2023学年高考物理大一轮复习课后限时集训38热力学定律与能量守恒定律22.doc

课后限时集训38 热力学定律与能量守恒定律 建议用时：45分钟 1．(多选)(2023·达州模拟)下列说法正确的是(　　) A．布朗运动就是分子的无规则运动 B．热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一 C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体 D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的 E．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 BCE　[布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动，是由液体分子的无规则运动而引起的，不是固体分子的无规则运动，也不是液体分子的无规则运动，故A错误；热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，故C正确；做功是通过能量转化的方式改变系统内能的，热传递是能量的转移，不是能量的转化，故D错误；温度是描述热运动的物理量，根据热平衡定律可知，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，故E正确。] 2．(多选)(2023·东北三省四市模拟)下列说法中正确的是(　　) A．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 B．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小 C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向 D．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E．随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机 BCD　[相互间达到热平衡的两物体的温度相同，内能不一定相等，故A错误；火罐内气体压强小于大气压强，所以火罐能“吸”在皮肤上，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，在有外界做功的条件热传递可以逆向，故C正确；根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确；根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为100%的热机，故E错误。] 3．(多选)(2023·开封高三冲刺)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中(　　) A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 C．气体压强变小，温度不变 D．气体压强变大，温度不变 E．单位时间内撞击容器壁的分子数减少 BCE　[由于b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，气体不做功，内能不变，选项A错误，B正确；由于气体体积增大，温度不变，气体压强变小，选项C正确，D错误；气体体积增大，单位时间内撞击容器壁的分子数减少，选项E正确。] 4．(多选)(2023·长沙模拟)下列叙述中，正确的是(　　) A．同一温度下，气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律 B．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映 C．第二类永动机是不可能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律 D．物体熔化时吸热，分子平均动能不一定增加 E．只知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数就可以算出气体分子的体积 ACD　[同一温度下，气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律，选项A正确；布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，选项B错误；第二类永动机是不可能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律，选项C正确；物体熔化时吸热，如果温度不变，物体内分子平均动能不变，比如晶体的熔化过程，选项D正确；只知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数就可以算出每个气体分子所占的体积，不能算出气体分子的体积，选项E错误。] 5．(多选)如图所示，绝热容器被绝热隔板K1，卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄气体，且压强pb<p0，c与大气连通，则下列说法中正确的是(　　) A．只打开隔板K1，b中气体对外做功，内能减少 B．只打开隔板K1，b中气体不做功，内能不变 C．只打开隔板K1，b中气体压强减小，温度不变 D．只打开卡销K2，b中气体对外做功，内能减小 E．只打开卡销K2，外界对b中气体做功，b中气体内能增加 BCE　[只打开隔板K1，b中气体向a中真空扩散，气体不做功，W＝0，绝热容器导致Q＝0，由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝0，内能不变，A错误，B正确；只打开隔板K1时，b中气体内能不变，温度不变，由玻意耳定律pV＝C知b中气体体积增大，压强减小，C正确；只打开卡销K2时，由于pb<p0，活塞将向左移动，b中气体体积减小，外界对b中气体做功，W′>0，但Q′＝0，则ΔU′＝W′＋Q′>0，内能增加，E正确，D错误。] 6．(多选)(2023·哈尔滨六中二次模拟)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”。该循环过程中，下列说法正确的是(　　) A．A→B过程中，气体对外界做功 B．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．C→D过程中，气体放热 E．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化 ACD　[A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，故A正确；B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；C→D过程中，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放热，选项D正确；D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故E错误。] 7．(2023·郑州高三质检)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 ℃，求： (1)该气体在状态B时的温度； (2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。 [解析]　(1)对于理想气体：A→B，由查理定律得： ＝ 即TB＝TA＝100 K， 所以tB＝(100－273) ℃＝－173 ℃。 (2)B→C过程由盖—吕萨克定律得：＝， 解得：TC＝300 K，所以tC＝27 ℃ A、C温度相等，ΔU＝0 A→C的过程，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得： Q＝ΔU－W＝pBΔV＝200 J，即气体从外界吸热200 J。 [答案]　(1)－173 ℃　(2)从外界吸热200 J 8．(多选)(2023·宿州市一质检)一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图所示。下列说法正确的是(　　) A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加 B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量 C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功 D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能不变 E．B→C的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加 BDE　[从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确；从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，因体积减小，分子数密度增大，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加，故C错误，D、E正确。] 9．(多选)(2023·四川蓉城名校联考)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态。其p­T图象如图所示。下列判断正确的是(　　) A．过程ab中气体一定吸热 B．过程bc中气体既不吸热也不放热 C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小 E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 ADE　[由图象可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A正确；由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体吸热，故B错误；ca过程压强不变，温度降低，体积减小，外界对气体做功W>0，气体温度降低，内能减少，ΔU<0，由热力学第一定律可知，外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由图象可知，a状态温度最低，分子平均动能最小，故D正确；由图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故E正确。] 10.利用燃料燃烧时产生的能量对外做功的机器叫热机。热机是依靠由某些热力学过程组成的特定热力学循环进行工作的。如图所示的p­V图表示的是某一热机的循环图。一定质量的气体(可看成理想气体)由状态2经过状态1至状态4，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态4经状态3回到状态2，这一过程中外界对气体做功200 J。求： (1)2→1→4过程中气体的内能是增加还是减少，变化量是多少； (2)4→3→2过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？ [解析]　(1)2→1→4过程中，气体对外界做功280 J，则W1＝－280 J，气体吸收热量410 J，则Q1＝410 J 由热力学第一定律有：ΔU1＝W1＋Q1＝130 J 故在2→1→4的过程中气体的内能增加，增加量为130 J。 (2)4→3→2过程中气体内能的变化量为 ΔU2＝－ΔU1＝－130 J 由题知，此过程中外界对气体做功200 J， 则W2＝200 J 由热力学第一定律有：ΔU2＝W2＋Q2＝－130 J 解得Q2＝－330 J 故在4→3→2的过程中气体放热， 放出的热量为330 J。 [答案]　(1)增加　130 J　(2)放热　330 J 11．一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的汽缸内，如图所示。活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。汽缸内气体的初始温度为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，求： (1)此时气体的温度为多少； (2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝370 J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？ [解析]　(1)当汽缸水平放置时， p0＝1.0×105 Pa， V0＝L1S，T0＝(273＋27) K＝300 K 当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示，有 p1S＝p0S＋mg 则p1＝p0＋＝1.0×105 Pa＋ Pa＝1.2×105 Pa V1＝(L1＋L2)S 由理想气体状态方程得＝ 则T1＝T0＝×300 K＝450 K。 (2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得 p0L1S＝p1LS 则L＝＝ cm＝10 cm 加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为 W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2