高考物理一轮复习第13章热学第37讲热力学定律与能量守恒练习(含解析)

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1．(2019·清远高三期末)(多选)下列判断正确的是( )
A．一定质量的气体等温膨胀时，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少
B．满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发地进行
C．一定质量的理想气体的压强、体积都增大时，一定从外界吸收热量
D．物体温度升高时，物体内所有分子的速率都一定增大
E．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间上有规则的排列
ACE 解析 气体做等温膨胀，分子密度减小，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，选项A正确；根据热力学第二定律，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不会自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他方面的变化，选项B错误；一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，根据气体方程得温度增大，所以其内能一定增加，选项C正确；温度是分子平均动能的标志，物体温度升高时，物体内的分子平均动能增大，但是个别分子速率可能减小，选项D错误；天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间上有规则的排列，选项E正确．
2．(2019·内蒙古集宁一中高三期末)(多选)下列说法正确的是( )
A．气体的体积指的是气体的分子所能够到达的空间的体积，而不是该气体所有分子的体积之和
B．理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，所以随着人类科学技术的进步，第二类永动机是有可能研制成功的
C．外界对气体做功时，其内能可能会减少
D．给自行车打气，越打越困难主要是因为胎内气体压强增大，而与分子间的斥力无关
ACD 解析 气体的体积指的是气体的分子所能够到达的空间的体积，而不是该气体所有分子的体积之和，主要是因为气体分子间空隙很大，故选项A正确；理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违反热力学第二定律，第二类永动机无法制成，故选项B错误；外界对气体做功时，如果同时向外界放热，内能可能减少，故选项C正确；给自行车打气，越打越困难主要是因为胎内气体压强增大，与分子间的斥力无关，故选项D正确．
3．根据你学过的热力学中的有关知识，下列说法正确的是( )
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．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
C．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
A 解析 机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，选项A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，选项B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293 ℃，只能无限接近－273.15 ℃，选项C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，选项D错误．
4．(2019·全国100所名校高三模拟)(多选)下列说法正确的是( )
A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的
B．熵是物体内分子运动无序程度的量度
C．若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变
D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小
E．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
BCE 解析 满足能量守恒定律的宏观过程不一定可以自发进行，比如热量就不能自发地从低温物体传到高温物体，故选项A错误；熵越大，物体内分子运动的无序性程度越大，故选项B正确；液体的饱和汽压与温度有关，与体积无关，故选项C正确；当分子间距增加时，分子间引力、斥力都减小，故选项D错误；当分子力表现为斥力时，分子力随着分子间距的减小而增大，在平衡位置分子势能具有最小值，故分子间距变化偏离平衡位置时，分子势能增加，故选项E正确．
5．(2019·濮阳二模)(多选)下列说法正确的是( )
A．大颗粒的盐磨成细盐，就变成了晶体
B．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，它们的分子势能先减小后增大
C．空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水平的饱和蒸汽压的比值
D．给自行车打气，越打越困难主要是因为胎内气体压强增大，而与分子间的斥力无关
E．第二类永动机不违反热力学第二定律，但违反了热力学第一定律
BCD 解析 将大颗粒的粗盐磨成细盐，细盐仍然是晶体，选项A错误；两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，分子间表现出先斥力后引力，故分子力先做正功，后做负功，它们的分子势能先减小后增大，选项B正确；空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和汽压的比值，选项C正确；给自行车打气，越打越困难主要是因为胎内气体压强增大，与分子间的斥力无关，因为分子斥力起作用的距离r6．(2018·全国卷Ⅱ)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是( )
A．气体的内能包括气体分子的重力势能
B．气体的内能包括分子之间相互作用的势能
C．气体的内能包括气体整体运动的动能
D．气体体积变化时，其内能可能不变
E．气体的内能包括气体分子热运动的动能
BDE 解析 气体的内能等于所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，故选项A、C错误，B、E正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知道，改变内能的方式有做功和热传递，所以体积发生变化时，内能可能不变，故选项D正确．
7．(2019·濮阳一模)(多选)下列说法正确的是( )
A．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
B．液晶像液体一样具有流动性，其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性的光学性质
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律
D．分子平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高
E．晶体熔化时吸收热量，其分子平均动能不变
ACE 解析 当分子间距小于r0，分子力表现为斥力，随着分子间距的减小而增大，分子势能也随着分子间距的减小而增大，故选项A正确；液晶一方面像液体具有流动性，另一方面又像晶体，分子在特定方向排列比较整齐有序，具有各向异性的光学性质，故选项B错误；第二类永动机不能制造出来的原因是违反了热力学第二定律，不违反能量守恒定律，故选项C正确；气体温度是气体分子的平均动能的标志，而分子平均动能不仅跟分子的平均速率有关，还跟分子的质量有关，通常认为分子运动越剧烈(即分子的平均速率越大)温度越高是指同一物体而言，两种不同气体(分子质量不同)，它们的分子质量和平均速率的大小是无法确定分子平均动能的大小的，因而也无法确定这两种气体温度高低，故选项D错误；温度是分子平均动能的标志，晶体熔化时吸收热量，但温度不变，因此分子的平均动能不变，故选项E正确．
8．(2019·深圳高三调研)(多选)下列说法正确的是( )
A．液晶具有流动性，其光学性质表现为各向异性
B．太空舱中的液滴呈球状是由于完全失重情况下液体表面张力的作用
C．用打气筒的活塞压缩气体很费劲，说明分子间有斥力
D．第二类永动机是不可能制造出来的，因为它违反了能量守恒定律
E．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
ABE 解析 液晶具有流动性，其光学性质表现为各向异性，选项A正确；太空舱中的液滴呈球状是由于完全失重情况下液体表面张力的作用，选项B正确；用打气筒的活塞压缩气体很费劲，这是气体压强作用的结果，不能说明分子间有斥力，选项C错误；第二类永动机是不可能制造出来的，因为它违反了热力学第二定律，不违反能量守恒定律，选项D错误；在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体，例如天然石英是晶体，加工后做成玻璃就是非晶体，选项E正确．
9．(2019·武汉高三调研)(多选)关于热现象，下列说法正确的是( )
A．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸分子的直径(也就是单层油酸分子组成的油膜的厚度)等于一小滴溶液中纯油酸的体积与它在水面上摊开的面积之比
B．两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力，它们都随距离的增大而减小，当两个分子的距离为r0时，引力与斥力大小相等，分子势能最小
C．物质是晶体还是非晶体，比较可靠的方法是从各向异性或各向同性来判断
D．如果用Q表示物体吸收的能量，用W 表示物体对外界所做的功，ΔU表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为Q＝ΔU＋W
E．如果没有漏气没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率可以达到100%
ABD 解析 根据用“油膜法”估测分子大小的实验原理可知，让一定体积的纯油酸滴在水面上形成单分子油膜，由于油酸分子是紧密排列的，而且形成的油膜为单分子油膜，然后用每滴油酸酒精溶液所含油酸体积除以油膜面积得出的油膜厚度即为油酸分子直径，故选项A正确；当分子间的距离r＜r0时，分子力表现为斥力，减小分子间的距离，分子力做负功，分子势能增加，当分子间的距离r＞r0时，分子力表现为引力，增大分子间的距离，分子力做负功，分子势能增加，所以当两个分子的距离为r0时，引力与斥力大小相等，分子势能最小，故选项B正确；单晶体具有各向异性，多晶体与非晶体都具有各向同性，所以不能根据各向异性或各向同性来判断物质是晶体还是非晶体，故选项C错误；根据热力学第一定律可知，如果用Q表示物体吸收的能量，用W表示物体对外界所做的功，ΔU表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为Q＝ΔU＋W，故选项D正确；根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，故选项E错误．
10．(2018·全国卷Ⅰ)(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e，对此气体，下列说法正确的是( )
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做正功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能相等
E．状态d的压强比状态b的压强小
BDE 解析 由理想气体状态方程eq \f(paVa,Ta)＝eq \f(pbVb,Tb)可知，pb>pa，即过程①中气体的压强逐渐增大，选项A错误；由于过程③中气体体积增大，所以过程③中气体对外做功，选项B正确；过程④中气体体积不变，对外做功为零，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，过程④中气体放出热量，选项C错误；由于状态c、d的温度相等，根据理想气体的内能只与温度有关，可知状态c、d的内能相等，选项D正确；由理想气体状态方程eq \f(pdVd,Td)＝eq \f(pbVb,Tb)可知，状态d的压强比状态b的压强小，选项E正确．
11．(2019·达州一模)在如图甲所示的密闭汽缸内装有一定质量的理想气体，图乙是它从状态A变化到状态B的V­T图象．已知AB的反向延长线通过坐标原点，气体在A点的压强为p＝1.0×105 Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量Q＝6.0×102 J，求：
(1)气体在状态B的体积VB；
(2)此过程中气体内能的增量ΔU.
解析 (1)由V­T图象通过坐标原点，则知从A到B理想气体发生等压变化．由盖－吕萨克定律得
eq \f(VA,TA)＝eq \f(VB,TB)，
解得VB＝eq \f(TB,TA)VA＝eq \f(4×102,3×102)×6.0×10－3 m3＝8.0×10－3 m3.
(2)外界对气体做的功
W＝p(VB－VA)＝－1.0×105×(8.0×10－3－6.0×10－3)J＝－2×102 J，
根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，
解得ΔU＝6.0×102 J－2×102 J＝4.0×102 J＝400 J.
答案 (1)8.0×10－3 m3 (2)400 J
12．(2019·湖南师大附中模拟)如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L、底面积为S，缸内有一个质量为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体．温度为热力学温标T0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L0.已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，问：
(1)采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？
(2)从开始升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少？
(3)当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为ΔU，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？
解析 (1)气体等压变化，由盖—吕萨克定律得eq \f(L0S,T0)＝eq \f(LS,T)，
解得T＝eq \f(LT0,L0).
(2)对活塞，由平衡条件得mg＋pS＝p0S，
气体做功W＝Fl＝pSl＝pS(L－L0)，
解得W＝(p0S－mg)(L－L0)．
(3)由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，
气体吸收的热量Q＝ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)．
答案 (1)eq \f(L,L0)T0 (2)(p0S－mg)(L－L0)
(3)ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)
13．(2019·济南一模)如图所示，绝热气缸倒扣放置，质量为M的绝热活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，气缸底部连接一“U”形细管(管内气体的体积忽略不计)．初始时，封闭气体温度为T，活塞距离气缸底部为h0，细管内两侧水银柱存在高度差．已知水银密度为ρ，大气压强为p0，气缸横截面积为S，重力加速度为g，求：
(1)“U”形细管内两侧水银柱的高度差；
(2)通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降Δh0，求此时的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，则气体内能的变化．
解析 (1)设封闭气体的压强为p，对活塞分析p0S＝pS＋Mg，
用水银柱表达气体的压强p＝p0－ρgΔh，
解得Δh＝eq \f(M,Sρ).
(2)加热过程中气体变化是等压变化
eq \f(h0S,T0)＝eq \f(h0＋Δh0S,T)，T＝eq \f(h0＋Δh0,h0)T0，
气体对外做功为W＝pSΔh0＝(p0S－Mg)Δh0，
根据热力学第一定律 ΔU＝Q－W，
可得ΔU＝Q－(p0S－Mg)Δh0.
答案 (1)eq \f(M,Sρ) (2)eq \f(h0＋Δh0,h0)T0 Q－(p0S－Mg)Δh0