高考物理一轮复习课后练习35 热力学定律和能量守恒（含答案解析）

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2020版高考物理 全程复习课后练习35 热力学定律和能量守恒1.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动．设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　) A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小  2.如图是某喷水壶示意图．未喷水时阀门闭合，压下压杆可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄打开阀门，水会自动经导管从喷嘴处喷出．储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则(　　)A．充气过程中，储气室内气体内能增大B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大C．喷水过程中，储气室内气体放热D．喷水过程中，储气室内气体压强增大  3.如图所示，一定质量的理想气体，经过图线A→B→C→A的状态变化过程，AB的延长线过O点，CA与纵轴平行．由图线可知(　　)A．A→B过程压强不变，气体对外做功B．B→C过程压强增大，外界对气体做功C．C→A过程压强不变，气体对外做功D．C→A过程压强减小，外界对气体做功      4.一定质量的页岩气(可看成理想气体)状态发生了一次循环变化，其压强p随热力学温度T变化的关系如图所示，O、a、b在同一直线上，bc与横轴平行．则(　　)A．a到b过程，气体的体积减小B．a到b过程，气体的体积增大C．b到c过程，气体从外界吸收热量D．b到c过程，气体向外界放出热量  5.如图所示为常见的家用保温瓶，头一天用软木塞密封了半瓶开水，过了一夜后软木塞很难取出，则(　　)A．瓶里所有气体分子的动能都变小了B．外界对瓶内气体没有做功，瓶内气体的内能不变C．瓶内气体温度降低，气体内能减小D．瓶内气体温度降低，压强增大  6.下列说法不正确的是(　　)A．对物体做功可以使物体的温度升高B．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关C．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的D．对于一定量的理想气体，当其温度降低时，速率大的分子数目减少，速率小的分子数目增加E．若理想气体的温度很低，则所有分子的运动速率都非常小  7. (多选)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 8.下列说法正确的是(　　)A．一个绝热容器中盛有气体，假设把气体中速率很大的如大于v的分子全部取走，则气体的温度会下降，此后气体中不再存在速率大于v的分子B．温度高的物体的分子平均动能一定大，内能也一定大C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关D．分子势能随分子间距离的增大，可能先减小后增大E．热力学第二定律指出：在任何自然的过程中，一个孤立的系统的总熵不会减小 9.一定质量的理想气体，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p—V图象如图所示．已知气体处于状态A时的温度为300 K，则下列判断正确的是(　　)A．气体处于状态B时的温度是900 KB．气体处于状态C时的温度是300 KC．从状态A变化到状态C过程气体内能一直增大D．从状态A变化到状态B过程气体放热E．从状态B变化到状态C过程气体放热 10.关于内能，下列说法中不正确的是(　　)A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化C．若外界对系统做的功为W，则系统的内能增加WD．若系统从外界吸收的热量为Q，则系统的内能增加QE．做功和热传递在改变物体内能方面是等效的 11. (多选)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述错误的是(　　)A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C．两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D．能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律E．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的 12. (多选)如图所示，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(　　)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次数减少 13.如图甲所示，用面积为S的活塞在气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.现使气缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，气缸内的气体从状态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.(1)(多选)下列说法中正确的是________．A．该过程中气缸内气体的压强始终为p0B．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，气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)气缸内气体的温度为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？                                 14.如图所示，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：(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？               
答案解析1.答案为：A；解析：由于筒内气体不与外界发生热交换，外界对气体做功改变气体的内能，在M向下滑动的过程中，外界压缩气体对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能增大．选项A正确．  2.答案为：A；解析：充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体的平均动能不变，气体内能增大，A正确，B错误；喷水过程中，气体对外做功，体积增大，而气体温度不变，则气体吸热，压强减小，C、D错误．  3.答案为：B；解析：由图可知，A→B过程，气体体积与热力学温度成正比，则气体发生等压变化，气体压强不变，体积减小，外界对气体做功，选项A错误；如图所示，作过C的等容线，则体积相等的情况下，C状态的温度高，所以C状态的压强一定比A、B状态的压强大，由图可知B→C体积减小，外界对气体做功，选项B正确；由选项B知C状态的压强一定比A状态的压强大，所以C→A过程压强减小；由图可知气体的体积增大，温度不变，气体对外界做功，选项C、D错误． 4.答案为：C；解析：ab所在直线过原点，表示气体发生等容变化，即气体的体积不变，A、B错误；b到c的过程中，气体发生等压变化，温度升高，内能增大，根据=C可知，气体的体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU=W＋Q可知，气体从外界吸收热量，C正确，D错误． 5.答案为：C；解析：经过一个夜晚后，保温瓶内气体温度下降，分子平均动能减小，但并不是所有气体分子的动能都减小，气体温度降低，内能减小，故A、B错误，C正确；由=C知，V不变，T降低，则p减小，故D错误．6.答案为：BCE；解析：改变内能的两种方式是做功和热传递，A正确；气体的内能除与分子势能、分子平均动能有关外，还与气体的质量有关，当气体分子间作用力可以忽略时，气体的内能只由温度和质量决定，B错误；制冷机工作时遵从热力学第一定律和第二定律，只是对外界产生了影响，C错误；气体分子的速度指的是平均速度，温度越低，平均速度越低，速率大的分子数目减少，速率小的分子数目增加，即使气体的温度很低，仍有一些分子的运动速率是非常大的，D正确，E错误．   7.答案为：ADE；解析：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． 8.答案为：CDE；解析：将速率很大的分子取走后，气体的温度会降低，但气体中依旧会有其他的分子速率大于v，选项A错误；温度高的物体的分子平均动能大，但内能还与物体的质量等因素有关，所以不一定大，选项B错误；气体压强跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关，平均动能和密集程度越大，气体压强越大，选项C正确；分子势能随分子间距离的增大可能先减小后增大，选项D正确；热力学第二定律指出，在任何自然的过程中，一个孤立的系统的总熵不会减小，选项E正确． 9.答案为：ABE；解析：由题意可知TA=300 K，由于A→B的过程为等压变化，则由=，代入数据解得T=900 K，A正确；B→C过程是等容变化，则由=，代入数据解得TC=300 K，B正确；从状态A变化到状态C的过程中，气体的温度先升高后降低，则气体的内能先增大后减小，C错误；A→B过程，气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU=W＋Q可知，气体吸热，D错误；B→C过程气体的体积不变，则气体不做功，温度降低，气体的内能减小，由热力学第一定律ΔU=W＋Q可知，气体放热，E正确． 10.答案为：BCD；解析：在分子动理论中，我们把物体内所有分子的动能与分子势能的总和定义为物体的内能，A正确；内能与机械能是两个不同的物理概念，两者没有什么关系，如物体的速度增加了，机械能可能增加，但如果物体的温度不变，物体的内能就不变，故B错误；只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增加量，同理，只有在单纯的热传递过程中，系统吸收(或放出)的热量才等于系统内能的增加量(或减少量)，故C、D错误；做功和热传递在改变物体内能方面是等效的，我们可以用做功的方式使一个物体的内能增大，温度升高，也可以使用热传递的方式使它升高到相同的温度，E正确． 11.答案为：ACD；解析：热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性，二者并不矛盾，故A、C、D错误，B正确；热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的，各自描述了热现象中不同方面的规律，E正确． 12.答案为：ACE；解析：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，但是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．  13.解：(1)根据题图乙可知气体在该过程中发生的是等压变化，该过程中气缸内气体的压强始终为p0＋，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，单个分子对气缸内壁的平均撞击力也不相等，根据等压变化，可判断气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=，即=，解得L=.(3)对活塞和砝码整体，由力的平衡条件得mg＋p0S=pS，解得p=p0＋，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ΔU=Q－W=Q－(p0S＋mg)ΔL.  14.解：(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=，得外界温度T=T0=T0=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.