力,選項D錯誤. 4.(2018·河北廊坊模擬)(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法正確的是(　AC　) A.為了增加物體的內(nèi)能,必須對物體做功或向它傳遞熱量 B.對某物體做功,必定會使該物體的內(nèi)能增加 C.可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣? D.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物

4、體 解析:為了增加物體的內(nèi)能,必須對物體做功或向它傳遞熱量,選項A正確;對某物體做功,不一定會使該物體的內(nèi)能增加,選項B錯誤;可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?但會產(chǎn)生其他影響,選項C正確;可以使熱量從低溫物體傳向高溫物體,選項D錯誤. 5.(2018·吉林長春模擬)(多選)如圖所示,絕熱隔板K把絕熱的汽缸分隔成體積相等的兩部分,K與汽缸壁的接觸是光滑的.兩部分中分別盛有相同質(zhì)量、相同溫度的同種氣體a和b.氣體分子之間相互作用勢能可忽略.現(xiàn)通過電熱絲對氣體a加熱一段時間后,a,b各自達(dá)到新的平衡(　BC　) A.a的體積增大了,壓強(qiáng)變小了 B.b的溫度升高了 C.加熱后a的

5、分子熱運(yùn)動比b的分子熱運(yùn)動更劇烈 D.a增加的內(nèi)能小于b增加的內(nèi)能 解析:a氣體吸收熱量,體積增大,使隔板K壓縮b氣體,由熱力學(xué)第一定律可知,b氣體內(nèi)能增加,即溫度升高,選項B正確;對a,b兩部分氣體來說,加熱前p,V,T皆相等,加熱后,pa=pb,Va>Vb,由=C可知壓強(qiáng)增大,Ta>Tb,選項C正確,A,D錯誤. 6.(多選)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,在這一過程中,下列表述正確的是(　AD　) A.氣體從外界吸收熱量 B.氣體分子的平均動能減小 C.外界對氣體做正功 D.氣體分子撞擊器壁的作用力增大 解析:a→b氣體體積增大,對外做功,W<0,選

6、項C錯誤;pV增大,溫度升高,分子平均動能增大,分子撞擊器壁的作用力增大,選項B錯誤,D正確;根據(jù)ΔU=W+Q,知Q>0,氣體吸熱,選項A正確. 7.(2019·湖南邵陽模擬)(多選)下列說法正確的是(　AC　) A.飽和汽壓隨溫度升高而增大,與體積無關(guān) B.氣體分子熱運(yùn)動的平均動能減少,氣體的壓強(qiáng)一定減小 C.在任何一個自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小 D.單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)增加,氣體的壓強(qiáng)一定增大 解析:飽和汽壓與液體的種類和溫度有關(guān),隨溫度升高而增大,與體積無關(guān),選項A正確;氣體分子熱運(yùn)動的平均動能減少,即氣體溫度降低,根據(jù)公式=C,壓強(qiáng)不一定減小,選項B錯誤;自然界

7、的宏觀熱過程都具有方向性,在任何一個自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小,選項C正確;單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)增加,但分子運(yùn)動的平均速率有可能減小,氣體壓強(qiáng)不一定增加,選項D錯誤. 8.(多選)對一定質(zhì)量的理想氣體,下列現(xiàn)象可能發(fā)生的有(　BC　) A.外界對氣體做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強(qiáng)降低 B.氣體從外界吸熱,氣體的溫度降低,氣體的壓強(qiáng)降低 C.氣體對外界做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強(qiáng)不變 D.氣體對外界放熱,氣體的溫度不變,氣體的壓強(qiáng)不變 解析:外界對氣體做功,說明氣體體積減小,氣體的溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=C,則壓強(qiáng)p一定增大,選項A錯誤;氣體從外界吸熱,溫度

8、降低,根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定對外界做了功,即體積增大,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T降低,則p一定降低,選項B正確;氣體對外界做功,氣體的溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T升高,則p可能不變,選項C正確;氣體對外界放熱,氣體的溫度不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,外界對氣體做了功,即體積減小,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V減小,T不變,壓強(qiáng)必然增大,選項D錯誤. 9.(2019·遼寧丹東模擬)(多選)對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列說法正確的是(　BC　) A.保持氣體的壓強(qiáng)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(qiáng)可以保持不變 C.氣體溫度每升高1 K所吸收

9、的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān) D.當(dāng)氣體體積逐漸增大時,氣體的內(nèi)能一定減小 解析:因為一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅取決于溫度,所以選項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,選項B正確;因為做功和熱傳遞都可以使氣體的溫度升高,選項C正確;氣體體積增大的過程中,溫度可能不變,可能升高,也可能降低,選項D錯誤. 10.(2019·河北唐山模擬)(多選)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(xué)溫度T的關(guān)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(　AB　)

10、 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 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(xué)第一定律知,氣體一定從外界吸收熱量,選項A正確;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,選項B正確;溫度升高,氣體分子的平均動能增大,但每個氣體分子的動能不一定增大,選項C錯誤;因氣體體積增大了,所以氣體的密度減小了,選項D 錯誤. 11.(2019·山西臨汾模擬)如圖中A,B汽缸的長度為L=30 cm,橫截面積為S=20 cm2,C是

11、可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的、體積不計的活塞,D為閥門.整個裝置均由導(dǎo)熱材料制成.起初閥門關(guān)閉,A內(nèi)有壓強(qiáng)pA=2.0×105 Pa的氮?dú)?B內(nèi)有壓強(qiáng) pB=1.0×105 Pa的氧氣,活塞C在B汽缸左側(cè).閥門打開后,活塞C向右移動,最后達(dá)到平衡. (1)求活塞C移動的距離及平衡后B中氣體的壓強(qiáng); (2)活塞C移動過程中A中氣體對外做功為25 J,則A中氣體是吸熱還是放熱?吸收或者放出的熱量為多少?(假定氧氣和氮?dú)饩鶠槔硐霘怏w,連接汽缸的管道體積可忽略) 解析:(1)由玻意耳定律 對A部分氣體有pALS=p(L+x)S 對B部分氣體有pBLS=p(L-x)S 代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得x=10

12、 cm,p=1.5×105 Pa. (2)氣體發(fā)生等溫變化,內(nèi)能不變,ΔU=0 活塞C向右移動的過程中A中氣體對外做功25 J, W=-25 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q 所以Q=-W=25 J,故A中氣體從外界吸熱,吸收的熱量為25 J. 答案:(1)10 cm　1.5×105 Pa　(2)吸熱　25 J 12.如圖所示,ABC為粗細(xì)均勻的“L”形細(xì)玻璃管,A端封閉,C端開口.開始時AB豎直,BC水平,BC內(nèi)緊靠B端有一段長l1=30 cm的水銀柱,AB內(nèi)理想氣體長度l2=20 cm.現(xiàn)將玻璃管以B點為軸在豎直面內(nèi)逆時針緩慢旋轉(zhuǎn)90°,使AB水平.環(huán)境溫度不變,大氣壓強(qiáng)p

13、0=75 cmHg,求: (1)旋轉(zhuǎn)后水銀柱進(jìn)入AB管的長度; (2)玻璃管旋轉(zhuǎn)過程中,外界對封閉氣體做正功還是做負(fù)功?氣體吸熱還是放熱? 解析:(1)對封閉氣體,初態(tài)壓強(qiáng)為p0,末態(tài)為p1,設(shè)玻璃管截面積為S,水銀進(jìn)入AB管的長度為x,根據(jù)玻意耳定律 p0Sl2=p1S(l2-x) p1=p0+pl1-px 代入數(shù)據(jù)得x=5 cm. (2)外界對氣體做正功,而氣體的溫度不變,即內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體放熱. 答案:(1)5 cm　(2)正功　放熱 13.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B到狀態(tài)C,此過程中氣體吸收的熱量Q=7.0×102 J.已知在狀態(tài)A時氣體溫度為TA=300 K,求: (1)在狀態(tài)B,C時氣體的溫度; (2)此過程中氣體內(nèi)能的增量. 解析:(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)B,氣體發(fā)生等壓變化, 則=,解得TB=400 K, 從狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體發(fā)生等容變化,則=, 解得TC=800 K. (2)理想氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,對外做的功 W=pA(VB-VA)=1.0×105×(8.0-6.0)×10-3 J=2.0×102 J, 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=Q-W, 代入數(shù)據(jù)得ΔU=5.0×102 J. 答案:(1)400 K　800 K (2)5.0×102 J 6