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高考物理一轮复习课时练习 第15章第6练 热力学定律与能量守恒定律（含详解）
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这是一份高考物理一轮复习课时练习 第15章第6练 热力学定律与能量守恒定律（含详解），共7页。试卷主要包含了下列说法正确的是，150 K 吸收 30 J等内容，欢迎下载使用。
1．(多选)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
2．(2022·重庆卷·15(1))2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为理想气体)( )
A．吸收热量 B．压强增大
C．内能减小 D．对外做负功
3.(多选)(2024·广州市六校开学考)在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法中正确的是( )
A．桶内气体压强p增大
B．桶内气体分子平均动能Ek不变
C．桶内气体从外界吸收热量
D．桶内气体对外做功，内能减小
4.一同学将针筒的针拔除后，将该端封闭一定质量的理想气体做成弹射玩具，该同学先缓慢推动推杆将针筒内气体进行压缩，然后松开推杆，压缩气体膨胀将推杆弹射，若推杆缓慢压缩气体过程中针筒内气体温度不变，推杆弹射过程中针筒内气体与外界无热交换，则下列说法中正确的是( )
A．推杆压缩气体过程，针筒内气体吸热
B．推杆压缩气体过程，针筒内气体压强减小
C．推杆弹射过程，针筒内气体内能增加
D．推杆弹射过程，针筒内气体分子平均动能减小
5.(多选)(2022·全国甲卷·33(1)改编)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图上从a到b的线段所示。在此过程中( )
A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其内能的增加量
6．(2022·辽宁卷·6)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统( )
A．对外界做正功 B．压强保持不变
C．向外界放热 D．内能减少
7.(2024·山东济南市开学考)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→A的变化过程。已知气体在状态B时的温度为600 K。
(1)气体在状态A时的温度为____________；
(2)请说明在该理想气体经历的A→B→C→A的变化过程中，气体向外界__________(填“吸收”或“放出”)热量，该过程中传递的热量为____________________。
8.(多选)(2023·山东菏泽市二模)如图所示，某医用氧气生产工厂要将氧气瓶M中氧气分装到瓶N中，两瓶的容积相同，阀门K打开前瓶N已抽成真空。现将阀门K打开，当两瓶内氧气的压强相等时再关闭阀门。两瓶、阀门及连接管都看作绝热，瓶中的氧气看作理想气体且不计连接管的容积，对此次分装过程以下说法正确的是( )
A．氧气自发地由M向N的流动过程是不可逆的
B．分装完毕后M中氧气的压强为分装前的eq \f(1,2)
C．分装完毕后氧气分子热运动的平均速率减小
D．分装完毕后两瓶内氧气的总内能减小
9．(2023·浙江6月选考·17改编)如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积S＝100 cm2，质量m＝1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300 K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积VA＝600 cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积VB＝500 cm3。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强pC＝1.4×
105 Pa。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q＝14 J；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU＝25 J；大气压p0＝1.01×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)气体从状态A到状态B，其分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，圆筒内壁单位面积受到的压力________(选填“增大”“减小”或“不变”)；
(2)气体在状态C的温度TC＝________ K；
(3)气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W＝________ J。
10.(2023·广东广州华南师大附中三模)气象气球是进行高空气象观测的平台。首先用聚酯薄膜材料制成气球的球皮，然后对它充以比空气密度小的气体，之后密封好，气球就可以携带仪器升空探测了。某气象气球升至地球平流层时，平流层的气压为p。从早上至中午，由于阳光照射，气球内气体的内能增加了ΔU，气球有微小膨胀，半径由R1膨胀到R2，已知早上气球内气体温度为T1。假设气球内的气体压强始终等于平流层气压，求中午时气球内气体的温度T2和早上至中午气球内气体吸收的热量Q。
11．(2023·山东省实验中学一模)单级水火箭可以简化为如图(a)所示的下方开口的容器。容器中气体体积V＝3 L，压强p0＝1×105 Pa，下方水的深度h＝50 cm。单向气阀(不计质量)是一个只能朝一个方向通入气体的装置，它外部为橡胶材质，将其紧紧塞在容器口位置可将水堵住还能向容器内进行充气。单向气阀与容器口摩擦力的最大值Ff＝91.5 N。现用打气筒通过单向气阀向容器内一次次地充入压强p0＝1×105 Pa、V1＝300 mL的气体。当容器内的气体压强达到一定值时单向气阀和容器中的水被一起喷出，水火箭可以获得一定的速度发射。已知重力加速度g＝10 m/s2，容器口的横截面积S＝3×10－4 m2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3。假设容器中的气体为理想气体，充气和喷水时忽略温度的变化。
(1)求水火箭刚好喷水时容器内气体压强p；
(2)求水火箭刚好喷水时的充气次数；
(3)水火箭喷水过程中，容器内气体的p－V图像如图(b)所示，试估算容器内气体从状态a到状态b从外部吸收的热量。
第6练 热力学定律与能量守恒定律
1．BD [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；由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膨胀，具有方向性，D正确。]
2．C [由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据eq \f(pV,T)＝C，可知温度降低，艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据ΔU＝W＋Q可知气体放出热量，故选C。]
3．BC [依题意，起飞前后桶内气体的温度保持不变，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，桶内气体体积增大，根据pV＝C可知，压强p减小，故A错误；由于桶内气体温度不变，则分子平均动能Ek不变，故B正确；由于桶内气体温度不变，则气体内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，桶内气体从外界吸收热量，故C正确，D错误。]
4．D [推杆压缩气体过程，对气体做功，气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，故A错误；推杆压缩气体过程，气体体积变小，根据玻意耳定律可知，针筒内气体压强变大，故B错误；推杆弹射过程，针筒内气体对外做功且外界无热交换，内能减小，故C错误；推杆弹射过程，内能减小，温度降低，针筒内气体分子平均动能减小，故D正确。]
5．BCD [因p－T图像中a到b的线段的延长线过原点，由eq \f(pV,T)＝C，可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对外做功，选项A错误；因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确；因W＝0，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项C、D正确。]
6．A [理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则理想气体对外界做正功，A正确；由题图可知，V＝V0＋kT，根据理想气体状态方程有eq \f(pV,T)＝C，联立则有p＝eq \f(C,k＋\f(V0,T))，可看出T增大，p增大，B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C错误。]
7．(1)150 K (2)吸收 30 J
解析 (1)根据eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pBVB,TB)
代入数据得TA＝150 K
(2)整个过程内能不变ΔU＝0
p－V图像与V轴围成的面积代表做的功，整个过程气体对外做功为
W1＝eq \f(2＋4,2)×104×(6－3)×10－3 J－2×104×(6－3)×10－3 J＝30 J，根据热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q，其中W＝－W1＝－30 J，ΔU＝0，可得Q＝30 J，可知气体从外界吸收热量，吸收的热量为30 J。
8．AB [由热力学第二定律知，氧气自发地由M向N的流动过程是不可逆的，A正确；绝热过程中Q＝0，从M到N过程中W＝0，故内能不发生变化，所以理想气体温度不变，分装完毕后氧气分子热运动的平均速率不变，C、D错误；分装过程温度不变，由玻意耳定律知，气体体积变为两倍，压强减小为原来的一半，B正确。]
9．(1)不变 增大 (2)350 (3)11
解析 (1)圆筒导热良好，则气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，则压强增大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大；
(2)状态A时的压强pA＝p0－eq \f(mg,S)＝1.0×105 Pa，
温度TA＝300 K，体积VA＝600 cm3；
状态C时的压强pC＝1.4×105 Pa，温度为TC，体积VC＝500 cm3；根据eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pCVC,TC)，解得TC＝350 K
(3)从B到C气体进行等容变化，则WBC＝0，因从B到C气体内能增加25 J可知，气体从外界吸热25 J，而气体从A到C从外界吸热14 J，可知气体从A到B气体放热11 J，从A到B气体内能不变，可知从A到B外界对气体做功11 J。
10.eq \f(R23,R13)T1 ΔU＋eq \f(4,3)πp(R23－R13)
解析 早上气球体积V1＝eq \f(4,3)πR13
中午气球体积V2＝eq \f(4,3)πR23
从早上至中午，气球内的气体做等压变化，则有eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)，得T2＝eq \f(R23,R13)T1
气球膨胀过程，气体压强为p，外界对气体做功W＝－p(V2－V1)，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU＋eq \f(4,3)πp(R23－R13)。
11．(1)4×105 Pa (2)30 (3)900 J
解析 (1)对单向气阀受力分析p0S＋Ff＝mg＋pS，又m＝ρSh，联立可得p＝p0＋eq \f(Ff,S)－ρgh
代入数据得p＝4×105 Pa
(2)气体做等温变化，有p0V＋Np0V1＝pV，解得充气次数N＝30
(3)由p－V图像可知，外界对气体做功W＝－225×4 J＝－900 J，喷水过程内能不变，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝0，所以气体吸收热量Q＝900 J。
1．(多选)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
2．(2022·重庆卷·15(1))2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为理想气体)( )
A．吸收热量 B．压强增大
C．内能减小 D．对外做负功
3.(多选)(2024·广州市六校开学考)在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法中正确的是( )
A．桶内气体压强p增大
B．桶内气体分子平均动能Ek不变
C．桶内气体从外界吸收热量
D．桶内气体对外做功，内能减小
4.一同学将针筒的针拔除后，将该端封闭一定质量的理想气体做成弹射玩具，该同学先缓慢推动推杆将针筒内气体进行压缩，然后松开推杆，压缩气体膨胀将推杆弹射，若推杆缓慢压缩气体过程中针筒内气体温度不变，推杆弹射过程中针筒内气体与外界无热交换，则下列说法中正确的是( )
A．推杆压缩气体过程，针筒内气体吸热
B．推杆压缩气体过程，针筒内气体压强减小
C．推杆弹射过程，针筒内气体内能增加
D．推杆弹射过程，针筒内气体分子平均动能减小
5.(多选)(2022·全国甲卷·33(1)改编)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图上从a到b的线段所示。在此过程中( )
A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其内能的增加量
6．(2022·辽宁卷·6)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统( )
A．对外界做正功 B．压强保持不变
C．向外界放热 D．内能减少
7.(2024·山东济南市开学考)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→A的变化过程。已知气体在状态B时的温度为600 K。
(1)气体在状态A时的温度为____________；
(2)请说明在该理想气体经历的A→B→C→A的变化过程中，气体向外界__________(填“吸收”或“放出”)热量，该过程中传递的热量为____________________。
8.(多选)(2023·山东菏泽市二模)如图所示，某医用氧气生产工厂要将氧气瓶M中氧气分装到瓶N中，两瓶的容积相同，阀门K打开前瓶N已抽成真空。现将阀门K打开，当两瓶内氧气的压强相等时再关闭阀门。两瓶、阀门及连接管都看作绝热，瓶中的氧气看作理想气体且不计连接管的容积，对此次分装过程以下说法正确的是( )
A．氧气自发地由M向N的流动过程是不可逆的
B．分装完毕后M中氧气的压强为分装前的eq \f(1,2)
C．分装完毕后氧气分子热运动的平均速率减小
D．分装完毕后两瓶内氧气的总内能减小
9．(2023·浙江6月选考·17改编)如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积S＝100 cm2，质量m＝1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300 K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积VA＝600 cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积VB＝500 cm3。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强pC＝1.4×
105 Pa。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q＝14 J；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU＝25 J；大气压p0＝1.01×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)气体从状态A到状态B，其分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，圆筒内壁单位面积受到的压力________(选填“增大”“减小”或“不变”)；
(2)气体在状态C的温度TC＝________ K；
(3)气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W＝________ J。
10.(2023·广东广州华南师大附中三模)气象气球是进行高空气象观测的平台。首先用聚酯薄膜材料制成气球的球皮，然后对它充以比空气密度小的气体，之后密封好，气球就可以携带仪器升空探测了。某气象气球升至地球平流层时，平流层的气压为p。从早上至中午，由于阳光照射，气球内气体的内能增加了ΔU，气球有微小膨胀，半径由R1膨胀到R2，已知早上气球内气体温度为T1。假设气球内的气体压强始终等于平流层气压，求中午时气球内气体的温度T2和早上至中午气球内气体吸收的热量Q。
11．(2023·山东省实验中学一模)单级水火箭可以简化为如图(a)所示的下方开口的容器。容器中气体体积V＝3 L，压强p0＝1×105 Pa，下方水的深度h＝50 cm。单向气阀(不计质量)是一个只能朝一个方向通入气体的装置，它外部为橡胶材质，将其紧紧塞在容器口位置可将水堵住还能向容器内进行充气。单向气阀与容器口摩擦力的最大值Ff＝91.5 N。现用打气筒通过单向气阀向容器内一次次地充入压强p0＝1×105 Pa、V1＝300 mL的气体。当容器内的气体压强达到一定值时单向气阀和容器中的水被一起喷出，水火箭可以获得一定的速度发射。已知重力加速度g＝10 m/s2，容器口的横截面积S＝3×10－4 m2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3。假设容器中的气体为理想气体，充气和喷水时忽略温度的变化。
(1)求水火箭刚好喷水时容器内气体压强p；
(2)求水火箭刚好喷水时的充气次数；
(3)水火箭喷水过程中，容器内气体的p－V图像如图(b)所示，试估算容器内气体从状态a到状态b从外部吸收的热量。
第6练 热力学定律与能量守恒定律
1．BD [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；由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膨胀，具有方向性，D正确。]
2．C [由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据eq \f(pV,T)＝C，可知温度降低，艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据ΔU＝W＋Q可知气体放出热量，故选C。]
3．BC [依题意，起飞前后桶内气体的温度保持不变，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，桶内气体体积增大，根据pV＝C可知，压强p减小，故A错误；由于桶内气体温度不变，则分子平均动能Ek不变，故B正确；由于桶内气体温度不变，则气体内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，桶内气体从外界吸收热量，故C正确，D错误。]
4．D [推杆压缩气体过程，对气体做功，气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，故A错误；推杆压缩气体过程，气体体积变小，根据玻意耳定律可知，针筒内气体压强变大，故B错误；推杆弹射过程，针筒内气体对外做功且外界无热交换，内能减小，故C错误；推杆弹射过程，内能减小，温度降低，针筒内气体分子平均动能减小，故D正确。]
5．BCD [因p－T图像中a到b的线段的延长线过原点，由eq \f(pV,T)＝C，可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对外做功，选项A错误；因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确；因W＝0，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项C、D正确。]
6．A [理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则理想气体对外界做正功，A正确；由题图可知，V＝V0＋kT，根据理想气体状态方程有eq \f(pV,T)＝C，联立则有p＝eq \f(C,k＋\f(V0,T))，可看出T增大，p增大，B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C错误。]
7．(1)150 K (2)吸收 30 J
解析 (1)根据eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pBVB,TB)
代入数据得TA＝150 K
(2)整个过程内能不变ΔU＝0
p－V图像与V轴围成的面积代表做的功，整个过程气体对外做功为
W1＝eq \f(2＋4,2)×104×(6－3)×10－3 J－2×104×(6－3)×10－3 J＝30 J，根据热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q，其中W＝－W1＝－30 J，ΔU＝0，可得Q＝30 J，可知气体从外界吸收热量，吸收的热量为30 J。
8．AB [由热力学第二定律知，氧气自发地由M向N的流动过程是不可逆的，A正确；绝热过程中Q＝0，从M到N过程中W＝0，故内能不发生变化，所以理想气体温度不变，分装完毕后氧气分子热运动的平均速率不变，C、D错误；分装过程温度不变，由玻意耳定律知，气体体积变为两倍，压强减小为原来的一半，B正确。]
9．(1)不变 增大 (2)350 (3)11
解析 (1)圆筒导热良好，则气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，则压强增大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大；
(2)状态A时的压强pA＝p0－eq \f(mg,S)＝1.0×105 Pa，
温度TA＝300 K，体积VA＝600 cm3；
状态C时的压强pC＝1.4×105 Pa，温度为TC，体积VC＝500 cm3；根据eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pCVC,TC)，解得TC＝350 K
(3)从B到C气体进行等容变化，则WBC＝0，因从B到C气体内能增加25 J可知，气体从外界吸热25 J，而气体从A到C从外界吸热14 J，可知气体从A到B气体放热11 J，从A到B气体内能不变，可知从A到B外界对气体做功11 J。
10.eq \f(R23,R13)T1 ΔU＋eq \f(4,3)πp(R23－R13)
解析 早上气球体积V1＝eq \f(4,3)πR13
中午气球体积V2＝eq \f(4,3)πR23
从早上至中午，气球内的气体做等压变化，则有eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)，得T2＝eq \f(R23,R13)T1
气球膨胀过程，气体压强为p，外界对气体做功W＝－p(V2－V1)，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU＋eq \f(4,3)πp(R23－R13)。
11．(1)4×105 Pa (2)30 (3)900 J
解析 (1)对单向气阀受力分析p0S＋Ff＝mg＋pS，又m＝ρSh，联立可得p＝p0＋eq \f(Ff,S)－ρgh
代入数据得p＝4×105 Pa
(2)气体做等温变化，有p0V＋Np0V1＝pV，解得充气次数N＝30
(3)由p－V图像可知，外界对气体做功W＝－225×4 J＝－900 J，喷水过程内能不变，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝0，所以气体吸收热量Q＝900 J。
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