2025届高考物理一轮复习专项练习课时规范练39热力学定律与能量守恒定律

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1.(多选)(热力学定律的理解)关于热力学定律,下列说法正确的是( )
A.根据热力学第一定律可知,一定质量的理想气体等压膨胀对外做功,内能一定减少
B.第一类永动机制不成,是因为它违反了热力学第一定律
C.热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律
D.从微观意义上讲,热力学第二定律是一个统计规律
2.
(热力学定律与图像综合)一定质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V-T图像如图所示,pa、pb、pc分别表示a、b、c的压强,下列判断正确的是( )
A.状态a、b、c的压强满足pc=pb=3pa
B.过程a到b中气体内能增大
C.过程b到c中气体吸收热量
D.过程c到a中气体吸收的热量等于对外做的功
3.(热力学定律的应用)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
4.
(热力学定律与图像综合)(多选)如图,一定量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环,ABCD位于矩形的四个顶点上。下列说法正确的是( )
A.状态C的温度为T0
B.从A→B,分子的平均动能减少
C.从D→A,气体压强增大、内能减小
D.经历A→B→C→D→A一个循环,气体吸收的热量大于释放的热量
5.(热力学定律与气体实验定律的综合)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一,人类在采取节能减排措施的同时,也是在研究控制温室气体的新方法,目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。在某次实验中,将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可以自由压缩的导热容器中,将容器缓慢移到海水某深处,气体体积减小为原来的一半,温度逐渐降低。此过程中( )
A.封闭的二氧化碳气体对外界做正功
B.封闭的二氧化碳气体压强可能增大
C.封闭的二氧化碳气体分子的平均动能增大
D.封闭的二氧化碳气体一定从外界吸收热量
6.
(热力学第一定律与气体状态方程的综合)如图所示,一篮球内气体的压强为p0,温度为T0,体积为V0。用打气筒对篮球充入压强为p0,温度为T0的气体,已知打气筒每次压缩气体的体积为V0,一共打气20次,假设篮球体积不变,最终使篮球内气体的压强为4p0。充气过程中气体向外放出的热量为Q,已知气体的内能与温度的关系为U=kT(k为常数)。求:
(1)第一次打入气体后,篮球的压强变为多少?(可认为篮球内气体温度不变)
(2)打气筒在篮球充气过程中对气体做的功是多少?
7.
(热力学定律与气体实验定律的综合)如图所示,导热性能良好的汽缸高为L=50 cm,开口向上置于水平地面上。汽缸中有横截面积为S=10 cm2、质量为m=2 kg的光滑活塞,开始时活塞正好位于汽缸顶部将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。外界温度为t0=27 ℃、大气压为p0=1×105 Pa,汽缸和活塞的厚度均可忽略不计,g取10 m/s2。
(1)将汽缸固定在地面上,如果气体温度保持不变,在活塞上轻轻放一个物体,活塞下降并稳定停在距离底部L处,求所放物体的质量;
(2)放上物体并稳定后,外界温度缓慢升高,使活塞重新上升4 cm,则此时外界温度t为多少摄氏度?若该过程中气体内能增加5 J,则该过程中气体吸收热量多少?
素养综合练
8.一定质量的理想气体,分别在压强p1和p2下的体积V与温度T的关系图线如图所示,气体由状态A等容变化到状态B的过程中,下列说法正确的是( )
A.压强增大,吸收热量
B.压强增大,放出热量
C.压强减小,放出热量
D.压强减小,吸收热量
9.(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态A开始,经历两个状态变化过程,先后到达状态B和C。已知从状态A变化到状态B的过程中,气体吸收了100 J的热量,则下列说法中正确的是( )
A.气体在状态B时的温度大于在状态A时的温度
B.从状态B变化到状态C的过程中气体分子的平均动能增大
C.气体从状态A变化到状态B的过程中内能增加了40 J
D.气体从状态B变化到状态C的过程中放出了40 J的热量
10.如图所示,可在竖直平面内转动的平台上固定着一个内壁光滑的汽缸,汽缸内有一导热性能良好的活塞,活塞面积为S,活塞底面与汽缸底面平行,一定质量的理想气体密封在汽缸内。当平台倾角为37°时,汽缸内气体体积为V,将平台顺时针缓慢转动直至水平,稳定时汽缸内气体的体积为0.9V,该过程中环境温度始终为T0,外界大气压强为p0。已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,重力加速度为g。
(1)求活塞的质量;
(2)若平台转至水平后,经过一段时间,环境温度缓慢降至0.9T0(大气压强p0保持不变),该过程中汽缸内气体内能的减少量为0.14p0V,求该过程中汽缸内气体放出的热量Q。
参考答案
课时规范练39 热力学定律与
能量守恒定律
1.BD 一定质量的理想气体等压膨胀,温度升高,内能增加,选项A错误;第一类永动机制不成,是因为它违反了热力学第一定律,选项B正确;热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律,并不是从另一个侧面阐述能量守恒定律,选项C错误;从微观意义上讲,热力学第二定律是一个统计规律,选项D正确。
2.ABD 设a状态的压强为pa,则由理想气体的状态方程可知,所以pb=3pa,同理pa·3V0=pc·V0,得pc=3pa,所以pc=pb=3pa,故A正确;过程a到b中温度升高,内能增大,故B正确;过程b到c温度降低,内能减小,即ΔU<0,体积减小,外界对气体做功,W>0,则由热力学第一定律可知,Q<0,即气体应该放出热量,故C错误;由图可知过程ca中气体等温膨胀,内能不变,对外做功;根据热力学第一定律可知,气体吸收的热量等于对外做的功,故D正确。
3.D 中午比清晨时温度高,所以中午胎内气体分子平均动能增大,理想气体的内能由分子动能决定,因此内能增大;车胎体积增大,则胎内气体对外界做功,所以只有D项正确。
4.AD A→B过程为等压过程,则有,即有,解得,C→D过程也为等压过程,则有,即,解得TC=T0=T0,故A正确;从A→B,温度升高,分子平均动能增大,故B错误;从D→A,由图可知,气体压强增大,温度升高,气体内能增大,故C错误;经历A→B→C→D→A一个循环,气体内能不变;在p-V图像中,图像与坐标轴围成面积表示功,所以WAB>WDC,即整个过程,气体对外界做功,所以气体吸收的热量大于释放的热量,故D正确。
5.B 气体体积减为原来的一半,外界对气体做正功,A错误;根据=C可知,气体体积减小到原来的一半,但是气体的温度不一定减小到原来的一半,则气体的压强可能增加,B正确;温度降低,所以气体的分子的平均动能减小,C错误;温度降低,内能减小,外界对气体做正功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,封闭气体向外界放出热量,故D错误。
6.答案 (1)p0 (2)Q+kT0
解析 (1)第一次打入气体后,篮球内气体压强变为p1,根据玻意耳定律有p0V0+V0=p1V0
解得p1=p0
(2)设篮球内气体最终温度为T,根据理想气体状态方程知
解得T=T0
篮球内气体内能的增量为ΔU=kΔT=kT0
根据热力学第一定律可得打气过程中,对气体所做的功为W=Q+ΔU=Q+kT0
7.答案 (1)3 kg (2)11 J
解析 (1)开始时,V1=L1S,压强为p1=p0+=1.2×105Pa
活塞下移到时,V2=S,设此时气体的压强为p2,对所封闭的气体,活塞向下移动时,气体发生等温变化,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2
解得p2=1.5×105Pa
设所放物体的质量为M,此时对活塞有p2S=p0S+mg+Mg
解得M=3kg
(2)对所封闭的气体,开始时,V2=S=40S,T1=300K,温度升高后,V2=(40+4)S,设此时的温度为T2,此过程为等压过程,根据
解得T2=330K=57℃
该过程中气体对活塞做功,得W=-p2SΔL
由热力学第一定律可得ΔU=W+Q
解得Q=11J
8.C 由题图可知,气体由状态A等容变化到状态B的过程中体积不变,温度减小,根据可知压强减小。根据热力学第一定律ΔU=W+Q,体积不变,温度减小,即W=0,ΔU<0,故Q<0,放出热量,故A、B、D错误,C正确。
9.ACD 气体从状态B到状态A为等压变化,由=C可知,由于从A到B体积变大,则温度升高,即气体在状态B时的温度大于在状态A时的温度,故A正确;从状态B变化到状态C的过程为等容变化,由等容变化有=C可知,压强减小,则温度降低,所以气体分子的平均动能减小,故B错误;气体从状态A变化到状态B的过程中对外做功为W=-0.6×105×1×10-3J=-60J,由热力学第一定律得ΔU=Q+W=(100-60)J=40J,故C正确;由理想气体状态方程可知,状态A与状态C的温度相同即内能相同,由于B到C为等容变化,则气体不对外做功,外界也不对气体做功,则放出了40J的热量,故D正确。
10.答案 (1) (2)0.32p0V
解析 (1)设活塞质量为m,当平台倾角为37°时
汽缸内气体的压强为:p1=p0+
气体的体积为:V1=V
平台水平时,汽缸内气体压强的大小p2=p0+
气体的体积:V2=0.9V
由玻意耳定律有:p1V1=p2V2
联立得:m=
(2)降温过程,汽缸内气体压强不变,由盖-吕萨克定律有:
解得:V3=0.81V
活塞下降过程,外界对气体做功为:W=p2(V2-V3)
已知汽缸内气体内能减小了ΔU:ΔU=-0.14p0V
由热力学第一定律:ΔU=W+Q
得放出的热量Q为0.32p0V