人教版高考物理一轮复习第12章热学第3讲热力学定律与能量守恒定律课时练含答案

第3讲　热力学定律与能量守恒定律

一、选择题(本题共8小题，1～3题为单选，4～8题为多选)

1．下列叙述，正确的是(　C　)

A．气体吸热后温度一定升高

B．热量不可能从低温物体传到高温物体

C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

D．物体从单一热源吸收的热量在不引起外界变化的情况下可全部用于做功

[解析]　根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，A错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在引起外界变化的情形下，可以从低温物体传到高温物体，B错误；能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，C正确；根据热力学第二定律，物体从单一热源吸收的热量在不引起外界变化的情况下，不可能使之完全变成功，D错误。

2．(2020·北京房山区期末)下列热现象说法正确的是(　A　)

A．物体的温度越高，说明物体分子的平均动能越大

B．波涛汹涌的海水上下翻腾，说明水分子热运动剧烈

C．水凝结成冰，说明水分子的热运动已停止

D．空调制冷时，将热量从低温室内传到高温室外，说明热传递是随意的，不具有方向性

[解析]　本题考查热运动的基本概念、热力学第二定律等。温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，说明物体分子的平均动能越大，选项A正确；液体上下翻滚是宏观运动，而分子热运动是微观运动，二者不是一回事，选项B错误；由于分子热运动永不停息，水凝结成冰，但分子热运动没有停止，选项C错误；空调制冷时，虽然能够把热量从低温环境转移到高温环境，但这一过程必需消耗电能，这说明热量转移是有方向性的，选项D错误。

3．(2021·福建漳州调研)如图，汽缸内活塞左边封闭着一定量的可视为理想气体的空气，压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量Q1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，则Q1和Q2的大小关系是(　C　)

A．Q1＝Q2　　　　　　　 B．Q1>Q2

C．Q1<Q2　 D．不能确定

[解析]　本题考查热力学第一定律。对一定量的理想气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU；第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1＝0，第二种情况，活塞自由移动，气体体积增大，气体对外做功，W2<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU，Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2>ΔU>Q1，选项C正确。

4．下列关于第二类永动机说法正确的是(　ACE　)

A．第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机

B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成

C．第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成

D．随着科技的发展，第二类永动机有可能制成

E．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，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化

[解析]　由第二类永动机的定义知，A正确；第二类永动机违反了热力学第二定律，B，D错误，C正确；由热力学第二定律知，机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，E正确。

5．(2021·福建莆田一中模拟)下列说法正确的是(　ADE　)

A．熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态

B．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化

C．根据热力学第二定律可知，各种形式的能可以相互转化

D．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能可能不变

E．气体向真空的自由膨胀是不可逆的

[解析]　本题考查对热力学第一、第二定律的理解。根据熵的定义，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，选项A正确；根据热力学第二定律可知，内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化，选项B错误；根据能量守恒定律可知，各种形式的能可以相互转化而热力学第二定律是反映宏观自然的过程都具有方向性的定律，选项C错误；根据热力学第一定律可知，若外界对物体做功的大小等于物体向外界放出热量的大小，物体的内能不变，选项D正确；根据熵增加原理，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项E正确。

6．(2020·广东兴宁一中月考)关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是(　ACD　)

A．对气体做功可以改变其内能

B．质量和温度都相同的气体，内能一定相同

C．一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

D．一定质量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大

E．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%

[解析]　本题考查热力学定律与气体实验定律结合。做功和热传递都能改变物体的内能，所以对气体做功可以改变其内能，故A正确；质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，内能还与气体的种类、物质的量有关，故B错误；由盖一吕萨克定律可知，一定质量的理想气体在等压膨胀过程中气体温度升高，气体内能增加，故C正确；一定质量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能只与温度有关，故温度越高，其内能越大，故D正确；绝对零度不可能达到，故E错误。

7．(2020·广东汕头一模)如图是某种喷雾器示意图，在贮液筒内装入一些药液后将密封盖盖好。多次拉压活塞充气，然后打开喷嘴开关，活塞位置不再改变，药液可以持续地喷出，贮液筒内的空气可视为理想气体，若充气和喷液过程筒内的空气温度不变，下列说法正确的是(　ADE　)

A．充气过程中，贮液筒内的气体内能增大

B．充气过程中，贮液筒内气体分子的平均动能增大

C．充气过程中，贮液筒内的气体压强增大，体积也变大

D．喷液过程中，贮液筒内的气体吸收的热量全部用来对外做功

E．喷液过程中，贮液筒内的气体压强减小，气体内能不变

[解析]　本题考查了气体的等温变化过程。充气过程筒内的空气温度视为不变，则分子的平均动能不变，故B错误；充气的过程中分子的总个数增加，则内能增加，故A正确；充气的过程中筒内气体的压强增大，体积不变，故C错误；喷液过程中筒内的空气温度视为不变，则分子的平均动能不变，气体的内能也不变，药液喷出，气体体积增大，对外做功，气体内能不变，由热力学第一定律可知贮液筒内气体吸收的热量全部用来对外做功，根据状态方程＝C，温度不变，体积增大，压强减小，故DE正确。

8．(2021·福建莆田月考)如图，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，最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是(　ABD　)

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

E．在过程ca中气体从外界吸收热量

[解析]　ab过程，气体压强增大，体积不变，则温度升高，内能增加，A项正确；ab过程发生等容变化，气体对外界不做功，C项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc过程发生等温变化，内能不变，bc过程，气体体积增大，气体对外界做正功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸热，D项正确；ca过程发生等压变化，气体体积减小，外界对气体做正功，B项正确；ca过程，气体温度降低，内能减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，E项错误。

二、非选择题

9．(2021·西南名校联盟月考)一定质量的理想气体由C经状态B变化到状态A的p－V图像如图所示。

(1)若已知在状态C时，理想气体的温度为127℃，求处于状态B时气体的摄氏温度；

(2)从状态C变化到状态A气体是吸热还是放热？并求出吸收或放出的热量的数值。(已知1 atm＝1×105 Pa)

[答案]　(1)627℃　(2)放热　900 J

[解析]　本题通过p－V图像考查气体实验定律与热力学定律。

(1)B到C过程由理想气体状态方程得＝，

解得TB＝900 K，

所以tB＝627℃。

(2)由＝C可知状态A、C温度相同，C到A，气体等温压缩，ΔU＝0，W＞0，由ΔU＝W＋Q知Q<0，所以从C到A过程放热，由热力学第一定律有Q＝－W，而W等于p－V图线与V轴围成的面积，则W＝(3＋1)×1×105×10－3 J＋(3＋4)×1×105×2×10－3 J＝900 J。

10．(2020·黑龙江逊克一中初考)如图所示是一种平板型太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，底部有吸热板，顶面为透明盖板，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上转化成热能使内部空气的温度升高。集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。经过太阳曝晒，气体温度由t0＝27 ℃升至t1＝87 ℃。

(1)求此时气体的压强；

(2)保持t1不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0，求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值；

(3)判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。

[答案]　(1)1.2p0　(2)　(3)吸热，见解析

[解析]　本题考查用气体实验定律与热力学定律解决实际问题。

(1)设升温后气体的压强为p1，该过程气体做等容变化，由查理定律得＝，解得p1＝1.2p0；

(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V，由玻意耳定律有p1V0＝p0V，联立解得V＝1.2V0；

设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k，则k＝，

联立解得k＝；

(3)吸热。因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，气体等温膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知剩余气体要吸热。

11．(2021·河北衡水中学月考)如图所示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300 K，压强为p＝0.5×105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h＝10 cm，活塞与汽缸间无摩擦且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105 Pa。求：

(1)此时桌面对汽缸的作用力大小FN；

(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7 J，内能增加了ΔU＝5 J，整个过程活塞都在汽缸内，求T的值。

[答案]　(1)50 N　(2)720 K

[解析]　本题考查理想气体状态方程与热力学第一定律综合应用。

(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有FN＋pS＝p0S，

得FN＝(p0－p)S＝50 N。

(2)设温度升高至T时，活塞与汽缸底的距离为H，此时汽缸不再与桌面接触，有p′＝p0则气体对外界做功W＝p′ΔV＝p′S(H－h)，

由热力学第一定律得ΔU＝Q－W，

解得H＝12 cm，

气体温度从T0升高到T的过程，由理想气体状态方程，得＝，解得T＝T0＝720 K。