2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)54 熱力學(xué)定律與能量守恒（含解析）

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1、作業(yè)54　熱力學(xué)定律與能量守恒 7 一、選擇題 1．(多選)根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識，判斷下列說法中正確的是(　　) A．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機械能 B．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體 C．盡管技術(shù)不斷進步，熱機的效率仍不能達到100% D．制冷機在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 E．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發(fā)展，第二類永動機可以制造出來 解析：機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引

2、起其他變化時也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，A正確；凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B錯誤；盡管科技不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，C正確；由能量守恒知，制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量與壓縮機工作時產(chǎn)生的熱量之和等于向室外放出的熱量，故D正確；第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，第二類永動機不可能制造出來，E錯誤． 答案：ACD 2．(多選)下列關(guān)于熱現(xiàn)象的描述不正確的是(　　) A．根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機的效率不可能達到100%

3、 B．做功和熱傳遞都是通過能量轉(zhuǎn)化的方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的 C．溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同 D．物體由大量分子組成，其單個分子的運動是無規(guī)則的，大量分子的運動也是無規(guī)則的 E．空調(diào)機作為制冷機使用時，將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，所以制冷機的工作不遵守?zé)崃W(xué)第二定律 解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，因此，熱機的效率不可能達到100%，選項A正確；做功是通過能量轉(zhuǎn)化改變系統(tǒng)的內(nèi)能，熱傳遞是通過能量的轉(zhuǎn)移改變系統(tǒng)的內(nèi)能，選項B錯誤；溫度是表示熱運動的物理量，熱傳遞過程中達到熱平衡時

4、，溫度相同，選項C正確；一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運動，選項D正確；由熱力學(xué)第二定律知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，空調(diào)機作為制冷機使用時，消耗電能，將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，選項E錯誤． 答案：BE 3．(2019年潮州朝安區(qū)高三模擬)(多選)對于一定量的氣體，下列說法正確的是(　　) A．氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達的空間的體積，而不是該氣體所有分子體積之和 B．只要能減弱氣體分子熱運動的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低 C．在完全失重的情況下，氣體對容器壁的壓強為零 D．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 E．氣體在等壓膨

5、脹過程中溫度一定升高 解析：氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達的空間的體積，A正確；溫度高，氣體分子熱運動就劇烈，B正確；在完全失重的情況下，分子熱運動不停息，氣體對容器壁的壓強不為零，C錯誤；做功也可以改變物體的內(nèi)能，D錯誤；氣體在等壓膨脹過程中溫度一定升高，E正確． 答案：ABE 4．(2019年東北三省四市模擬)(多選)下列說法中正確的是(　　) A．相互間達到熱平衡的兩物體的內(nèi)能一定相等 B．民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入火罐內(nèi)，當(dāng)紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地“吸”在皮膚上．其原因是火罐內(nèi)的氣體體積不變時，溫度降低，壓

6、強減小 C．空調(diào)既能制熱又能制冷，說明在不自發(fā)的條件下，熱傳遞可以逆向 D．自發(fā)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 解析：相互間達到熱平衡的兩物體的溫度相同，內(nèi)能不一定相等，故A錯誤；火罐內(nèi)氣體壓強小于大氣壓強，所以火罐能“吸”在皮膚上，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定外界條件影響下可以實現(xiàn)，故C正確；根據(jù)熱力學(xué)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． 答案：BCD 5．(2019年洛陽孟津一高檢測)(多選)下列說法正確的是(　　) A．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子

7、間距離，故液體表面存在張力 B．懸浮在液體中的固體小顆粒會不停地做無規(guī)則的運動，這種運動是分子熱運動 C．把很多小的單晶體放在一起，就變成了非晶體 D．第二類永動機沒有違反能量守恒定律 E．絕對零度不可達到 解析：通常，處于液體表面層的分子較為稀疏，其分子間距較大，液體分子之間的合力表現(xiàn)為平行于液體界面的引力，故A正確；懸浮在液體中的固體小顆粒會不停地做無規(guī)則的運動，這種運動是布朗運動，故B錯誤；把很多小的單晶體放在一起，就變成了多晶體，故C錯誤；第二類永動機沒有違反能量守恒定律，但是違背了熱力學(xué)第二定律，故D正確；因為任何空間必然存有能量和熱量，也不斷進行相互轉(zhuǎn)換而不消失，所以絕對

8、零度是不存在的，故E正確． 答案：ADE 圖54－1 6．(多選)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，氣體的壓強隨熱力學(xué)溫度的變化如圖54－1所示，則此過程(　　) A．氣體的密度增大 B．外界對氣體做功 C．氣體從外界吸收了熱量 D．氣體的內(nèi)能不變 E．氣體的內(nèi)能增加 解析：由題圖可得：從狀態(tài)A到狀態(tài)B，該理想氣體做等溫變化，而壓強變大，由理想氣體狀態(tài)方程＝C，知氣體的體積V減小，由密度公式ρ＝，故氣體的密度增大，選項A正確；由體積減小知，外界對氣體做功，故B正確；由溫度不變知，氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知，氣體向外放熱，故C、E錯誤，D正確． 答案：ABD

9、 7．(2019年東北三省四市協(xié)作體聯(lián)考)(多選)如圖54－2所示，一絕熱容器被隔板K隔開成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)氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)．在此過程中(　　) 圖54－2 A．氣體對外界做功，內(nèi)能減少 B．氣體不做功，內(nèi)能不變 C．氣體壓強變小，溫度降低 D．氣體壓強變小，溫度不變 E．單位時間內(nèi)和單位面積的容器壁碰撞的分子數(shù)目減少 解析：a內(nèi)氣體向真空膨脹，不對外界做功，故A錯；又因容器絕熱，Q＝0，由熱力學(xué)第一定律知，ΔU＝0，故B對；由玻意耳定律知壓強減??；稀薄氣體可看作理想氣體，內(nèi)能不變，則溫度不變，C錯，D、E對

10、． 答案：BDE 8．如圖54－3，一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達狀態(tài)c.設(shè)氣體在狀態(tài)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(　　) 圖54－3 A．Tb>Tc，Qab>Qac B．Tb>Tc，QabQac D．Tb＝Tc，Qab

11、熱力學(xué)第一定律知，a到b過程吸收熱量Qab＝W＋ΔU，a到c過程吸收熱量Qac＝ΔU，所以Qab>Qac. 答案：C 9．(2019年杭州二中高三月考)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體在下列哪些過程中，一定從外界吸收了熱量(　　) A．溫度保持不變，體積逐漸膨脹 B．體積保持不變，溫度逐漸升高 C．壓強保持不變，體積逐漸收縮 D．溫度逐漸升高，壓強逐漸減小 E．溫度逐漸升高，體積逐漸收縮 解析：體積增大，氣體向外界做功，溫度不變，內(nèi)能不變，故一定吸收了熱量，A正確；體積不變，氣體對外界不做功，溫度升高，內(nèi)能增大，則只能氣體吸收熱量，B正確；體積減小，外界對氣體做功，壓強不變，體積減小

12、，則溫度減小，內(nèi)能減小，故一定向外放出熱量，C錯誤；溫度升高，則內(nèi)能變大，壓強減小，體積增大，氣體對外界做功，故一定吸收熱量，D正確；溫度升高，內(nèi)能增大，體積減小，外界對氣體做功，氣體不一定從外界吸收熱量，E錯誤． 答案：ABD 10．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖54－4所示，其中對角線ac的延長線過原點O.下列判斷正確的是(　　) 圖54－4 A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B．氣體在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能 C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 D．在過程da中

13、氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功 解析：根據(jù)題意可知一定量的理想氣體經(jīng)歷等溫或等壓過程回到原狀態(tài)．再由p－T圖象可知ac的延長線通過原點，所以ac是等容線，則a、c兩點體積相等，故A正確；再由圖象可知Ta>Tc，溫度越高，分子平均動能越大，內(nèi)能越大，故B正確；cd過程中是等溫變化，故ΔU＝0，又因p增大，V變小，外界對氣體做功．則W＝Q放，故C錯誤；da是等壓線，溫度升高體積增大，氣體對外界做功小于氣體從外界吸收的熱量，故D錯誤；bc是等壓線，da也是等壓線，都有ΔV＝ΔT.bc中外界對氣體做的功W1＝PbΔV1＝C

14、(Tb－Tc)，da中氣體對外界做的功W2＝paΔV2＝C(Ta－Td)＝C(Tb－Tc)，因此bc過程中外界對氣體做的功等于da過程中氣體對外界做的功，故E正確． 答案：ABE 二、非選擇題 圖54－5 11．(2019年云南玉溪期中)一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在汽缸內(nèi)，活塞質(zhì)量為m、橫截面積為S，可沿汽缸壁無摩擦滑動并保持良好的氣密性，整個裝置與外界絕熱，初始時封閉氣體的溫度為T1，活塞距離汽缸底部的高度為H，大氣壓強為p0.現(xiàn)用一電熱絲對氣體緩慢加熱，若此過程中電熱絲傳遞給氣體的熱量為Q，活塞上升的高度為，求： (1)此時氣體的溫度； (2)氣體內(nèi)能的增加量． 解

15、析：(1)氣體加熱緩慢上升過程中，處于等壓過程， 設(shè)上升時溫度為T2，V1＝SH，V2＝S， 由蓋—呂薩克定律得＝，聯(lián)立解得：T2＝T1. (2)上升過程中，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得： ΔU＝Q＋W 式中：W＝－(p0S＋mg) 因此：ΔU＝Q－(p0S＋mg)． 答案：(1)T1　(2)Q－(p0S＋mg) 12．(2019年東北三校聯(lián)考)如圖54－6所示，一個絕熱的汽缸豎直放置，上方有一個絕熱且光滑的活塞，中間有一個固定的導(dǎo)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(zhì)量為m，橫截面積為S，與隔板相距h.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體A，當(dāng)氣體吸收熱量

16、Q時，活塞上升了h，此時氣體的溫度為T1.已知大氣壓強為p0，重力加速度為g. 圖54－6 (1)加熱過程中，若A氣體內(nèi)能增加了ΔE1，求B氣體內(nèi)能增加量ΔE2； (2)現(xiàn)停止對氣體加熱，同時在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)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(zhì)量Δm. 解析：(1)B氣體對外做功W＝p1Sh＝(p0S＋mg)h 由熱力學(xué)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, T1 B氣體末狀態(tài) p2＝p0＋， V2＝hS, T2 由理想氣體狀態(tài)方程＝ 解得

17、Δm＝ 答案：見解析 13．(2019年鄭州高三質(zhì)檢)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p－V圖象如圖54－7所示．已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27 ℃，求： 圖54－7 (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． 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＝TB－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(xué)第一定律ΔU＝Q＋

18、W得 Q＝ΔU－W＝pΔV＝200 J，即氣體從外界吸熱200 J. 答案：(1)－173℃　(2)吸熱200 J 14．如圖54－8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.活塞與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＝1.0×105 Pa，重力加速度為g＝10 m/s2.求： 圖54－8 (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？ 解析：(1)以汽缸為研究對象，受力分析如圖54－9所示： 圖54－9 列平衡方程：Mg＋p0S＝p1S， 解得：p1＝＝＋1.0×105 Pa＝3.0×105 Pa. (2)設(shè)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． 答案：(1)3.0×105 Pa　(2)327℃　吸熱 8