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高考物理一轮复习小题多维练(全国通用)第31练热力学定律与能量守恒定律(原卷版+解析)
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这是一份高考物理一轮复习小题多维练(全国通用)第31练热力学定律与能量守恒定律(原卷版+解析)，共14页。试卷主要包含了下列说法正确的是， 我国航天员漫步太空已变成现实等内容，欢迎下载使用。
1.如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降．环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态．在活塞下降过程中( )
A．气体体积逐渐减小，内能增加
B．气体压强逐渐增大，放出热量
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．外界对气体做功，气体吸收热量
2.(2022·山东德州市模拟)如图所示，内壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
3.下列说法正确的是( )
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．自发的热传导是不可逆的
C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
D．气体向真空膨胀具有方向性
1.如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a.对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是( )
A．ab过程中，气体始终吸热
B．ca过程中，气体始终放热
C．ca过程中，气体对外界做功
D．bc过程中，气体的温度先降低后升高
2.如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是( )
A．C→A的过程中外界对气体做功300 J
B．B→C的过程中气体对外界做功600 J
C．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量
3.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
4.如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 ml氧气，b部分气体为2 ml氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是( )
A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，TaC.VaTb
5.如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再到状态C，最后变化到状态A，完成循环。下列说法正确的是( )
A. 状态A到状态B是等温变化
B. 状态A时所有分子的速率都比状态C时的小
C. 状态A到状态B，气体对外界做功为12p0V0
D. 整个循环过程，气体从外界吸收的热量是12p0V0
6.下列关于热力学第二定律的说法中正确的是( )
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
7.（2021届重庆市育才中学高三模拟）下列各种叙述中正确的是 （ ）
A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强可能不变
B．当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间距离
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
8.（2021届湖南省衡阳市田家炳实验中学高三模拟）(多选)如图所示是一定质量理想气体的状态变化图线。已知a→d是等温膨胀过程，则对于图中所示的4个过程中，以下说法中错误的是（ ）
A．a→b过程气体对外做功最多，内能增加也最多
B．a→c可能既不吸热也不放热
C．a→e过程气体内能的减少量不可能恰好等于气体对外做的功
D．b、c、d、e各状态下，单位体积内的气体分子个数都相同
9.（2021届福建省名校联盟高三模拟）负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设施，可以大大减少医务人员被感染的机会，病房中气压小于外界环境的大气压。若负压病房的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说法正确的是（ ）
A．负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能
B．负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率
C．负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数
D．相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力
10.(2021·黑龙江哈三中模拟) (多选)我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，飞船专门用来完成此功能的舱叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡。若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是( )
A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．气体体积变大，气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少
C．气体并没有对外做功，气体内能不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
E．气体温度变小，体积增大，压强减小
11.（2021届江苏省无锡市天一中学高三模拟）如图所示，开口向上的导热气缸C 静置于水平桌面上，用一横截面积为s＝10cm2、质量为m＝2kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体．一不可伸长的轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k＝400N/m 的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量M＝4kg 的物块 B．开始时，活塞到缸底的距离L1＝100cm，轻绳恰好拉直，弹簧恰好处于原长状态，缸内气体的温度t1＝27℃．已知外界大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2，不计一切摩擦．现
使缸内气体缓慢冷却，求：
①当B 刚要离开桌面时气缸内封闭气体的温度；
②此过程中气体吸热还是放热，为什么？
专题13 热学
第31练 热力学定律与能量守恒定律
1.如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降．环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态．在活塞下降过程中( )
A．气体体积逐渐减小，内能增加
B．气体压强逐渐增大，放出热量
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．外界对气体做功，气体吸收热量
【答案】BC
【解析】温度不变，理想气体的内能不变，故A错误；根据ΔU＝W＋Q，内能不变，外界对气体做功，气体放出热量，故B、C正确，D错误．
2.(2022·山东德州市模拟)如图所示，内壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
【答案】B
【解析】由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，则W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000) J＝1 200 J，故A、C、D错误，B正确．
3.下列说法正确的是( )
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．自发的热传导是不可逆的
C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
D．气体向真空膨胀具有方向性
【答案】BD
【解析】有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A错误；据热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B正确，不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；气体可自发地向真空容器膨胀，具有方向性，D正确．
1.如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a.对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是( )
A．ab过程中，气体始终吸热
B．ca过程中，气体始终放热
C．ca过程中，气体对外界做功
D．bc过程中，气体的温度先降低后升高
【答案】AB
【解析】由理想气体的p－V图可知，ab过程是等容过程，外界对气体不做功，理想气体的温度升高，则内能增大，由ΔU＝Q＋W可知，气体始终吸热，故A正确；ca过程为等压压缩，气体体积减小，则外界对气体做正功，但气体温度降低，即内能减小，由ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即气体始终放热，故B正确，C错误；气体在b和c状态时，pbVb＝pcVc＝2p0V0，从b、c连线上任取一点，该点的pV>pbVb＝pcVc，根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C，可知bc过程中，气体的温度先升高后降低，故D错误．
2.如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是( )
A．C→A的过程中外界对气体做功300 J
B．B→C的过程中气体对外界做功600 J
C．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量
【答案】AC
【解析】在C→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，根据WCA＝p·ΔV，得WCA＝300 J，A正确；由题知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，则B→C的过程中气体对外界做功900 J，B错误；A→B→C→A，温度不变，则内能变化量ΔU＝0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900 J；C→A的过程中外界对气体做功300 J，故W＝WCA＋WBC＝－600 J，Q＝ΔU－W＝600 J，则整个过程中气体从外界吸收600 J的热量，C正确，D错误．
3.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
【答案】B
【解析】储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由pV＝C可知，压强变小，故A错误；气体体积增大，对外界做功，故B正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0，由于气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q>0，因此气体从外界吸热，故C错误；温度不变，分子平均动能不变，故D错误.
4.如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 ml氧气，b部分气体为2 ml氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是( )
A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，TaC.VaTb
【答案】D
【解析】解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，由于b部分压强大，故解除锁定后活塞左移，则平衡时VaTb，D正确.
5.如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再到状态C，最后变化到状态A，完成循环。下列说法正确的是( )
A. 状态A到状态B是等温变化
B. 状态A时所有分子的速率都比状态C时的小
C. 状态A到状态B，气体对外界做功为12p0V0
D. 整个循环过程，气体从外界吸收的热量是12p0V0
【答案】D
【解析】A.从状态A到状态B，体积和压强都增大，根据理想气体状态方程 pV T =C，温度一定升高，故A错误。
B.从状态C到状态A，压强不变，体积减小，根据理想气体状态方程 pV T =C，温度一定降低，分子平均速率减小，但平均速率是统计规律，对于具体某一个分子并不适应，故不能说状态A时所有分子的速率都比状态C时的小，故B错误。
C.从状态A到状态B，压强的平均值p=p0+2p02=32p0，气体对外界做功的大小等于外界对气体做功大小W1= p (VB−VA)=32 p0V0，故C错误。
D.从状态B到状态C为等容变化，外界对气体不做功，即W2=0；
从状态C到状态A为等压变化，体积减小，外界对气体做功W3=p0(2V0−V0)=p0V0，
对于整个循环过程，内能不变，ΔU=0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，得Q+W1+W2+W3=0，代入数据解得：Q=12p0V0，故D正确。故选D。
6.下列关于热力学第二定律的说法中正确的是( )
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
【答案】BC
【解析】符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误。
7.（2021届重庆市育才中学高三模拟）下列各种叙述中正确的是 （ ）
A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强可能不变
B．当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间距离
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
【答案】B
【解析】A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，温度升高，则压强一定变大，选项A错误；
B．液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离，附着层内分子间作用表现为斥力，故B正确；
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，越容易达到平衡，布朗运动越不明显，故C错误；
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，选项D错误。
故选B。
8.（2021届湖南省衡阳市田家炳实验中学高三模拟）(多选)如图所示是一定质量理想气体的状态变化图线。已知a→d是等温膨胀过程，则对于图中所示的4个过程中，以下说法中错误的是（ ）
A．a→b过程气体对外做功最多，内能增加也最多
B．a→c可能既不吸热也不放热
C．a→e过程气体内能的减少量不可能恰好等于气体对外做的功
D．b、c、d、e各状态下，单位体积内的气体分子个数都相同
【答案】BC
【解析】由图示图象可知，b、c、d、e点的体积V相等，，由查理定律
可知
a→d是等温膨胀过程，则
从a到b、c、d、e过程体积变化量相同，气态对外做功
a→b过程气体压强不变，a→c、a→d、a→e过程压强减小，则a→b过程气体对外做功最多，a→b过程气体温度升高最大，气体内能增加最多，故A正确；
B．a→c过程气体体积增大，气体对外做功，a→c过程气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B错误；
C．a→e过程气体温度降低，内能减少，气体体积增大，气体对外做功，气体内能的减少量可能等于气体对外做的功，故C错误；
D．b、c、d、e各状态下气体体积相等，分子数密度相等，即单位体积内的气体分子个数相等，故D正确；
故选BC。
9.（2021届福建省名校联盟高三模拟）负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设施，可以大大减少医务人员被感染的机会，病房中气压小于外界环境的大气压。若负压病房的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说法正确的是（ ）
A．负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能
B．负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率
C．负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数
D．相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力
【答案】C
【解析】因为负压病房的温度和外界温度相同，而温度是分子平均动能的标志，则负压病房内气体分子的平均动能等于外界环境中气体分子的平均动能，但是负压病房内每个气体分子的运动速率不一定都小于外界环境中每个气体分子的运动速率，选项AB错误；负压病房内的压强较小，温度与外界相同，则分子数密度较小，即负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数，选项C正确；
负压病房内的压强较小，根据F=pS可知，相同面积负压病房内壁受到的气体压力小于外壁受到的气体压力，选项D错误。故选C。
10.(2021·黑龙江哈三中模拟) (多选)我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，飞船专门用来完成此功能的舱叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡。若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是( )
A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．气体体积变大，气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少
C．气体并没有对外做功，气体内能不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
E．气体温度变小，体积增大，压强减小
【答案】BCD
【解析】气体自由膨胀，没有对外做功，故内能不变，温度也不变，故A、E错误，C正确；一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D正确；根据eq \f(pV,T)＝C可知当T不变、V增大时，p减小，故气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少，B正确。
11.（2021届江苏省无锡市天一中学高三模拟）如图所示，开口向上的导热气缸C 静置于水平桌面上，用一横截面积为s＝10cm2、质量为m＝2kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体．一不可伸长的轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k＝400N/m 的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量M＝4kg 的物块 B．开始时，活塞到缸底的距离L1＝100cm，轻绳恰好拉直，弹簧恰好处于原长状态，缸内气体的温度t1＝27℃．已知外界大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2，不计一切摩擦．现
使缸内气体缓慢冷却，求：
①当B 刚要离开桌面时气缸内封闭气体的温度；
②此过程中气体吸热还是放热，为什么？
【答案】① ②放热
【解析】①设初状态时气缸内气柱压强为
对活塞受力分析得
物块刚要离开桌面时活塞下移了，此时气缸内气柱压强为，此时弹簧弹力对活塞受力分析得
气缸内气柱的长度为
根据理想气体状态方程有
代入数据解得K或℃
②由热力学第一定律得,由于气体体积变小，外界对气体做功，为正值：气体温度降低，为负值，故为负值，即气体一定放热．
1.如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降．环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态．在活塞下降过程中( )
A．气体体积逐渐减小，内能增加
B．气体压强逐渐增大，放出热量
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．外界对气体做功，气体吸收热量
2.(2022·山东德州市模拟)如图所示，内壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
3.下列说法正确的是( )
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．自发的热传导是不可逆的
C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
D．气体向真空膨胀具有方向性
1.如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a.对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是( )
A．ab过程中，气体始终吸热
B．ca过程中，气体始终放热
C．ca过程中，气体对外界做功
D．bc过程中，气体的温度先降低后升高
2.如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是( )
A．C→A的过程中外界对气体做功300 J
B．B→C的过程中气体对外界做功600 J
C．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量
3.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
4.如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 ml氧气，b部分气体为2 ml氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是( )
A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，Ta
5.如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再到状态C，最后变化到状态A，完成循环。下列说法正确的是( )
A. 状态A到状态B是等温变化
B. 状态A时所有分子的速率都比状态C时的小
C. 状态A到状态B，气体对外界做功为12p0V0
D. 整个循环过程，气体从外界吸收的热量是12p0V0
6.下列关于热力学第二定律的说法中正确的是( )
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
7.（2021届重庆市育才中学高三模拟）下列各种叙述中正确的是 （ ）
A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强可能不变
B．当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间距离
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
8.（2021届湖南省衡阳市田家炳实验中学高三模拟）(多选)如图所示是一定质量理想气体的状态变化图线。已知a→d是等温膨胀过程，则对于图中所示的4个过程中，以下说法中错误的是（ ）
A．a→b过程气体对外做功最多，内能增加也最多
B．a→c可能既不吸热也不放热
C．a→e过程气体内能的减少量不可能恰好等于气体对外做的功
D．b、c、d、e各状态下，单位体积内的气体分子个数都相同
9.（2021届福建省名校联盟高三模拟）负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设施，可以大大减少医务人员被感染的机会，病房中气压小于外界环境的大气压。若负压病房的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说法正确的是（ ）
A．负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能
B．负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率
C．负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数
D．相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力
10.(2021·黑龙江哈三中模拟) (多选)我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，飞船专门用来完成此功能的舱叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡。若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是( )
A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．气体体积变大，气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少
C．气体并没有对外做功，气体内能不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
E．气体温度变小，体积增大，压强减小
11.（2021届江苏省无锡市天一中学高三模拟）如图所示，开口向上的导热气缸C 静置于水平桌面上，用一横截面积为s＝10cm2、质量为m＝2kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体．一不可伸长的轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k＝400N/m 的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量M＝4kg 的物块 B．开始时，活塞到缸底的距离L1＝100cm，轻绳恰好拉直，弹簧恰好处于原长状态，缸内气体的温度t1＝27℃．已知外界大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2，不计一切摩擦．现
使缸内气体缓慢冷却，求：
①当B 刚要离开桌面时气缸内封闭气体的温度；
②此过程中气体吸热还是放热，为什么？
专题13 热学
第31练 热力学定律与能量守恒定律
1.如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降．环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态．在活塞下降过程中( )
A．气体体积逐渐减小，内能增加
B．气体压强逐渐增大，放出热量
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．外界对气体做功，气体吸收热量
【答案】BC
【解析】温度不变，理想气体的内能不变，故A错误；根据ΔU＝W＋Q，内能不变，外界对气体做功，气体放出热量，故B、C正确，D错误．
2.(2022·山东德州市模拟)如图所示，内壁光滑的固定汽缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
【答案】B
【解析】由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，则W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000) J＝1 200 J，故A、C、D错误，B正确．
3.下列说法正确的是( )
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．自发的热传导是不可逆的
C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
D．气体向真空膨胀具有方向性
【答案】BD
【解析】有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A错误；据热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B正确，不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；气体可自发地向真空容器膨胀，具有方向性，D正确．
1.如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a.对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是( )
A．ab过程中，气体始终吸热
B．ca过程中，气体始终放热
C．ca过程中，气体对外界做功
D．bc过程中，气体的温度先降低后升高
【答案】AB
【解析】由理想气体的p－V图可知，ab过程是等容过程，外界对气体不做功，理想气体的温度升高，则内能增大，由ΔU＝Q＋W可知，气体始终吸热，故A正确；ca过程为等压压缩，气体体积减小，则外界对气体做正功，但气体温度降低，即内能减小，由ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即气体始终放热，故B正确，C错误；气体在b和c状态时，pbVb＝pcVc＝2p0V0，从b、c连线上任取一点，该点的pV>pbVb＝pcVc，根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C，可知bc过程中，气体的温度先升高后降低，故D错误．
2.如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是( )
A．C→A的过程中外界对气体做功300 J
B．B→C的过程中气体对外界做功600 J
C．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量
【答案】AC
【解析】在C→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，根据WCA＝p·ΔV，得WCA＝300 J，A正确；由题知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，则B→C的过程中气体对外界做功900 J，B错误；A→B→C→A，温度不变，则内能变化量ΔU＝0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900 J；C→A的过程中外界对气体做功300 J，故W＝WCA＋WBC＝－600 J，Q＝ΔU－W＝600 J，则整个过程中气体从外界吸收600 J的热量，C正确，D错误．
3.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
【答案】B
【解析】储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由pV＝C可知，压强变小，故A错误；气体体积增大，对外界做功，故B正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0，由于气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q>0，因此气体从外界吸热，故C错误；温度不变，分子平均动能不变，故D错误.
4.如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 ml氧气，b部分气体为2 ml氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是( )
A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，Ta
【答案】D
【解析】解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，由于b部分压强大，故解除锁定后活塞左移，则平衡时Va
5.如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再到状态C，最后变化到状态A，完成循环。下列说法正确的是( )
A. 状态A到状态B是等温变化
B. 状态A时所有分子的速率都比状态C时的小
C. 状态A到状态B，气体对外界做功为12p0V0
D. 整个循环过程，气体从外界吸收的热量是12p0V0
【答案】D
【解析】A.从状态A到状态B，体积和压强都增大，根据理想气体状态方程 pV T =C，温度一定升高，故A错误。
B.从状态C到状态A，压强不变，体积减小，根据理想气体状态方程 pV T =C，温度一定降低，分子平均速率减小，但平均速率是统计规律，对于具体某一个分子并不适应，故不能说状态A时所有分子的速率都比状态C时的小，故B错误。
C.从状态A到状态B，压强的平均值p=p0+2p02=32p0，气体对外界做功的大小等于外界对气体做功大小W1= p (VB−VA)=32 p0V0，故C错误。
D.从状态B到状态C为等容变化，外界对气体不做功，即W2=0；
从状态C到状态A为等压变化，体积减小，外界对气体做功W3=p0(2V0−V0)=p0V0，
对于整个循环过程，内能不变，ΔU=0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，得Q+W1+W2+W3=0，代入数据解得：Q=12p0V0，故D正确。故选D。
6.下列关于热力学第二定律的说法中正确的是( )
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
【答案】BC
【解析】符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误。
7.（2021届重庆市育才中学高三模拟）下列各种叙述中正确的是 （ ）
A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强可能不变
B．当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间距离
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
【答案】B
【解析】A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，温度升高，则压强一定变大，选项A错误；
B．液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离，附着层内分子间作用表现为斥力，故B正确；
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，越容易达到平衡，布朗运动越不明显，故C错误；
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，选项D错误。
故选B。
8.（2021届湖南省衡阳市田家炳实验中学高三模拟）(多选)如图所示是一定质量理想气体的状态变化图线。已知a→d是等温膨胀过程，则对于图中所示的4个过程中，以下说法中错误的是（ ）
A．a→b过程气体对外做功最多，内能增加也最多
B．a→c可能既不吸热也不放热
C．a→e过程气体内能的减少量不可能恰好等于气体对外做的功
D．b、c、d、e各状态下，单位体积内的气体分子个数都相同
【答案】BC
【解析】由图示图象可知，b、c、d、e点的体积V相等，，由查理定律
可知
a→d是等温膨胀过程，则
从a到b、c、d、e过程体积变化量相同，气态对外做功
a→b过程气体压强不变，a→c、a→d、a→e过程压强减小，则a→b过程气体对外做功最多，a→b过程气体温度升高最大，气体内能增加最多，故A正确；
B．a→c过程气体体积增大，气体对外做功，a→c过程气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B错误；
C．a→e过程气体温度降低，内能减少，气体体积增大，气体对外做功，气体内能的减少量可能等于气体对外做的功，故C错误；
D．b、c、d、e各状态下气体体积相等，分子数密度相等，即单位体积内的气体分子个数相等，故D正确；
故选BC。
9.（2021届福建省名校联盟高三模拟）负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设施，可以大大减少医务人员被感染的机会，病房中气压小于外界环境的大气压。若负压病房的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说法正确的是（ ）
A．负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能
B．负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率
C．负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数
D．相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力
【答案】C
【解析】因为负压病房的温度和外界温度相同，而温度是分子平均动能的标志，则负压病房内气体分子的平均动能等于外界环境中气体分子的平均动能，但是负压病房内每个气体分子的运动速率不一定都小于外界环境中每个气体分子的运动速率，选项AB错误；负压病房内的压强较小，温度与外界相同，则分子数密度较小，即负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数，选项C正确；
负压病房内的压强较小，根据F=pS可知，相同面积负压病房内壁受到的气体压力小于外壁受到的气体压力，选项D错误。故选C。
10.(2021·黑龙江哈三中模拟) (多选)我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，飞船专门用来完成此功能的舱叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡。若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是( )
A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．气体体积变大，气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少
C．气体并没有对外做功，气体内能不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
E．气体温度变小，体积增大，压强减小
【答案】BCD
【解析】气体自由膨胀，没有对外做功，故内能不变，温度也不变，故A、E错误，C正确；一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D正确；根据eq \f(pV,T)＝C可知当T不变、V增大时，p减小，故气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少，B正确。
11.（2021届江苏省无锡市天一中学高三模拟）如图所示，开口向上的导热气缸C 静置于水平桌面上，用一横截面积为s＝10cm2、质量为m＝2kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体．一不可伸长的轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k＝400N/m 的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量M＝4kg 的物块 B．开始时，活塞到缸底的距离L1＝100cm，轻绳恰好拉直，弹簧恰好处于原长状态，缸内气体的温度t1＝27℃．已知外界大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2，不计一切摩擦．现
使缸内气体缓慢冷却，求：
①当B 刚要离开桌面时气缸内封闭气体的温度；
②此过程中气体吸热还是放热，为什么？
【答案】① ②放热
【解析】①设初状态时气缸内气柱压强为
对活塞受力分析得
物块刚要离开桌面时活塞下移了，此时气缸内气柱压强为，此时弹簧弹力对活塞受力分析得
气缸内气柱的长度为
根据理想气体状态方程有
代入数据解得K或℃
②由热力学第一定律得,由于气体体积变小，外界对气体做功，为正值：气体温度降低，为负值，故为负值，即气体一定放热．
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