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[配套K12]2019版高考物理一轮复* 第十四章 热学 课后分级演练37 热力学定律 能量守恒定律

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课后分级演练(三十七) 热力学定律 能量守恒定律
【A 级——基础练】 1.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( ) A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热*衡,那么这两个系统彼此之间 也必定达到热*衡 解析:BDE 根据热力学第一定律,气体吸热的同时若对外做功,则内能不一定增大, 温度不一定升高,选项 A 错误.对气体做功可以改变其内能,选项 B 正确.理想气体等压膨 胀过程,对外做功,由理想气体状态方程可知,气体温度升高,内能增大,故气体一定吸热, 选项 C 错误.根据热力学第二定律,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,选项 D 正确.根据热*衡定律,如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热*衡,那么这两 个系统彼此之间也必定达到热*衡,选项 E 正确. 2.景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒.猛 推推杆,艾绒即可点燃.对筒内封闭的气体,在此压缩过程中( )
A.气体温度升高,压强不变 B.气体温度升高,压强变大 C.气体对外界做正功,气体内能增加 D.外界对气体做正功,气体内能减少 解析:B 本题考查做功与内能变化的关系,意在考查学生对改变内能两种方式的理 解.压缩气体时,外界对气体做功,内能增加,温度升高,体积变小,压强增大,所以只有 B 正确. 3.(多选)(2017·湖南长沙模拟)关于第二类永动机,下列说法中正确的是
() A.第二类永动机是指没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部 用来做功,而不引起其他变化的热机 B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成 C.第二类永动机违背了热力学第二定律,所以不可能制成 D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化 为机械能
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E.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,但内能却不能全部转 化为机械能,而不引起其他变化
解析:ACE 由第二类永动机的定义知,A 正确;第二类永动机违反了热力学第二定律, 故 B 错误,C 正确;机械能可以全部转化为内能,但内能却不能全部转化为机械能,而不引 起其他变化,故 E 正确,D 错误.
4.(多选)(2017·开封 5 月质检)下列说法中正确的是( ) A.气体放出热量,其分子的*均动能可能增大 B.布朗运动不是液体分子的运动,但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动 C.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D.第二类永动机不违背能量守恒定律,但违背了热力学第一定律
V E.某气体的摩尔体积为 V,每个分子的体积为 V0,则阿伏加德罗常数可表示为 NA=V0 解析:ABC 根据热力学第一定律,气体放出热量,若外界对气体做功,使气体温度升 高,其分子的*均动能增大,故 A 正确;布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运 动,不是液体分子的运动,但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动,故 B 正确; 当分子力表现为斥力时,分子力总是随分子间距离的减小而增大,随分子间距离的减小,分 子力做负功,所以分子势能也增大,故 C 正确;第二类永动机不违背能量守恒定律,但违背 了热力学第二定律,故 D 错误;某固体或液体的摩尔体积为 V,每个分子的体积为 V0,则阿
V 伏加德罗常数可表示为 NA=V0,对于气体此式不成立,故 E 错误.
5.(多选)(2017·济南模拟)下列说法正确的是( ) A.单晶体冰糖磨碎后熔点不会发生变化 B.足球充足气后很难压缩,是足球内气体分子间斥力作用的结果 C.一定质量的理想气体经过等容过程,吸收热量,其内能一定增加 D.自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E.一定质量的理想气体体积保持不变,单位体积内分子数不变,温度升高,单位时间 内撞击单位面积上的分子数不变 解析:ACD 单晶体冰糖有固定的熔点,磨碎后物质微粒排列结构不变,熔点不变,A 正确;足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因,与气体的分子之间的作用力 无关,B 错误;一定质量的理想气体经过等容过程,吸收热量,没有对外做功,根据热力学 第一定律可知,其内能一定增加,故 C 正确;根据热力学第二定律可知,自然发生的热传递 过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,故 D 正确;一定质量的理想气体体积保持 不变,单位体积内分子数不变,温度升高,分子的*均动能增大,则*均速率增大,单位时 间内撞击单位面积上的分子数增大,E 错误.
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6.(多选)(2017·广东惠州模拟)如图所示,某种自动洗衣机 进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气(可视为理 想气体),通过压力传感器感知细管中的空气压力,从而控* 量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气 ()
A.单位体积分子数增多 B.分子运动的*均动能增加 C.气体一直向外界放热 D.气体一直对外界做功 解析:AC 洗衣缸内水位升高,被封闭的空气压强增大,被封闭气体做等温变化,根据 玻意耳定律可知,气体体积减小,单位体积内的分子数增多,选项 A 正确;一定质量的理想 气体的内能只跟温度有关,温度不变,可知其内能不变,选项 B 错误;气体体积减小,外界 对气体做功,而内能不变,根据热力学第一定律可知,气体一定向外界放出了热量,选项 C 正确,D 错误. 7.如图所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管 道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出 热量到箱体外.下列说法正确的是( )
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.在封闭的房间里打开冰箱一段时间后,房间温度会降低 C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 解析:C 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律,是能的转化和守 恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,故 C 正确,D 错误.由热力学第二定律可知, 热量不能自发地从低温物体传到高温物体,除非有外界的影响或帮助.电冰箱把热量从低温 的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消耗电能,故 A 错误.电冰箱工作时消耗电能, 房间的总热量会增加,房间温度会升高,故 B 错误.由热力学第一定律可知,电冰箱制冷系 统从冰箱内吸收了热量,同时消耗了电能,释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多. 8.下列关于热现象的描述正确的一项是( ) A.根据热力学定律,热机的效率可以达到 100% B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
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C.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*衡时两系统温度相同 D.物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无规则的,大量分子的运动也是无规律 的 解析:C 热机不可能将内能全部转化为机械能,其效率不可能达到 100%,A 错误.做 功是通过能量转化的方式改变内能,而热传递是通过内能转移改变内能,B 错误.单个分子 的运动无规则,但大量分子的运动符合统计规律,D 错误.C 的说法是正确的. 9.一定质量的理想气体由状态 A 经状态 B 变为状态 C,其中 A→B 过程为等压变化,B→C 过程为等容变化.已知 VA=0.3 m3,TA=TC=300 K, TB=400 K. (1)求气体在状态 B 时的体积. (2)设 A→B 过程气体吸收的热量为 Q1,B→C 过程气体放出的热量为 Q2,比较 Q1、Q2 的 大小并说明原因. 解析:(1)设气体在状态 B 时的体积为 VB,A→B 过程气体发生等压变化,由盖?吕萨克 定律得,VTAA=VTBB,代入数据得 VB=0.4 m3. (2)由题意,TA=TC,所以气体 A→B 过程增加的内能与 B→C 过程减小的内能相同.而 A→B 过程气体对外做功,B→C 过程气体不做功,由热力学第一定律可知,Q1>Q2. 答案:(1)0.4 m3 (2)见解析 【B 级——提升练】 10.(2017·福州质检)如图是某喷水壶示意图.未喷水时阀门 K 闭合,压下压杆 A 可向瓶内储气室充气;多次充气后按下按柄 B 打 开阀门 K,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*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 解析:A 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*均动 能不变,气体内能增大,选项 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,所以气体压强减小,选项 C、D 错误. 11.(多选)如图所示,汽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* 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*衡, 不计气体分子势能,不计活塞与汽缸壁间的摩擦,大气压强保持不变, 则下列判断正确的是( )
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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*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

解析:ACE 气体 A 进行等容变化,则 W=0,根据 Δ U=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*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,

*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.

12.一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,由理想气体方程得

pTAA=pTBB

即 TB=ppBATA=100 K,所以 tB=TB-273 ℃=-173 ℃

②B→C 由VTBB=VTCC得 TC=300 K,所以 tC=27 ℃

A、C 温度相等,Δ U=0

A→C 的过程,由热力学第二定律 Δ U=Q+W 得

Q=Δ U-W=-pΔ V=-200 J,即气体从外界吸热 200 J

答案:(1)-173 ℃ (2)吸热 200 J

13.如图所示,—圆柱形绝热汽缸竖直放置,通过绝热活塞封闭着一定质

量的理想气体.活塞的质量为 m,横截面积为 S,与容器底部相距为 h,此时

封闭气体的温度为 T1.现通过电热丝缓慢加热气体,当气体吸收热量 Q 时,气 体温度上升到 T2.已知大气压强为 p0,重力加速度为 g,不计活塞与汽缸的摩擦,求:

(1)活塞上升的高度;

(2)加热过程中气体的内能增加量.

hS 解析:(1)气体发生等压变化,有 T1 =

h+Δ h T2

S

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解得 Δ h=T2-T1 T1h. (2)加热过程中气体对外做功为 W=pSΔ h=(p0S+mg)T2-T1 T1h 由热力学第一定律知内能的增加量为 Δ U=Q-W=Q-(p0S+mg)T2-T1 T1h. 答案:(1)T2-T1 T1h (2)Q-(p0S+mg)T2-T1 T1h 14.如图所示,体积为 V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量 和厚度均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为 3T0、压强为 1.5p0 的理想气 体.p0 和 T0 分别为大气的压强和温度.已知气体内能 U 与温度 T 的关系为 U=aT,a 为正的常量;汽缸内气体的所有变化过程都是缓慢进行的.求: (1)缸内气体与大气达到*衡时的体积 V1; (2)在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量 Q. 解析:(1)在气体压强由 p=1.5p0 变化到 p0 时 V 不变,由查理定律有 TT1=pp0 得 T1=2T0 在气体温度由 T1 变 T0 的过程中,体积由 V 减小到 V1,气体压强不变,由盖?吕萨克定律 有VV1=TT10 解得 V1=0.5V (2)活塞下降过程中,活塞对气体做的功 W=p0(V-V1)=12p0V 气体内能的减少量 Δ U=a(T-T0)=2aT0 由热力学第一定律得,汽缸内气体放出的热量为 Q=W+Δ U 所以 Q=12p0V+2aT0 答案:(1)0.5V (2)12p0V+2aT0
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