专题72 热力学定律——2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

专题72 热力学定律

（时间：30分钟）

1．国庆期间，放飞气球增添节日气氛。图为某氦气球的上升过程，破裂之前，气球内的氦气的压强将_______（选填“变大”、“变小”或“等于”），气球内氦气的内能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

【答案】  变小    减小

【解析】

上升过程中，外界压强减小，由平衡条件知，气球内部压强变小；

由题意可知，气球的体积在变大，可知气体对外界做功，由于高度越高，温度越低，故气球不可能从外界吸热，由热力学第一定律可知，气球内氦气的内能减小。

2．如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。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。在活塞下降过程中气体体积逐渐___________（填“减小”或“增大”或“不变”）、气体压强逐渐________（填“减小”或“增大”或“不变”）、气体___________热量（填“吸收”或“放出”）、内能________ （填“减小”或“增大”或“不变”）。

【答案】  减小    增大    放出    不变

【解析】

在活塞下降过程中气体体积逐渐减小；

根据玻意耳定律可知，气体压强逐渐增大；

外界对气体做功，而气体温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律可知气体放出热量。

3．如图所示，一端开口的薄壁玻璃管AB竖直放置，由一段水银柱封闭着一段空气（可视为理想气体），现将玻璃管缓慢地绕B端顺时针转过90°。此过程中环境温度和大气压都不变。则旋转前后气体分子在单位时间对玻璃管单位面积的碰撞次数___________（填“增加”或“减小”或“不变”），封闭气体___________（填“从外界吸收”或“向外界放出”）热量。

【答案】  增加    向外界放出

【解析】

设水银柱的长度为，玻璃管竖直时封闭气体的压强为

（以cmHg为单位）

玻璃管转过后水平时气体压强为

故封闭气体的压强变大，由理想气体状态方程

可知，封闭气体的体积变小，分子数密度变大，而封闭气体的温度不变，气体分子的热运动剧烈程度不变，所以封闭气体分子在单位时间内对单位面积的碰撞次数增加。

在封闭气体体积变小的过程中外界对气体做正功，即，此过程中由于气体的温度不变，所以气体的内能不变，即，由热力学第一定律

可知，所以封闭气体向外界放出热量。

4．一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①②③④到达状态e，它的V-T图像如图所示，图中ab、de与V轴平行，cd与T轴平行，bc的延长线过坐标原点O。该气体由状态a到状态b，________（填“放出”或“吸收”）热量，由状态b到状态c，________（填“放出”或“吸收”）热量。气体在状态a的压强________（填“大于”“小于”或“等于”）在状态e的压强。

【答案】  放出    放出    小于

【解析】

气体由状态a到状态b，温度不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量；

气体由状态b到状态c，温度降低，内能减小，又体积减小，外界对气体做功，所以气体放出热量；

根据理想气体状态方程

（常量）

可知，气体在状态a的压强小于状态e的压强。

5．一定质量的理想气体“卡诺循环”过程如图所示，从状态A依次经过状态、、后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程。气体从状态到状态的过程，气体分子的平均动能___________（选填“增大”“减小”或“不变”）；整个循环过程，气体从外界___________（选填“吸收”“放出”或“无吸放”）热量。

【答案】  不变    吸收

【解析】

从状态为等温过程，温度是平均动能的标志，温度不变，气体分子的平均动能不变；

由可知整个循环过程气体内能不变，气体对外界做功，根据热力学第一定律，气体从外界吸收热量。

6．某容器封闭一定质量的理想气体，当理想气体由状态A经过如图所示过程变成状态B，在这一过程中，理想气体的密度不断_______（填“不变”或“变小”或“变大”），理想气体一定_______（填“吸收”或“放出”或“不吸收也不放出”）热量。

【答案】  变小    吸收

【解析】

当理想气体由状态A经过如图所示过程变成状态B，在这一过程中，理想气体的压强减小，温度升高，根据

可知，体积变大，则气体的密度不断变小；

气体体积变大，对外做功，则

W<0

温度升高，内能变大，即

∆U>0

根据

∆U=W+Q

可知

Q>0

则理想气体一定吸收热量。

7．某运动员挑战无氧登珠峰，为安全起见，他攀登时携带了一瓶氧气备用。假设该运动员挑战成功，已知峰顶的温度比峰底低，钢制氧气瓶（容积不变）导热性良好且不漏气，则在该运动员登山过程中氧气瓶内的氧气（视为理想气体）_________（选填“吸收”或“放出”）热量；若氧气瓶内氧气分子的速率分布图像如图所示，则其中曲线________（选填“甲”或“乙”）表示在峰顶时氧气瓶内氧气分子的速率分布规律。

【答案】  放出    甲

【解析】

在峰顶时氧气瓶内氧气的温度比在峰底时氧气瓶内氧气的温度低。在峰顶时氧气瓶内氧气的内能小于在峰底时氧气瓶内氧气的内能，故氧气瓶内的氧气放出热量。

温度越高，分子速率大的百分比增加，因此曲线甲表示在峰顶时氧气瓶内氧气分子的速率分布规律。

8．已知湖水随着深度增加水温降低，当气泡自湖底上升过程中，若在水下气泡内空气的压强近似等于气泡表面外侧水的压强。气泡在到达湖面之前，_______（填“气泡对外”或“外界对气泡”）做功；气泡内能_______（填“增大”或“减小”）。

【答案】  气泡对外    增大

【解析】

气泡在上升过程中，水压减小，气泡内部气体压强减小；体积膨胀对外做功，而温度升高，则内能增加。

9．如图所示是某同学设计的气压升降机，竖直圆柱形汽缸用活塞封闭了一定质量的气体，汽缸内壁光滑。活塞与内壁接触紧密无气体泄漏，活塞横截面积为，活塞及其上方装置总重力为，活塞停在内壁的小支架上，与缸底的距离为。气体温度为，压强为大气压强。现给电热丝通电，经过一段时间，活塞缓慢上升。上述过程中，气体可视为理想气体，若整个过程中封闭气体内能的变化为△，求：

（i）活塞恰好离开内壁小支架时气体的温度；

（ii）整个过程中气体吸收的热量。

【答案】  （i）；（ii）

【解析】

（i）气体等容变化至压强为时，活塞离开小支架，设温度升高至，根据查理定律有

解得

（ii）全过程中外界对气体做的功

由热力学第一定律有

△

解得

10．如图，一开口向下的汽缸竖直放置，汽缸壁内有卡口和，厚度不计的活塞可以在、间自由移动，已知距缸顶的高度为H，a、b间距为h，活塞上方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，且恰好对卡口无压力，外界大气压强为，汽缸内外温度均为。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达处。重力加速度为，求：

（a）此时汽缸内气体的温度；

（b）如果缸内气体每升高，内能升高E0，求在此过程中从电阻丝吸收了多少内能。

【答案】  （a）；（b）

【解析】

（a）加热后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b处，设此时汽缸中气体的温度为；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为和。根据盖—吕萨克定律有

式中

，

解得

（b）从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸内气体压强为，对活塞由平衡条件得

汽缸中的气体对外做的功为

解得

气体内能增加了

由热力学第一定律有

气体对外做功，记为W<0

解得

Q=E0+p0Sh-mgh

11．如图甲所示，一个厚度不计的圆筒形导热气缸开口向上竖直放置，气缸底面积，高度，已知大气压强，室温为7℃，取。缸内气体可视为理想气体。

（1）若室温升到27℃，求此时气缸内空气质量与室温为7℃时气缸内空气质量之比；

（2）若室温仍为7℃，如图乙所示，在气缸开口处加质量为的活塞，活塞与气缸之间无摩擦且不漏气，如果在活塞上缓慢放置一定质量的细砂，气柱高度变为气缸高度的，求砂子的质量并判断此过程缸内气体吸热还是放热。

【答案】  （1）；（2）0.3kg，放热

【解析】

（1）室温为7℃时，气缸内空气的体积为，温度

室温升到27℃时，此时包括逸出气体在内的气体的总体积为，温度为

，

由盖-吕萨克定律有

设室温为27℃时气缸内空气的密度为，则27℃时气缸内空气质量为，7℃时气缸内空气质量为，则室温为27℃时气缸内空气质量与室温为7℃时气缸内空气质量之比为

（2）因为砂子是缓慢放置的，所以气缸内气体发生等温变化，根据玻意耳定律有

其中

，

，

代入数据解得

因为气体体积减小，外界对气体做功，此过程气体温度不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，此过程气体向外放热。

12．2020年11月10日8时12分，中国研发的万米载人潜水器“奋斗者号”在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，刷新中国载人深潜的新纪录。载人潜水器是进入“无人区”的科考利器。某科技小组深受启发，自己动手制作了潜水器模型。如图所示，高压气瓶通过细管与压载水箱连接，压载水箱通过通海口（ 细管）通向外界，连接各部分的细管容积不计。压载水箱中有一厚度忽略不计的轻活塞，在地面先将高压空气充入高压气瓶中，关闭阀门K，此时活塞在压载水箱最右端。压载水箱通过通海口装满水后，潜水器下沉到水下h=10 m处悬停，通过遥控器将阀门K打开，高压气瓶中的气体缓慢膨胀推动活塞，刚好能够将压载水箱中的水全部排出，已知高压气瓶的容积为1L，压载水箱的容积为4L，大气压强p0=1.0×105 Pa，水的密度ρ=1.0×10 3kg/m3， g=10 m/s。若气体温度不变，活塞与水箱的摩擦力忽略不计，求：

（1）高压气瓶中气体的初始压强为大气压的多少倍；

（2）气体膨胀过程吸收的热量。

【答案】  （1）10倍；（2）800J

【解析】

（1）对封闭的气体，经历等温过程

其中

代入，得

（2）根据

由于等温

所以

即吸收800J的热量