2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点45 热力学定律与能量守恒

这是一份2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点45 热力学定律与能量守恒，共17页。试卷主要包含了2016年全国卷Ⅱ第33题等内容，欢迎下载使用。
考点45　热力学定律与能量守恒
考点名片
考点细研究：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律等。其中考查到的如：2016年全国卷Ⅰ第33题(1)、2016年全国卷Ⅱ第33题(1)、2015年北京高考第13题、2015年全国卷Ⅰ第33题(2)、2015年全国卷Ⅱ第33题(2)、2015年重庆高考第10题(2)、2015年江苏高考第12题A(3)、2014年全国卷Ⅰ第33题、2014年重庆高考第10题、2014年山东高考第37题、2013年山东高考第36题、2013年北京高考第13题等。
备考正能量：本考点为高考的重点内容。热力学定律和能量守恒定律是物理学的基础内容，是高考的热点内容之一。考查重点是对热力学定律、能量守恒定律的理解和计算以及对功、热和内能的认识等。主要题型为选择题、计算题，其中选择题多为中等难度题。

一、基础与经典
1.如图所示，内壁光滑的气缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在气缸内，外界大气压强为p0。现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2。则在此过程中(　　)

A．气体分子平均动能增大
B．气体分子平均动能不变
C．气体分子平均动能减小
D．气体内能变化了Q＋p0(V2－V1)
答案　A
解析　气体等压膨胀，由＝C，体积V增大，故温度T升高；温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，气体分子平均动能增大，故选项A正确，B、C错误；根据热力学第一定律得：ΔU＝Q＋W，而W＝－p0SΔL＝－p0ΔV＝－p0(V2－V1)，所以气体内能变化了ΔU＝Q－p0(V2－V1)，故选项D错误。
2．下列关于热现象的描述正确的一项是(　　)
A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%
B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
答案　C
解析　热机不可能将内能全部转化为机械能，其效率不可能达到100%，A错误。做功是通过能量转化的方式改变内能，而热传递是通过内能转移改变内能，B错误。单个分子的运动无规则，但大量分子的运动符合统计规律，D错误。C的说法是正确的。
3．关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大
B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体
C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大
D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大
答案　D
解析　热力学第一定律指出改变物体内能的方式有做功和热传递，A错误。热力学第二定律指出热量不能自发地由低温物体传到高温物体，但借助外界可以实现热量由低温物体传到高温物体，如电冰箱、空调等，B错误。若分子间距小于r0，分子势能随分子间距的增大而减小，若分子间距大于r0，分子势能随分子间距的增大而增大，C错误。分子间的引力和斥力都随分子间距的减小而增大，D正确。
4．关于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是(　　)
A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功和内能的单位不同
D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定
答案　B
解析　热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量都是能量转化的量度，热量和功都可以作为物体内能变化的量度，故B正确；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D错误。
5．在水池中，一个气泡从池底浮起，此过程可认为气泡的温度不变，气泡内气体视为理想气体。则 (　　)
A．外界对气泡做功，同时气泡吸热
B．外界对气泡做功，同时气泡放热
C．气泡对外界做功，同时气泡吸热
D．气泡对外界做功，同时气泡放热
答案　C
解析　随着气泡的上升，压强减小，因为温度不变，根据＝C，所以体积增大，气泡对外做功；根据ΔU＝W＋Q温度不变，所以ΔU＝0，W0，即气泡吸热，选项C正确。
6．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气(　　)

A．放热
B．压强减小
C．分子的热运动加剧
D．分子间的引力和斥力都减小
答案　A
解析　温度不变，洗衣缸内水位升高时，封闭气体压强增大，体积减小，外界对气体做功，W>0，又因ΔU＝0，由ΔU＝W＋Q知，QTc，B正确。根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，在c→d中T不变，即ΔU＝0，W＝－Q，即向外界放出的热量等于外界对气体做的功，C错误。d→a中，温度升高，ΔU>0，由p不变，T升高，可知V增大，W0，即气体从外界吸收热量，故E正确。
20．2017·石家庄质检](多选)下列说法正确的是(　　)
A．液面上部的蒸汽达到饱和时就不会有液体分子从液面飞出
B．质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘相比，具有不同的分子势能
C．单晶体的某些物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体的物理性质表现为各向同性
D．液体表面层分子的势能比液体内部分子的势能大
E．理想气体等温膨胀时从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功，这一过程违反了热力学第二定律
答案　BCD
解析　蒸汽达到饱和是一种动态平衡，同一时间内进出液体的分子数量相等，不是没有分子飞出，A错误。内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，质量相等的同种物质，则分子数相同；温度相同，即总动能相等；由于物态不同，内能不同，一定是分子势能不同，选项B正确。多晶体由于各个小晶粒的取向杂乱无章，整体不表现出方向性，显示各向同性，选项C正确。液体表面层分子间的距离比液体内部的分子间距略大一些，分子间的势能较大，选项D正确。热力学第二定律表示热机不能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不造成其他影响，而理想气体等温膨胀时，吸收的热量虽然全部用于对外做功了，但造成了其他的影响(与外界有热交换，向外界传递了一部分热量)，所以并不能说这个过程违反了热力学第二定律，选项E错误。

一、基础与经典
21.如图所示p­V图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J。

(1)ACB过程中气体的内能如何变化？变化了多少？
(2)BDA过程中气体吸收还是放出多少热量？
答案　(1)内能增加130 J　(2)放出热量330 J
解析　(1)ACB过程中W1＝－280 J，Q1＝＋410 J，
由热力学第一定律UB－UA＝W1＋Q1＝130 J，
气体内能的增加量为130 J。
(2)因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA过程中气体内能变化量UA－UB＝－130 J，
由题知W2＝200 J，由热力学第一定律得UA－UB＝W2＋Q2，解得Q2＝－330 J，即放出热量330 J，气体一定放出热量。
22．某地的平均风速为5 m/s，空气密度是1.2 kg/m3。有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
答案　3.4 kW
解析　在时间t内作用于风车的气流质量为m＝ρV＝ρπr2vt，这些气流的动能为mv2，
转变成的电能为E＝mv2×10%，
故风车带动的发电机功率为P＝＝πr2ρv3×10%，
代入数据得P＝3.4 kW。
二、真题与模拟
23．2016·江苏高考](1)在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽。停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却。在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为________。
A．压强变小 B．压强不变
C．一直是饱和汽 D．变为未饱和汽
(2)如图甲所示，在斯特林循环的p­V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成。B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)。状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)。

(3)如图甲所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J。在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J。求气体完成一次循环对外界所做的功。
答案　(1)AC　(2)不变　①　(3)8 J
解析　(1)高压锅在密封的状态下缓慢冷却，在冷却过程中气体发生等容变化，温度降低，压强变小，A正确，B错误。锅内始终处于饱和汽状态，C正确，D错误。
(2)气体在从B→C的过程中，气体的体积不变，因此单位体积中气体分子数目不变。从状态D到状态A，气体的体积不变，压强减小，温度降低，因此A状态对应的是图①。
(3)气体循环一次内能不变，ΔU＝0，吸收的热量Q＝(20＋12－4－20) J＝8 J。根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得W＝－8 J，气体对外做功8 J。
24. 2015·全国卷Ⅰ]如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m1＝2.50 kg，横截面积为S1＝80.0 cm2；小活塞的质量为m2＝1.50 kg，横截面积为S2＝40.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0 cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105 Pa，温度为T＝303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495 K。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2。求：

(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度；
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。
答案　(1)330 K　(2)1.01×105 Pa
解析　(1)设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2。由题给条件得：
V1＝S2＋S1①
V2＝S2l②
在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得：
S1(p1－p)＝m1g＋m2g＋S2(p1－p)③
故缸内气体的压强不变。由盖—吕萨克定律有：
＝④
联立①②④式并代入题给数据得：T2＝330 K⑤
(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′，由查理定律，有＝⑥
联立③⑤⑥式并代入题给数据得：p′＝1.01×105 Pa。
25．2015·全国卷Ⅱ]如图，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度为l＝10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h＝3.0 cm。现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h1＝10.0 cm时将开关K关闭。已知大气压强p0＝75.0 cmHg。

(1)求放出部分水银后A侧空气柱的长度；
(2)此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度。
答案　(1)12.0 cm　(2)13.2 cm
解析　(1)以cmHg为压强单位。设A侧空气柱长度l＝10.0 cm时的压强为p；当两侧水银面的高度差为h1＝10.0 cm时，设空气柱的长度为l1，压强为p1。由玻意耳定律得：pl ＝p1l1①
由力学平衡条件得：p＝p0＋h②
打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，直到B侧水银面低于A侧水银面h1为止。由力学平衡条件有：p1＝p0－h1③
联立①②③式，并代入题给数据得：l1＝12.0 cm④
(2)当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2。由玻意耳定律得：pl＝p2l2⑤
由力学平衡条件有：p2 ＝p0⑥
联立②⑤⑥式，并代入题给数据得：l2＝10.4 cm⑦
设注入的水银在管内的长度为Δh，依题意得：Δh ＝2(l1－l2)＋h1⑧
联立④⑦⑧式，并代入题给数据得：Δh＝13.2 cm。
26．2016·石家庄质检]一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其p­V图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃，求：

(1)该气体在状态B和C时的温度分别为多少？
(2)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
答案　(1)TB＝600 K　TC＝300 K　(2)放热，传递的热量为1000 J
解析　(1)对一定质量的理想气体，由图象可知A→B为等容变化，由查理定律得＝，
代入数据得TB＝600 K。
A→C由理想气体状态方程得＝
代入数据得TC ＝300 K。
(2)从A经B到C气体体积减小，外界对气体做正功，由p­V图线与横轴所围成的面积可得
W＝＝1000 J。
由于TA＝TC，该气体在状态A和状态C内能相等，ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，
可得Q＝－1000 J，即气体向外界放出热量，传递的热量为1000 J。