高考物理一轮复习课时作业38热力学定律与能量守恒含答案

热力学定律与能量守恒

(建议用时40分钟)

1．(2020·全国Ⅱ卷)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_________。(填正确答案标号)

A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热

B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低

C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响

D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内

【解析】汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热，不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律，A项不符合；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，需要对外做功或对外放出热量，而保温杯隔断了传热过程，水也没有对外做功，所以该过程违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响，该过程不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，要消耗电能，引起了其他变化，该过程不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律，D项不符合。

答案：B　C

2．(多选)(2020·青岛模拟)根据热力学定律，下列说法正确的是(　　)

A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成

B．效率为100%的热机是不可能制成的

C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递

D．从单一热源吸收热量，使之完全变成功是提高机械效率的常用手段

【解析】选B、C。第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，故A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故B正确；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变成功是不可能实现的，故D错误。

【加固训练】

　　(多选)下列说法中正确的是(　　)

A.热量可以从低温物体传递到高温物体

B.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机

C.能源危机指能量的过度消耗导致自然界的能量不断减少

D.功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为功

【解析】选A、D。空调可以使热量从低温物体向高温物体传递，A正确；由热力学第二定律知，不可能有单一热源的热机，B错误；能量是守恒的，C错误；功可以全部转化为热量，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下，热量也可以全部转化为功，D正确。

3．(多选)(2021·雅安模拟)如图是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置。具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气(忽略气体的分子势能)，将其装入“可乐瓶”中。通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同。当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是(　　)

A．快速挤压时，瓶内气体压强变大

B．快速挤压时，瓶内气体温度不变

C．快速挤压时，瓶内气体体积不变

D．缓慢挤压时，瓶内气体温度不变

E．缓慢挤压时，气球下降

【解析】选A、D、E。快速挤压气体时，外界对它做功，来不及热传递，由W＋Q＝ΔU可知，内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，则A项对，B、C两项错；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，D正确；对气球来说，压强也增大，温度不变，体积必然减小，则重力mg大于浮力ρgV，气球下降，则E项正确。

4．(多选)(2020·安庆模拟)下列说法正确的是(　　)

A．物体从外界吸收热量的同时，物体的内能可能在减小

B．分子间的引力和斥力，当r<r0时(r0为引力与斥力大小相等时的分子间距离)，都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化快

C．水黾(一种小型水生昆虫)能够停留在水面上而不陷入水中是由于液体表面存在张力

D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能

【解析】选A、B、C。本题考查热力学第一定律、水的表面张力、气体压强的微观含义等。由ΔU＝Q＋W知，若物体对外界做功的同时吸收热量，如果对外做功的大小大于吸收的热量的大小，物体的内能减小，故A正确；当分子间的距离小于r0时，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化快，分子间相互作用力的合力表现为斥力，故B正确；液体表面层中的分子比液体内部的分子稀疏，分子间的距离比液体内部的分子大一些，分子间的相互作用力表现为引力，这个引力即为表面张力，正是因为这种张力的存在，水黾才能在水面上停留，故C正确；第二类永动机不可能制成，说明内能不能在全部转化为机械能的同时不引起其他变化，故D错误。

5. (多选)(2020·成都模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程：从a到b，b到c，c到a回到原状态，其V­T图象如图所示。用pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列说法正确的是(　　)

A．pa<pc＝pb

B．由a到b的过程中，气体一定吸热

C．由b到c的过程中，气体放出的热量一定等于外界对气体做的功

D．由b到c的过程中，每一个气体分子的速率都减小

【解析】选A、B。本题考查对V­T图象的理解。由理想气体状态方程可知＝，所以pb＝3pa，同理可得＝，所以pc＝3pa，所以pc＝pb>pa，故A正确；a到b的过程中气体的体积不变，没有做功，温度升高，内能增大，所以气体一定吸热，故B正确；由图象可知，b到c的过程中气体体积减小，外界对气体做功，W>0，气体温度降低，内能减小，ΔU<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体要放出热量，而且b到c的过程中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功，故C错误；温度是分子平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，不能反映单个分子的运动情况，所以b到c的过程中气体的温度降低，分子平均动能减小，并不是每一个分子的速率都减小，故D错误。

【加固训练】

　　(多选)(2020·唐山模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经过等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是(　　)

A.在过程ab中气体的内能增加

B.在过程ca中外界对气体做功

C.在过程ab中气体对外界做功

D.在过程bc中气体从外界吸收热量

【解析】选A、B、D。在过程ab中，体积不变，气体对外界不做功，压强增大，温度升高，内能增加，故选项A正确，C错误；在过程ca中，气体的体积缩小，外界对气体做功，压强不变，温度降低，内能变小，气体向外界放出热量，故选项B正确；在过程bc中，温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故选项D正确。

6.(多选)一定质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

【解析】选B、D、E。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；B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对该气体做功，内能不改变，则气体对外界放热，因压强增大，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。

7．(多选)(2020·安顺模拟)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．外界对气体做正功，气体内能增加

D．外界对气体做正功，气体内能减少

E．艾绒燃烧，放出热量，气体内能增加

【解析】选B、C、E。压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，故B、C正确，A、D错误；气体吸收艾绒燃烧放出的热量，内能增加，E正确。

8. (多选)如图所示，p­V图中的每个方格均为正方形，一定质量的理想气体从a状态沿直线变化到b状态，再沿直线变化到c状态，最后沿直线回到a状态，则下列说法正确的是(　　)

A．从a状态变化到b状态的过程中气体分子的平均动能先增大后减小

B．从a状态变化到b状态的过程中气体的密度不断增大

C．从b状态变化到c状态的过程中气体一定吸热

D．从c状态变化到a状态的过程中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功

E．从c状态变化到a状态的过程中气体的内能不断增大

【解析】选A、C、D。根据理想气体状态方程＝C，从a状态变化到b状态的过程中pV值先增大后减小，温度T也先增大后减小，对理想气体，温度越高，分子平均动能越大，A正确；从a状态变化到b状态的过程中气体的体积V不断增大，气体的密度不断减小，B错误；从b状态变化到c状态的过程中气体做等容变化，外界对气体做的功W＝0，根据查理定律知气体温度不断升高，ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q>0，即气体一定吸热，C正确；从c状态变化到a状态的过程中气体等压压缩，外界对气体做的功W>0，根据盖—吕萨克定律知温度降低，ΔU<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q<0且|Q|>W，D正确，E错误。

【总结提升】气体图象和热力学定律的结合问题

(1)根据图象判断气体发生的过程，如等温过程、等容过程、等压过程等。

(2)根据气体实验定律分析气体在多过程中温度、体积等状态参量的变化。

(3)应用热力学第一定律判断做功、吸热内能变化等情况。

9．(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(　　)

A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J

B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少

C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体

D．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律

E．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律

【解析】选A、D、E。根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝

20 J，故选项A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，选项E正确。

10. (2020·江苏高考)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p­图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q。

【解析】根据p­图象可知状态A和状态C温度相同，内能相同；故从A经B到C过程中气体吸收的热量等于气体对外界所做的功。根据图象可知状态A到状态B为等压过程，气体对外界做功为W1＝pΔV＝2×105×(2－1) J＝2×105 J

状态B到状态C为等容变化，气体不做功；故从A经B到C过程中气体吸收的热量为Q＝W1＝2×105 J

答案：2×105 J

11．如图所示，用销钉固定的导热活塞把水平放置的导热汽缸分隔成容积相同的两部分，分别封闭着A、B两部分理想气体：A部分气体压强为pA0＝2.5×105 Pa，B部分气体压强为pB0＝1.5×105 Pa。现拔去销钉，待活塞重新稳定后。(外界温度保持不变，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，整个过程无漏气发生)

(1)求此时A部分气体体积与原来体积之比；

(2)判断此过程中A部分气体是吸热还是放热，并简述理由。

【解析】(1)设A、B部分气体原来体积都为V，

由玻意耳定律得pA0V＝pA(V＋ΔV)

pB0V＝pB(V－ΔV)

又pA＝pB

由以上各式可解得ΔV＝V，

因此，此时A部分气体体积与原来体积之比为5∶4。

(2)A部分气体由于温度不变，所以内能不变；体积膨胀，对外做功，由热力学第一定律可知，一定从外界吸收热量。

答案：(1)5∶4　(2)吸热　温度不变，内能不变；体积膨胀，对外做功，由热力学第一定律可知，一定从外界吸收热量

12.(2021·绵阳模拟)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D。已知在状态A时，气体温度tA＝327  ℃。

(1)求气体在状态B时的温度；

(2)已知状态B→D的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因。

【解析】(1)气体由状态A变化到状态B

由查理定律＝可得

TB＝TA＝×(327＋273) K＝300 K

所以tB＝27 ℃。

(2)状态B→D的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q－W>0可得Q>W。

答案：(1)27 ℃　(2)Q>W　原因见解析

【加固训练】

　　如图所示的p-V图象中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J。则：

(1)ACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？

(2)BDA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)ACB过程中

W1=-280 J，Q1=410 J，

由热力学第一定律得

UB-UA=W1+Q1=130 J，

故ACB过程中气体的内能增加了130 J。

(2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，

BDA过程中气体内能的变化量

UA-UB=-130 J，

由题意知W2=200 J，由热力学第一定律得

UA-UB=W2+Q2，

代入数据解得Q2=-330 J，

即BDA过程中气体放出热量330 J。

答案：(1)增加　130 J　(2)放热　330 J

13.某同学利用废旧物品制作了一个简易气温计：在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱，瓶口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图所示。已知该酒瓶容积为480 cm3，玻璃管内部横截面积为0.4 cm2，瓶口外的有效长度为48 cm。当气温为7 ℃时，水银柱刚好处在瓶口位置。

(1)求该气温计能够测量的最高气温；

(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收了3 J热量，则在这一过程中该气体的内能变化了多少？(已知大气压强p0＝1.0×105 Pa)

【解题指导】

(1)气温变化，水银柱移动，瓶内封闭气体发生等压变化。

(2)等压变化过程中，可以用W＝pΔV计算外界对气体做的功。

【解析】(1)封闭气体发生等压变化，

则＝

即＝，

解得：T2＝291.2 K＝18.2 ℃。

(2)根据热力学第一定律

ΔU＝Q＋W，

外界对气体做功

W＝－p0·ΔV＝－1.92 J，

解得ΔU＝1.08 J。

答案：(1)18.2 ℃　(2)增加了1.08 J