2023年高考物理大一輪復(fù)習(xí)第13章熱學(xué)第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練

2023年高考物理大一輪復(fù)習(xí)第13章熱學(xué)第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練PAGEPAGE1第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律課時(shí)標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練[根底穩(wěn)固題組]1．(多項(xiàng)選擇)如圖，將一空的鋁制易拉罐開(kāi)口向下壓入恒溫游泳池的水中，那么金屬罐在水中緩慢下降過(guò)程中，罐內(nèi)空氣(可視為理想氣體)()A．內(nèi)能增大B．分子間的平均距離減小C．向外界放熱D．對(duì)外界做正功解析：選BC.由于溫度不變，故氣體內(nèi)能不變(理想氣體內(nèi)能取決于溫度)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；取金屬罐中封閉的理想氣體為研究對(duì)象，金屬罐向下壓入恒溫游泳池中的過(guò)程，可視為等溫過(guò)程，由題意知壓強(qiáng)變大，根據(jù)玻意耳定律p1V1＝p2V2，可知體積變小，故分子平均間距變小，B選項(xiàng)正確；內(nèi)能不變?chǔ)＝0，體積變小，W>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q<0，即向外放熱，故C選項(xiàng)正確、D選項(xiàng)錯(cuò)誤．2．(多項(xiàng)選擇)以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．一定質(zhì)量的理想氣體溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能一定增大B．不可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他變化C．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體D．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大E．分子間距離增大時(shí)，分子力一定減小解析：選ABD.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，A正確．熱力學(xué)第二定律可以表示為：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?，B正確．通過(guò)做功的手段可以使熱量從低溫物體傳向高溫物體，C錯(cuò)誤．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，增大分子間的距離，需要克服分子間的引力做功，所以分子勢(shì)能增大，D正確．分子間的作用力隨分子間的距離增大先增大后減小，因此分子力可能增大，也可能減小，E錯(cuò)誤．3．(多項(xiàng)選擇)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．1g100℃的水的內(nèi)能小于1gB．氣體壓強(qiáng)的大小跟氣體分子的平均動(dòng)能、分子的密集程度這兩個(gè)因素有關(guān)C．熱力學(xué)過(guò)程中不可防止地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律D．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`反了能量守恒定律E．某種液體的飽和蒸汽壓與溫度有關(guān)解析：選ABE.1g100℃的水的勢(shì)能小于1g100℃4．(多項(xiàng)選擇)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．氣體總是充滿容器，說(shuō)明氣體分子間只存在斥力B．對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高，氣體內(nèi)能一定增大C．溫度越高布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，說(shuō)明水分子的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)D．物體內(nèi)能增加，溫度一定升高E．熱量可以從低溫物體傳到高溫物體解析：選BCE.氣體總是充滿容器，說(shuō)明氣體分子在做無(wú)規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)，而氣體分子之間既存在引力也存在斥力，A錯(cuò)誤．由于理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高，氣體內(nèi)能一定增大，B正確．溫度越高布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，說(shuō)明水中懸浮的微粒的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，而懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)是由水分子運(yùn)動(dòng)對(duì)微粒的碰撞造成的，即水分子的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，C正確．物體內(nèi)能增加，例如冰吸熱熔化，內(nèi)能增加，但是溫度不變，D錯(cuò)誤．熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，例如電冰箱中熱量從低溫物體傳到高溫物體，E正確．5．(多項(xiàng)選擇)如下圖，汽缸和活塞與外界均無(wú)熱交換，中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性良好的隔板，封閉著兩局部氣體A和B，活塞處于靜止平衡狀態(tài)．現(xiàn)通過(guò)電熱絲對(duì)氣體A加熱一段時(shí)間，后來(lái)活塞到達(dá)新的平衡，不計(jì)氣體分子勢(shì)能，不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦，大氣壓強(qiáng)保持不變，那么以下判斷正確的選項(xiàng)是()A．氣體A吸熱，內(nèi)能增加B．氣體B吸熱，對(duì)外做功，內(nèi)能不變C．氣體A分子的平均動(dòng)能增大D．氣體A和氣體B內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大E．氣體B分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積碰撞總次數(shù)減少解析：選ACE.A氣體經(jīng)歷等容變化，W＝0，而吸收熱量，由ΔU＝W＋Q知，內(nèi)能增加，A正確；B氣體經(jīng)歷等壓變化，W＜0，由eq\f(V,T)＝C可知，T增大，那么B氣體吸收熱量，內(nèi)能增加，B錯(cuò)誤；A、B氣體溫度都升高，那么氣體分子的平均動(dòng)能都增大，但并不是每個(gè)分子的動(dòng)能都增大，故C正確，D錯(cuò)誤；由于氣體B壓強(qiáng)不變而溫度升高，即分子每次碰撞器壁的沖量增加，那么分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積碰撞總次數(shù)減少，E正確．6．(多項(xiàng)選擇)如下圖是一定質(zhì)量的理想氣體的體積V和攝氏溫度變化關(guān)系的V－t圖象，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．氣體的內(nèi)能增大B．氣體的內(nèi)能不變C．氣體的壓強(qiáng)減小D．氣體的壓強(qiáng)不變E．氣體對(duì)外做功，同時(shí)從外界吸收熱量解析：選ACE.由狀態(tài)A到狀態(tài)B，溫度升高，內(nèi)能增大，A正確，B錯(cuò)誤；由理想氣體狀態(tài)方程可知，由狀態(tài)A到狀態(tài)B，壓強(qiáng)減小，C正確、D錯(cuò)誤；氣體內(nèi)能增加，從外界吸收熱量，壓強(qiáng)減小，對(duì)外做功，E正確．7．一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過(guò)程可用如下圖的p－V圖描述，圖中p1、p2、V1、V2和V3為量．(1)氣體狀態(tài)從A到B是______(填“等容〞“等壓〞或“等溫〞)過(guò)程；(2)狀態(tài)從B到C的變化過(guò)程中，氣體的溫度________(填“升高〞“不變〞或“降低〞)；(3)狀態(tài)從C到D的變化過(guò)程中，氣體________(填“吸熱〞或“放熱〞)．(4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過(guò)程中，氣體對(duì)外界所做的總功為_(kāi)_______．解析：(1)由p－V圖象可以看出，從A到B是等壓變化．(2)從B到C狀態(tài)，氣體體積不變，壓強(qiáng)減小，那么eq\f(pV,T)等于定值可知，氣體溫度降低．(3)從C到D狀態(tài)，氣體壓強(qiáng)不變，體積減小，由eq\f(pV,T)等于定值可知，氣體溫度降低，內(nèi)能減少，ΔU＜0；由于氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，W＞0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q＜0，放熱．(4)從A→B，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功W1＝p2(V3－V1)；從B→C，氣體體積不變，W2＝0；從C→D，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功或氣體對(duì)外界做負(fù)功，即W3＝－p1(V3－V2)；故從A→B→C→D的變化過(guò)程中，氣體對(duì)外界做總功W＝W1＋W2＋W3＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．答案：(1)等壓(2)降低(3)放熱(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)[綜合應(yīng)用題組]8．氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖．玻璃測(cè)溫泡A內(nèi)充有理想氣體．通過(guò)細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連．開(kāi)始時(shí)A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點(diǎn)處，右管D中水銀面高出O點(diǎn)h1＝14cm，后將A放入待測(cè)恒溫槽中，上下移動(dòng)D，使C中水銀面仍在O點(diǎn)處，測(cè)得D中水銀面高出O點(diǎn)h2＝44cm.外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cmHg.(1)求恒溫槽的溫度；(2)此過(guò)程A內(nèi)氣體內(nèi)能________(填“增大〞或“減小〞)；氣體不對(duì)外做功，氣體將________(填“吸熱〞或“放熱〞)．解析：(1)設(shè)恒溫槽的溫度為T(mén)2，由題意知T1＝273K，A內(nèi)氣體發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律得eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)①p1＝p0＋ph1②p2＝p0＋ph2③聯(lián)立①②③式，代入數(shù)據(jù)得T2＝364K(或91℃)(2)溫度升高，A內(nèi)氣體內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，W＝0，ΔU＞0，即吸熱．答案：(1)364K(或91℃)(2)增大吸熱9．一太陽(yáng)能空氣集熱器，底面及側(cè)面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積為V0，開(kāi)始時(shí)內(nèi)部封閉氣體的壓強(qiáng)為p0.經(jīng)過(guò)太陽(yáng)暴曬，氣體溫度由T0＝300K升至T1＝350K.(1)求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)；(2)保持T1＝350K不變，緩慢抽出局部氣體，使氣體壓強(qiáng)再變回到p0.求集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來(lái)總質(zhì)量的比值．判斷在抽氣過(guò)程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并簡(jiǎn)述原因．解析：(1)由題意知?dú)怏w體積不變，由查理定律得eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1)得p1＝eq\f(T1,T0)p0＝eq\f(350,300)p0＝eq\f(7,6)p0(2)抽氣過(guò)程可等效為等溫膨脹過(guò)程，設(shè)膨脹后氣體的總體積為V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2那么V2＝eq\f(p1V0,p0)＝eq\f(7,6)V0所以，集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來(lái)總質(zhì)量的比值為eq\f(ρV0,ρ·\f(7,6)V0)＝eq\f(6,7)因?yàn)槌闅膺^(guò)程中剩余氣體溫度不變，故內(nèi)能不變，而剩余氣體的體積膨脹對(duì)外做功．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體一定從外界吸收熱量．答案：(1)eq\f(7,6)p0(2)eq\f(6,7)吸熱，原因見(jiàn)解析10．如下圖，一根兩端開(kāi)口、橫截面積為S＝2cm2足夠長(zhǎng)的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定(插入水銀槽中的局部足夠深)．管中有一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的光滑活塞，活塞下封閉著長(zhǎng)L＝21cm的氣柱，氣體的溫度為t1＝7℃，外界大氣壓取p0＝1.0×105Pa(相當(dāng)于75cm高的汞柱的壓強(qiáng))．(1)假設(shè)在活塞上放一個(gè)質(zhì)量為m＝0.1kg的砝碼，保持氣體的溫度t1不變，那么平衡后氣柱為多長(zhǎng)？(g＝10m/s2)(2)假設(shè)保持砝碼的質(zhì)量不變，對(duì)氣體加熱，使其溫度升高到t2＝77℃，此時(shí)氣柱為多長(zhǎng)？(3)假設(shè)在(2)過(guò)程中，氣體吸收的熱量為10J，那么氣體的內(nèi)能增加多少？解析：(1)被封閉氣體的初狀態(tài)為p1＝p0＝1.0×105PaV1＝LS＝42cm3，T1＝280K末狀態(tài)壓強(qiáng)p2＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.05×105PaV2＝L2S，T2＝T1＝280K根據(jù)玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2得L2＝eq\f(p1,p2)L＝20cm.(2)對(duì)氣體加熱后，氣體的壓強(qiáng)不變，