高考物理一轮复习 第13章 第3节 课时提能练37　热力学定律与能量守恒定律

这是一份高考物理一轮复习 第13章 第3节 课时提能练37　热力学定律与能量守恒定律，共8页。试卷主要包含了下列关于热现象的说法正确的是，下列说法中正确的是，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。

A级 基础过关练
1．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
B．能量耗散过程中能量不守恒
C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
ADE [第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A正确；能量耗散过程中能量仍是守恒的，B错误；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C错误；能量耗散具有方向性，D正确；物体在引起其他变化时可以从单一热源吸收热量并全部用于做功，E正确．]
2．下列关于热现象的说法正确的是( )
A．一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，系统的内能保持不变
B．对某物体做功，可能会使该物体的内能增加
C．气体分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的温度和体积
D．一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
E．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
BCD [根据能量守恒定律，一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，系统的内能增加，选项A错；功可以全部转化为热，热量在引起其他变化的情况下也可以全部转化为功，选项E错．]
3．(2017·南昌模拟)关于热现象和热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体的多
B．煤、石油、天然气等能源所储存的能量最初来源可追溯到太阳能
C．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热则其内能一定增大
D．物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关
E．压缩气体，对其做2.0×105 J的功，同时气体向外界放出1.5×105 J的热量，则气体的内能增加了0.5×105 J
BCE [甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体的温度高，选项A错；煤、石油、天然气等能源所储存的能量最初来源可追溯到太阳能，选项B对；一定质量的气体经历等容过程，不对外做功，根据热力学第一定律，如果吸热则其内能一定增大，选项C对；物体的内能在宏观上不但与其温度和体积有关，而且还与分子数有关，选项D错；压缩气体，对其做2.0×105 J的功，同时气体向外界放出1.5×105 J的热量，根据热力学第一定律，则气体的内能增加了0.5×105 J，选项E对．]
4. (2014·全国卷Ⅰ)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p­T图象如图13­3­4所示．下列判断正确的是( )
图13­3­4
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
ADE [由p ­T图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab一定吸热，选项A正确；过程bc温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由p ­T图象可知，a状态气体温度最低，则分子平均动能最小，选项D正确；b、c两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，选项E正确．]
5．(2017·河南省实验中学模拟)下列说法中正确的是( )
A．无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%
B．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
C．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
D．已知阿伏加德罗常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子体积的大小
E．“用油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸酒精溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子的直径
ABC [根据热力学第二定律，无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%，故A正确；露珠呈球状是由于液体表面张力的作用，故B正确；能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，说明能量虽然守恒，但是仍然要节约能源，故C正确；已知阿伏加德罗常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子平均占据空间体积的大小，由于分子距离很大，故不能确定分子的大小，故D错误；“用油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸酒精溶液中油酸的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子的直径，故E错误．]
6．(2017·郑州高三第二次质量预测)下列说法正确的是( )
A．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小
B．布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动
C．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．做功和热传递在改变系统内能方面是不等价的
E．第二类永动机虽不违背能量守恒定律，但也是不可能制成的
ACE [分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，故A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的反映，不是分子的运动，故B错误；食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确；做功和热传递在改变系统内能方面是等价的，故D错误；第二类永动机虽不违背能量守恒定律，但违反热力学第二定律，仍不可能制成，故E正确．]
7．如图13­3­5所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态．现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是( )
图13­3­5
A．气体A吸热，内能增加
B．气体B吸热，对外做功，内能不变
C．气体A分子的平均动能增大
D．气体A和气体B内每个分子的动能都增大
E．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少
ACE [气体A进行等容变化，则W＝0，根据ΔU＝W＋Q可知气体A吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但不是每个分子的动能都增加，选项A、C正确，D错误；因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加；又因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，选项B错误；气体B的压强不变，但是体积增大，平均动能增大，所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，选项E正确．]
8．(2017·安庆模拟)如图13­3­6所示，固定的光滑斜面倾角为θ＝30°，一质量为M＝4 kg，底面积为S＝2 cm2的气缸放在斜面上．导热活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸中，活塞通过一根细杆固定在斜面底端，细杆与斜面平行，活塞和气缸内壁间光滑．初始时气缸内、外气体压强均为大气压强p0＝1×105 Pa，活塞与气缸底部距离为l0＝0.2 m，将气缸由静止释放，经过足够长时间后气缸静止，重力加速度g取10 m/s2.
(1)求气缸最终静止时活塞与气缸底部距离．
(2)整个过程中，气缸内气体是从外界吸收热量还是向外界释放热量？数值为多少？
图13­3­6
【解析】 (1)释放气缸时，气缸内气体压强为p0，体积为l0S；气缸最终静止时，设气缸内气体压强为p，活塞与气缸底部距离为l，对气缸受力分析如图所示．
由平衡条件有
pS＝p0S＋Mgsinθ
解得p＝p0＋eq \f(Mgsinθ,S)
由玻意耳定律得p0l0S＝plS
解得l＝eq \f(p0Sl0,p0S＋Mgsinθ)＝0.1 m.
(2)气缸下降过程中，内部气体被压缩，外界对气体做功，最终静止时温度与外界相同，内能不变，所以整个过程中，缸内气体向外界释放热量．
始末状态，对气缸由动能定理，有
Mg(l0－l)sinθ＋p0S(l0－l)＋W＝0
即重力、大气压力做的功和内部气体压力做的功之和为零
对封闭气体，由热力学第一定律，有Q＋W′＝0
W′为外界对气体做的正功，且有W′＝－W
各式联立解得
Q＝－[Mg(l0－l)sinθ＋p0S(l0－l)]＝－4 J
即放出热量大小为4 J.
【答案】 (1)0.1 m (2)释放热量 4 J
B级 题型组合练
9．如图13­3­7甲所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m.现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，汽缸内的气体从状态A变化到状态B.若该过程中气体内能发生了变化，气体柱高度增加了ΔL.外界大气压强为p0.
图13­3­7
(1)(多选)下列说法中正确的是________．
A．该过程中汽缸内气体的压强始终为p0
B．该过程中气体的内能不断增大
C．该过程中气体不断从外界吸收热量
D．气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功
E．A和B两个状态，汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同
(2)汽缸内气体的温度为T1时，气体柱的高度为L＝________(用图中和题目中给出的字母表示)．
(3)若气体从状态A变化到状态B的过程中从外界吸收的热量为Q，则被封闭气体的内能变化了多少？
【导学号：92492419】
【解析】 (1)根据图乙可知气体在该过程中发生的是等压变化，该过程中汽缸内气体的压强始终为p0＋eq \f(mg,S)，选项A错误；由图乙可知气体温度升高，内能增大，气体体积膨胀对外做功，根据热力学第一定律可知，气体必定从外界吸收热量，且气体从外界吸收的热量大于气体对外做的功，选项B、C、D正确；A和B两个状态，气体温度不相同，气体分子运动的平均速率不相等，单个分子对汽缸内壁的平均撞击力也不相等，根据等压变化，可判断汽缸内壁单位面积单位时间内受到分子撞击的次数不同，选项E错误．
(2)由盖—吕萨克定律得
eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)，即eq \f(LS,T1)＝eq \f(L＋ΔLS,T2)
解得L＝eq \f(T1·ΔL,T2－T1).
(3)对活塞和砝码整体，由力的平衡条件得mg＋p0S＝pS
解得p＝p0＋eq \f(mg,S)
气体从状态A变化到状态B的过程中对外做的功为
W＝pSΔL＝(p0S＋mg)ΔL
由热力学第一定律得
气体内能的变化量为
ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)ΔL.
【答案】 (1)BCD (2)eq \f(T1,T2－T1)ΔL (3)Q－(p0S＋mg)ΔL
10．(1)关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程
ACE [由ΔU＝W＋Q可知做功和热传递是改变物体内能的两种途径，它们是等效的，故A正确、B错误；由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之全部变为功，但会产生其他影响，故C正确；由热力学第二定律知，热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体，则D项错；一切与热现象有关的宏观过程不可逆，则E正确．]
(2)如图13­3­8所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S.开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0.现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d，然后再次平衡，求：
图13­3­8
①外界空气的温度是多少？
②在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？
【解析】 (1)取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖—吕萨克定律有
eq \f(V,V0)＝eq \f(T,T0)
得外界温度
T＝eq \f(V,V0)T0＝eq \f(h0＋dS,h0S)T0＝eq \f(h0＋d,h0)T0.
(2)活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功
W＝－(mg＋p0S)d
根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能
ΔE＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d.
【答案】 (1)ACE (2)①eq \f(h0＋d,h0)T0 ②Q－(mg＋p0S)d