新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：38　热力学定律与能量守恒定律

这是一份新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：38　热力学定律与能量守恒定律，共6页。

(建议用时：40分钟)
1．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么( )
A. 外界对胎内气体做功，气体内能减小
B. 外界对胎内气体做功，气体内能增大
C. 胎内气体对外界做功，内能减小
D. 胎内气体对外界做功，内能增大
D 解析：胎内气体压强增大，体积增大，由理想气体状态方程 eq \f(pV,T)＝C知，温度T升高，因此内能增大；车胎体积增大，则胎内气体对外界做功，D正确。
2．(多选)根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法正确的是( )
A. 机械能可以全部转化为内能
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. 制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
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
AC 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，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，B错误；由能量守恒定律知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量，C正确；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，D错误。
3．地球上有很多海水，它的总质量约为1.4×1018 t，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出约5.88×1023 J的热量。有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这是不可能的，其原因是( )
A. 内能不能转化成机械能
B. 内能转化成机械能不满足热力学第一定律
C. 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律
D. 上述三种原因都不正确
C 解析：内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，B错误；热力学第二定律告诉我们，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确，D错误。
4．根据热力学定律，下列说法正确的是( )
A. 第二类永动机违反了能量守恒定律，因此不可能制成
B. 效率为100%的热机是可能制成的
C. 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
D. 从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段
C 解析：第二类永动机不可能制成，是因为它违背了热力学第二定律，故A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故B错误；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，故D错误。
5．(2020·北京模拟)一定质量的理想气体，在温度升高的过程中( )
A. 气体的内能一定增加
B. 外界一定对气体做功
C. 气体一定从外界吸收热量
D. 气体分子的平均动能可能不变
A 解析：理想气体不计分子势能，温度升高，平均动能增大，内能一定增加，选项A正确，D错误；温度升高，可能是外界对气体做功，也可能是气体从外界吸收热量，也可能是两种方式都有，选项B、C错误。
6．(2020·天津高考)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A. 压强变大 B. 对外界做功
C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
B 解析：随着水向外喷出，气体的体积变大，由于温度不变，根据pV＝C，可知气体压强减小，A错误；由于气体体积膨胀，对外界做功，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，一定从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。
7．(多选)一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，图线由两条绝热线和两条等容线组成，其中，a→b和c→d为绝热过程，b→c和d→a为等容过程。下列说法正确的是( )
A. a→b过程中，气体分子的平均动能不变
B. b→c过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
C. c→d过程中，单位体积内的气体分子数减少
D. d→a过程中，气体从外界吸收热量
BC 解析：a→b过程为绝热过程，理想气体与外界没有热交换，Q＝0，体积变小，外界对气体做功，W>0，根据ΔU＝Q＋W可知，ΔU>0，故气体温度升高，气体分子的平均动能增大，故A错误；b→c过程中，体积不变，由 eq \f(pV,T)＝C可知，当压强变大时，温度升高，分子平均动能增大，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多，故B正确；c→d过程为绝热过程，体积变大，单位体积内的气体分子数减少，故C正确；d→a过程中，体积不变，压强减小，温度降低，可知ΔU<0，W＝0，由ΔU＝W＋Q，可知Q<0，气体放热，故D错误。
8．(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p­T图像如图所示。其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是( )
A. 气体在a、c两状态的体积相等
B. 气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C. 在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D. 在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
AB 解析：由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误。
9．(2019·全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。
解析：活塞光滑，容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与气体温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。
答案：低于 大于
10．一定质量的理想气体，在绝热情况下体积减小时，气体的内能________(选填“增大”“不变”或“减小”)。当一定质量的理想气体从外界吸收热量，同时体积增大时，气体的内能________(选填“一定增大”“可能不变”或“一定减小”)。可看成理想气体的1 g氢气和1 g氧气，在体积不变的情况下，从10 ℃升高到20 ℃时，氢气内能的增加量________(选填“大于”“等于”或“小于”)氧气内能的增加量。
解析：一定质量的理想气体，在绝热情况下，即 Q＝0，体积减小，即W>0，根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q，得ΔU>0，即内能增大。当一定质量的理想气体从外界吸收热量，同时体积增大时，则Q>0，W<0，根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q，得ΔU可能大于0、等于0或小于0，即内能可能增加、不变或减小。可看成理想气体的1 g氢气和 1 g 氧气，在体积不变的情况下，从10 ℃升高到 20 ℃时，气体分子平均动能的增加量相同，但氢气分子的个数多，则氢气的总分子动能增加量多，而理想气体的内能只考虑分子动能，则氢气内能的增加量大于氧气内能的增加量。
答案：增大 可能不变 大于
11．(2020·江苏高考)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p­ eq \f(1,V) 图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q。
解析：A→B过程，外界对气体做的功
W1＝p eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(VA－VB))
B→C过程，W2＝0
根据热力学第一定律得ΔU＝W1＋W2＋Q
A和C的温度相等，则ΔU＝0
代入数据解得Q＝2×105 J。
答案：2×105 J
12．如图所示，水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的质量m＝10 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到汽缸底部的距离L1＝11 cm，到汽缸口的距离L2＝4 cm。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平。已知g＝10 m/s2，外界气温为27 ℃，大气压强为 1.0×105 Pa，活塞厚度不计，则：
(1)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度是多少？
(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝350 J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？
解析：(1)当汽缸水平放置时，p0＝1.0×105 Pa，V0＝L1S，T0＝(273＋27)K＝300 K。当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示。
根据平衡条件有
p1S＝p0S＋mg
V1＝(L1＋L2)S
由理想气体状态方程得
eq \f(p0L1S,T0)＝ eq \f(p1（L1＋L2）S,T1)
代入数据解得T1＝450 K。
(2)当汽缸口向上，未加热时，由玻意耳定律得
p0L1S＝p1LS
加热后，气体做等压变化，外界对气体做的功为
W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)
根据热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
代入数据解得ΔU＝295 J。
答案：(1)450 K (2)295 J