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2022版高考物理一轮复习课后集训32热力学定律与能量守恒定律含解析202104071173
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这是一份2022版高考物理一轮复习课后集训32热力学定律与能量守恒定律含解析202104071173，共5页。试卷主要包含了下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．布朗运动就是分子的无规则运动
B．热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一
C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体
D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
E．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
BCE [布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动，是由液体分子的无规则运动而引起的，不是固体分子的无规则运动，也不是液体分子的无规则运动，故A错误；热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，故C正确；做功是通过能量转化的方式改变系统内能的，热传递是能量的转移，不是能量的转化，故D错误；温度是描述热运动的物理量，根据热平衡定律可知，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，故E正确。]
2．(多选)如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )
A．内能增大
B．压强增大
C．分子间引力和斥力都减小
D．所有分子运动速率都增大
AB [在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A正确；根据eq \f(p,T)＝C知，气体的压强增大，选项B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D错误。]
3．(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( )
A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J
B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少
C．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
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律
E．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律
ADE [根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故选项A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，选项E正确。]
4．(多选)一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图所示。下列说法正确的是( )
A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加
B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量
C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功
D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能不变
E．B→C的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加
BDE [从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确；从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，因体积减小，分子数密度增大，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加，故C错误，D、E正确。]
5. (多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是( )
A．A→B过程中，气体对外界做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．C→D过程中，气体放热
E．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
ACD [A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，故A正确；B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；C→D过程中，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放热，选项D正确；D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故E错误。]
6．(2020·全国卷ⅡT33(1))下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。(填正确答案标号)
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
[解析] 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然C选项遵循热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所述，第一个空选B，第二个空选C。
[答案] B C
7.一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C再回到状态A，变化过程如图所示，其中A到B曲线为双曲线，图中p0和V0为已知量，且已知状态A温度为T0，则状态C的温度为________，从B到C的过程中，气体做功为________，从A经状态B、C再回到状态A的过程中，气体吸、放热情况为______(选填“吸热”“放热”或“无吸放热”)。
[解析] A点的状态参量为pA＝2p0，VA＝V0，TA＝T0，C点的状态参量为pC＝2p0，VC＝3V0，TC，根据理想气体状态方程有eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pCVC,TC)，代入数据解得TC＝3T0，从B到C的过程中，根据pV图线与横轴所围的面积表示气体做功，可知气体从B到C的过程中，气体做的功W＝eq \f(1,2)(p0＋2p0)×V0＝eq \f(3,2)p0V0，气体从A经状态B、C再回到状态A的过程中，外界对气体做功，即W′>0，回到A状态时，气体内能不变，即ΔU＝0，根据热力学第一定律有W′＋Q＝ΔU，则Q<0，气体放热。
[答案] 3T0 eq \f(3,2)p0V0 放热
8．一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，其状态变化过程的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时的温度；
(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。
[解析] (1)对于理想气体：A→B，由查理定律得：
eq \f(pA,TA)＝eq \f(pB,TB)
即TB＝eq \f(pB,pA)TA＝100 K，
所以tB＝(100－273) ℃＝－173 ℃。
(2)B→C过程由盖—吕萨克定律得：eq \f(VB,TB)＝eq \f(VC,TC)，
解得：TC＝300 K，所以tC＝27 ℃
A、C温度相等，ΔU＝0
A→C的过程，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：
Q＝ΔU－W＝pBΔV＝200 J，即气体从外界吸热200 J。
[答案] (1)－173 ℃ (2)从外界吸热200 J
9．一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的汽缸内，如图所示。活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。汽缸内气体的初始温度为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa，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，求：
(1)此时气体的温度为多少；
(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＝370 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，有
p1S＝p0S＋mg
则p1＝p0＋eq \f(mg,S)＝1.0×105 Pa＋eq \f(200,10－2) Pa＝1.2×105 Pa
V1＝(L1＋L2)S
由理想气体状态方程得eq \f(p0L1S,T0)＝eq \f(p1L1＋L2S,T1)
则T1＝eq \f(p1L1＋L2,p0L1)T0＝eq \f(1.2×105×15,1.0×105×12)×300 K＝450 K。
(2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得
p0L1S＝p1LS
则L＝eq \f(p0L1,p1)＝eq \f(1.0×105×12,1.2×105) cm＝10 cm
加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为
W＝－p1(L1＋L2－L)S＝－60 J
根据热力学第一定律
ΔU＝W＋Q得ΔU＝310 J。
[答案] (1)450 K (2)310 J
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．布朗运动就是分子的无规则运动
B．热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一
C．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体
D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
E．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
BCE [布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动，是由液体分子的无规则运动而引起的，不是固体分子的无规则运动，也不是液体分子的无规则运动，故A错误；热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，故C正确；做功是通过能量转化的方式改变系统内能的，热传递是能量的转移，不是能量的转化，故D错误；温度是描述热运动的物理量，根据热平衡定律可知，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，故E正确。]
2．(多选)如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )
A．内能增大
B．压强增大
C．分子间引力和斥力都减小
D．所有分子运动速率都增大
AB [在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A正确；根据eq \f(p,T)＝C知，气体的压强增大，选项B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D错误。]
3．(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( )
A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J
B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少
C．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
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律
E．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律
ADE [根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故选项A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，选项E正确。]
4．(多选)一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图所示。下列说法正确的是( )
A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加
B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量
C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功
D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能不变
E．B→C的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加
BDE [从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确；从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，因体积减小，分子数密度增大，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加，故C错误，D、E正确。]
5. (多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是( )
A．A→B过程中，气体对外界做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．C→D过程中，气体放热
E．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
ACD [A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，故A正确；B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；C→D过程中，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放热，选项D正确；D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故E错误。]
6．(2020·全国卷ⅡT33(1))下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。(填正确答案标号)
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
[解析] 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然C选项遵循热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所述，第一个空选B，第二个空选C。
[答案] B C
7.一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C再回到状态A，变化过程如图所示，其中A到B曲线为双曲线，图中p0和V0为已知量，且已知状态A温度为T0，则状态C的温度为________，从B到C的过程中，气体做功为________，从A经状态B、C再回到状态A的过程中，气体吸、放热情况为______(选填“吸热”“放热”或“无吸放热”)。
[解析] A点的状态参量为pA＝2p0，VA＝V0，TA＝T0，C点的状态参量为pC＝2p0，VC＝3V0，TC，根据理想气体状态方程有eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pCVC,TC)，代入数据解得TC＝3T0，从B到C的过程中，根据pV图线与横轴所围的面积表示气体做功，可知气体从B到C的过程中，气体做的功W＝eq \f(1,2)(p0＋2p0)×V0＝eq \f(3,2)p0V0，气体从A经状态B、C再回到状态A的过程中，外界对气体做功，即W′>0，回到A状态时，气体内能不变，即ΔU＝0，根据热力学第一定律有W′＋Q＝ΔU，则Q<0，气体放热。
[答案] 3T0 eq \f(3,2)p0V0 放热
8．一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，其状态变化过程的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时的温度；
(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。
[解析] (1)对于理想气体：A→B，由查理定律得：
eq \f(pA,TA)＝eq \f(pB,TB)
即TB＝eq \f(pB,pA)TA＝100 K，
所以tB＝(100－273) ℃＝－173 ℃。
(2)B→C过程由盖—吕萨克定律得：eq \f(VB,TB)＝eq \f(VC,TC)，
解得：TC＝300 K，所以tC＝27 ℃
A、C温度相等，ΔU＝0
A→C的过程，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：
Q＝ΔU－W＝pBΔV＝200 J，即气体从外界吸热200 J。
[答案] (1)－173 ℃ (2)从外界吸热200 J
9．一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的汽缸内，如图所示。活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。汽缸内气体的初始温度为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa，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，求：
(1)此时气体的温度为多少；
(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＝370 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，有
p1S＝p0S＋mg
则p1＝p0＋eq \f(mg,S)＝1.0×105 Pa＋eq \f(200,10－2) Pa＝1.2×105 Pa
V1＝(L1＋L2)S
由理想气体状态方程得eq \f(p0L1S,T0)＝eq \f(p1L1＋L2S,T1)
则T1＝eq \f(p1L1＋L2,p0L1)T0＝eq \f(1.2×105×15,1.0×105×12)×300 K＝450 K。
(2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得
p0L1S＝p1LS
则L＝eq \f(p0L1,p1)＝eq \f(1.0×105×12,1.2×105) cm＝10 cm
加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为
W＝－p1(L1＋L2－L)S＝－60 J
根据热力学第一定律
ΔU＝W＋Q得ΔU＝310 J。
[答案] (1)450 K (2)310 J
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