2025届高考物理一轮复习第15章热学第5讲热力学定律能量守恒定律练习含答案

这是一份2025届高考物理一轮复习第15章热学第5讲热力学定律能量守恒定律练习含答案，共8页。
题组一 热力学定律理解
1.(2023天津卷)爬山所带氧气瓶如图所示,氧气瓶里的气体容积、质量均不变,爬高过程中,温度减小,则气体( )
A.对外做功
B.内能减小
C.吸收热量
D.压强不变
2.冬奥会上的人造雪绝非“假雪”,是对水和空气一定比例混合压缩,并对混合水气的温度控制在0~5 ℃之间,再通过造雪机雾化喷出,下列说法错误的是( )

A.外界空气温度必须低于混合水气温度,才能使水凝固成雪
B.对混合水气加压越大,雪质越好
C.喷出的混合水气对外做功内能减小,凝固成雪
D.混合水气喷洒得越远,雪质越好
3.(2023广东实验中学模拟)火热的6月即将到来,高三的同学们也进入高考最后的冲刺,教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境,空调的工作原理如图所示,以下表述正确的是( )
A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述
B.空调的工作原理反映了热传导的方向性
C.此原理图中的Q1=Q2
D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体
题组二 热力学定律与气体实验定律的结合
4.(2024广东江门一模)内壁光滑的“U”形导热汽缸用不计质量的轻活塞封闭一定体积的空气(可视为理想气体),浸在盛有大量冰水混合物的水槽中,活塞在水面下,如图所示。现在轻活塞上方缓慢倒入沙子,下列说法正确的是( )
A.封闭空气分子的平均动能增大
B.活塞压缩封闭空气做功,封闭空气内能增大
C.封闭空气的压强变大
D.封闭空气从外界吸收了热量
5.(2024广东广州模拟)如图所示,固定在铁架台上的烧瓶,通过橡胶塞连接一根水平玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶,会观察到水柱缓慢向外移动,关于烧瓶内的气体,下列说法正确的是( )
A.气体的压强变小
B.气体的体积变小
C.气体对外界做功
D.气体的内能减小
6.(2024广东韶关一模)一自热米饭盒如图所示,盒内有一个发热包,遇水发生化学反应而产生大量热量,盖上盒盖便能在10~15分钟内加热食品。自热米饭盒的盖子上有一个透气孔,如果透气孔堵塞,容易造成小型爆炸,下列说法正确的是( )
A.饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,则盒内每一个气体分子速率都增大了
B.饭盒爆炸是盒内气体温度升高,气体压强增大导致的结果
C.在饭盒爆炸的瞬间,外界对盒内气体做正功
D.在饭盒爆炸的瞬间,盒内气体温度急剧升高
题组三 热力学定律与气体图像的结合问题
7.(2024黑龙江大庆统考一模)一定量的理想气体从状态a变化到状态b,该气体的热力学温度T与压强p的变化关系如T-p图像中从a到b的线段所示。在此过程中( )
A.外界一直对气体做正功
B.所有气体分子的动能都一直减小
C.气体一直对外界放热
D.气体放出的热量等于外界对其做的功
8.(2024福建宁德模拟)一定质量的理想气体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程,其中ba的延长线通过坐标原点,a、b、c、d四个状态气体的压强与温度如图所示,则( )
A.气体在ab过程中内能的增加量小于cd过程中内能的减少量
B.气体在ab过程中吸收的热量大于cd过程中放出的热量
C.气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量
D.气体在bc过程中体积的变化量等于da过程中体积的变化量
综合提升练
9.(2024广东广州华南师大附中校考)房间的温度t1=33 ℃时,室内空气的总质量为m,现打开空调使室内温度降到t2=27 ℃。已知室内气体的压强不变,视为理想气体,则下列说法正确的是( )
A.热量从低温物体传递到高温物体不违背热力学第二定律
B.温度降低的过程中,室内气体的总质量不断减小
C.温度降低至27 ℃时,室内气体的质量为m
D.温度降低后,气体分子在单位时间内对墙壁单位面积的撞击次数减少
10.(2024广东四校联考一模)一定质量的理想气体被一个质量为m=5 kg、横截面积为S=25 cm2的活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内。汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时活塞下表面相对于汽缸底部的高度为25 cm,外界的温度为27 ℃;现将一物块轻放在活塞的上表面,平衡时,活塞下降了5 cm。已知外界大气压强为p0=1×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2。求:
(1)初始状态封闭气体的压强;
(2)物块的质量m'。
11.如图所示,内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上,用活塞封闭一定质量的理想气体。活塞上表面水平,下表面倾斜,倾斜面与左壁的夹角为θ,质量为20 kg,活塞的上表面的面积为S=2×10-3 m2,状态A体积为VA=4×10-4 m3,温度为TA=300 K,大气压强p0=1×105 Pa,当对气体缓慢加热,气体从状态A变为状态B时,活塞上界面上移h=10 cm,气体吸收热量280 J。
(1)气体达到状态B时的温度为多少?
(2)气体从状态A变为状态B过程中内能改变了多少?
参考答案
第5讲 热力学定律 能量守恒定律
1.B 解析 由于爬山过程中气体体积不变,故气体不对外做功,故A错误;爬山过程中温度降低,则气体内能减小,故B正确;根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q,爬山过程中气体不做功,但内能减小,故可知气体放出热量,故C错误;爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变,温度减小,根据理想气体状态方程有=C,可知气体压强减小,故D错误。
2.A 解析 使水凝固成雪的过程中,根据热力学第一定律ΔU=Q+W
高压的混合水气喷出后,体积膨胀,对外做功,与外界来不及进行热交换,因此内能减小,温度降低,凝固成雪花,则根据凝雪原理可知,外界的温度可以高于混合水气的温度,故A错误,C正确;对混合水气加压越大,喷得越远,喷出后对外做功越多,越是加速雪的形成,雪质越好,故B、D正确。
3.B 解析 空调的工作原理对应的是热力学第二定律的克劳修斯表述,A错误;空调的工作原理反映了热传导的方向性,热量不能自发地从低温物体传导给高温物体,但在其他能力干预下,可以从低温物体传导给高温物体,B正确;此原理图中的Q1=Q2+W,C错误;此原理图说明在外界干预下,热量能从低温物体传导给高温物体,D错误。
4.C 解析 当将沙子缓慢倒在汽缸活塞上时,气体被压缩,外界对气体做功,但由于汽缸导热,且浸在盛有大量冰水混合物的水槽中,因此缸内气体的温度不变,则可知气体的内能不变,而温度是衡量分子平均动能的标志,温度不变则分子平均动能不变,故A、B错误;外界对气体做功,气体的体积减小,单位体积内的分子数目增多,而汽缸导热,温度不变,气体分子平均运动速率不变,则可知比起之前的状态,单位时间内单位体积的分子对器壁的碰撞次数增加,因此封闭气体的压强增大,故C正确;根据热力学第一定律ΔU=Q+W,由于汽缸导热,封闭气体的温度不变,即内能不变,而外界又对气体做功,因此气体要向外界放热,故D错误。
5.C 解析 由于水柱处于水平玻璃管中,对水柱分析可知,烧瓶内气体的压强始终等于大气压强,即气体的压强不变,A错误;根据上述可知,该过程是等压变化,手捂住烧瓶,温度升高,则气体体积增大,B错误;气体体积增大,气体对外界做功,C正确;气体温度升高,气体内能增大,D错误。
6.B 解析 饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,分子的平均动能增大,但不是盒内每一个气体分子速率都增大了,故A错误;饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,分子的平均动能增大,所以气体压强增大导致饭盒爆炸,故B正确;在饭盒爆炸的瞬间,气体体积增大,气体对外界做正功,故C错误;根据热力学第一定律可知,爆炸前气体温度升高,内能增大,在饭盒爆炸的瞬间,气体对外界做功,其内能应减小,盒内气体温度急剧下降,故D错误。
7.C 解析 根据一定质量的理想气体状态方程=C,可得T=,图像是过原点的一条直线,所以气体做等容变化,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故A、D错误;理想气体从状态a变化到状态b,温度降低,分子的平均动能减小,但不是所有气体分子的动能都一直减小,故B错误;理想气体温度降低,内能减小,但气体不做功,所以气体要向外界放热,故C正确。
8.C 解析 气体在ab、cd过程温度变化量相同,则气体在ab过程中内能的增加量等于cd过程中内能的减少量,故A错误;ab过程中体积不变,则Wab=0,cd过程中体积减小,则Wcd>0,则ab过程中吸收的热量Qab=ΔUab,cd过程中放出的热量为Qcd=ΔUcd+Wcd,其中ΔUab=ΔUcd,ab过程中吸收的热量小于cd过程中放出的热量,故B错误;气体在bc过程是等温压缩,压强增大到b状态的1.5倍,则体积变为b状态的;da过程是等温膨胀,压强变为d状态压强的,则体积变为d状态体积的2倍;因ab两状态体积相等,设为V,则c状态体积为V,d状态体积为V,气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量,故C正确,D错误。
9.A 解析 空调能使热量从低温物体传递到高温物体,但要消耗电能,因此遵循热力学第二定律,A正确;由于室内气体的压强、体积不变,温度降低,根据pV=nRT可知温度降低的过程中,室内气体的总质量不断增大,室内空气的密度增大,则气体分子在单位时间内对墙壁单位面积的撞击次数增多,B、D错误;设气体的摩尔质量为M,根据pV=nRT有R(33+273)=R(27+273),解得m'=m,C错误。
10.答案 (1)1.2×105 Pa
(2)7.5 kg
解析 (1)设初始汽缸内气体压强为p1,放上物块后稳定时,汽缸内气体压强为p2,根据平衡条件得p1S=p0S+mg
解得p1=1.2×105Pa。
(2)初始气柱长度h1=25cm,再次稳定后气柱长度h2=25cm-5cm=20cm
由玻意耳定律得p1h1S=p2h2S
解得p2=1.5×105Pa
由平衡条件有p2S=p0S+(m'+m)g
解得m'=7.5kg。
11.答案 (1)450 K
(2)240 J
解析 (1)如图所示,对活塞,竖直方向上由力的平衡得
pS=mg+p0S
代入数据得p=2×105Pa
从状态A到状态B,由盖-吕萨克定律得
代入数据得TB=450K。
(2)从状态A到状态B,气体对外做功为W=pSh=40J
由热力学第一定律得ΔU=Q-W
代入数据得ΔU=240J。