高中物理一輪復習選擇題專項練習：熱力學定律與能量守恒

熱力學定律與能量守恒練習一、選擇題1.如圖所示，野外生存需要取火時，可以用隨身攜帶的取火裝置，在銅制活塞上放置少量易燃物，將金屬筒套在活塞上迅速下壓，即可點燃易燃物。在此過程中，若認為筒內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則筒內(nèi)封閉氣體()A．對外做負功，分子的平均動能增大B．對外做正功，內(nèi)能增大C．對外做正功，分子的平均動能減小D．對外做負功，內(nèi)能減小2.(多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過程，氣體一定與外界有熱量交換的是()A．氣體的體積不變，溫度升高B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高D．氣體的體積增大，溫度不變3．如圖所示，在豎直放置的導熱性能良好的圓柱形容器內(nèi)用質量為m的活塞密封一部分理想氣體，活塞能無摩擦地滑動，容器的橫截面積為S，整個裝置放在大氣壓強為p0的室內(nèi)，穩(wěn)定時活塞與容器底的距離為h0，現(xiàn)把容器移至大氣壓強仍為p0的室外，活塞緩慢上升d后再次平衡，重力加速度大小為g。若此過程中氣體吸收的熱量為Q，則密閉氣體的內(nèi)能()A．減少了Q－(mg＋p0S)dB．減少了Q＋(mg＋p0S)dC．增加了Q－(mg＋p0S)dD．增加了Q＋(mg＋p0S)d4.(多選)根據(jù)熱力學定律，下列說法正確的是()A．第二類永動機違反能量守恒定律，因此不可能制成B．效率為100%的熱機是不可能制成的C．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞D．從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響是提高機械效率的常用手段5.下列關于熱力學第二定律的說法正確的是()A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能發(fā)生B．一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的C．機械能可以全部轉化為內(nèi)能，在不產(chǎn)生其他影響的情況下，內(nèi)能可以全部用來做功而轉化成機械能D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的6.關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是()A．第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律B．第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律C．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D．由熱力學第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可能的7.如圖為一定質量的理想氣體的p-V圖像，從狀態(tài)1出發(fā)，經(jīng)1→2→3→1過程，其中1→2為等容過程，2→3為等溫過程，3→1為等壓過程，下列說法正確的是()A．在1→2過程中，每個氣體分子的動能都增大B．在2→3過程中，氣體從外界吸熱C．在3→1過程中，氣體內(nèi)能不變D．在1→2→3→1過程中，外界對氣體做正功8.一定質量的理想氣體由狀態(tài)a開始，經(jīng)歷ab、bc、cd三個過程回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，氣體在三個狀態(tài)的體積分別為Va、Vb、Vc，壓強分別為pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，則下列說法正確的是()A．pa＝3p0B．Vb＝3VcC．從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體對外做功D．從狀態(tài)c到狀態(tài)a，氣體從外界吸熱9.一容器封閉了一定質量的理想氣體，現(xiàn)使氣體從A狀態(tài)經(jīng)B狀態(tài)、C狀態(tài)回到A狀態(tài)，其體積隨熱力學溫度的變化圖像如圖所示，則下列說法中正確的是()A．氣體從B→C狀態(tài)過程中氣體對外做功的值等于放出的熱量B．完成一次全循環(huán)，氣體對外界做的總功大于氣體吸收的熱量C．氣體從A→B狀態(tài)過程中單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少D．氣體從B→C狀態(tài)過程中氣體對外界做的功大于氣體從C→A過程中外界對氣體做的功10.(多選)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，一開口向下的小瓶置于其中，小瓶內(nèi)封閉一段空氣。緩慢擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉，假設在下沉過程中礦泉水瓶內(nèi)水面上方氣體和小瓶內(nèi)氣體的溫度均保持不變，則在此過程中()A．小瓶內(nèi)氣體對外界做正功B．小瓶內(nèi)氣體向外界放出熱量C．礦泉水瓶內(nèi)水面上方氣體壓強變大D．礦泉水瓶內(nèi)水面上方氣體內(nèi)能減少二、非選擇題11.汽缸中氣體的壓強為4×105Pa，活塞的面積是40cm2，氣體等壓膨脹，推動活塞移動了20cm，求：(1)氣體做的功；(2)在做功過程中氣體吸熱2.1×103J，氣體的內(nèi)能改變量。12.如圖所示，水平放置的汽缸內(nèi)封閉一定質量的理想氣體，活塞的質量m＝10kg，橫截面積S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動且不漏氣，活塞到汽缸底部的距離L1＝11cm，到汽缸口的距離L2＝4cm?，F(xiàn)將汽缸緩慢地轉到開口向上的豎直位置，待穩(wěn)定后對缸內(nèi)氣體逐漸加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平。已知g＝10m/s2，外界氣溫為27℃，大氣壓強為1.0×105Pa，活塞厚度不計，T＝t＋273K，則：(1)活塞上表面剛好與汽缸口相平時缸內(nèi)氣體的溫度是多少？(2)在對缸內(nèi)氣體加熱的過程中，氣體膨脹對外做功，同時吸收Q＝350J的熱量，則氣體增加的內(nèi)能ΔU多大？13.如圖所示，一U形玻璃管豎直放置，右端開口，左管用光滑活塞和水銀封閉一段空氣柱。外界大氣壓為p0＝1.0×105Pa，封閉氣體的溫度t0＝27℃，玻璃管的橫截面積為S＝5.0cm2，管內(nèi)水銀柱及空氣柱長度如圖所示。已知水銀的密度為ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g＝10m/s2，封閉氣體的溫度緩慢降至t1＝－3℃，T＝t＋273K。求：(1)溫度t1＝－3℃時空氣柱的長度L；(2)已知該過程中氣體向外界放出5.0J的熱量，氣體內(nèi)能的增加量。(結果保留2位有效數(shù)字)答案：1.A迅速下壓過程中，氣體體積變小，氣體對外做負功，外界對氣體做正功，即W＞0，氣體與外界無熱交換，是絕熱過程，Q＝0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知ΔU＞0，氣體內(nèi)能增大，溫度升高，分子平均動能增大，故A正確，B、C、D錯誤。故選A。2.ABD氣體的體積不變，溫度升高，則氣體的內(nèi)能增大，氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的體積減小，溫度降低，則氣體的內(nèi)能降低，外界對氣體做功，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知氣體對外放熱，B正確；氣體的體積減小，溫度升高，則氣體的內(nèi)能增大，外界對氣體做功，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q可能等于零，即沒有熱量交換過程，C錯誤；氣體的體積增大，溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，氣體對外界做功，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＞0，即氣體吸收熱量，D正確。故選ABD。3．C活塞上升的過程，密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功，所以外界對系統(tǒng)做的功W＝－(mg＋p0S)d，根據(jù)熱力學第一定律可得，密閉氣體增加的內(nèi)能ΔU＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d，故C正確，A、B、D錯誤。4.BC第二類永動機不可能制成，是因為它違反了熱力學第二定律，故A錯誤；效率為100%的熱機是不可能制成的，故B正確；電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，故C正確；從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響是不可能實現(xiàn)的，故D錯誤。5.B符合能量守恒定律，但違背熱力學第二定律的宏觀過程不能發(fā)生，故A錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知熱現(xiàn)象具有方向性，一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的，故B正確；機械能可以全部轉化為內(nèi)能，但在不產(chǎn)生其他影響的情況下，內(nèi)能無法全部用來做功而轉化成機械能，故C錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知熱現(xiàn)象具有方向性，氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故D錯誤。6.D第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機違反熱力學第二定律，故A、B錯誤；由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，同時做功和熱傳遞也不一定會改變內(nèi)能，故C錯誤；由熱力學第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可能的，但會引起其他變化，故D正確。7.B在1→2過程中，體積不變，壓強增大，根據(jù)查理定律可知溫度升高，氣體分子平均動能增大，但并非每個氣體分子的動能都增大，故A錯誤；在2→3過程中，溫度不變，氣體內(nèi)能不變，ΔU＝0，根據(jù)題圖可知體積增大，氣體對外界做功，W1＜0，由熱力學第一定律可知Q＞0，氣體從外界吸熱，故B正確；在3→1過程中，氣體壓強不變，根據(jù)蓋-呂薩克定律可知體積減小，溫度降低，氣體內(nèi)能減小，故C錯誤；在1→2→3→1過程中，其中1→2過程為等容過程，氣體對外不做功，2→3過程，體積增大，外界對氣體做負功W1(p-V圖像面積表示做功大小)，3→1過程外界對氣體做正功W2，|W1|＞|W2|，所以全過程外界對氣體做負功，故D錯誤。故選B。8.D從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體體積不變，由查理定律可得eq\f(pa,Ta)＝eq\f(pb,Tb)，又pb＝p0，解得pa＝2p0，故A錯誤；從狀態(tài)b到狀態(tài)c，氣體溫度不變，由玻意耳定律可得pbVb＝pcVc，解得Vb＝4Vc，故B錯誤；從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體體積不變，氣體不對外做功，故C錯誤；從狀態(tài)c到狀態(tài)a，溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大，氣體對外做功，所以吸收熱量，故D正確。9.D氣體從B→C狀態(tài)過程中溫度不變，內(nèi)能不變，體積變大，氣體對外做功，根據(jù)ΔU＝Q＋W可知，氣體對外做功的值等于吸收的熱量，A錯誤；完成一次全循環(huán)，氣體的內(nèi)能不變，氣體對外界做的總功等于氣體吸收的熱量，B錯誤；氣體從A→B狀態(tài)過程中壓強變大，溫度升高，體積不變，氣體數(shù)密度不變，分子平均速率變大，則單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)變多，C錯誤；氣體從B→C狀態(tài)過程中壓強減小，而氣體從C→A過程中壓強不變，則從B→C狀態(tài)過程中氣體平均壓強大于氣體從C→A過程中氣體平均壓強，根據(jù)W＝pΔV，兩過程中體積變化量相等，則氣體從B→C對外界做的功大于氣體從C→A過程中外界對氣體做的功，D正確。故選D。10.BC根據(jù)題意可知，緩慢擠壓礦泉水瓶，瓶內(nèi)水面上方氣體體積減小，水面上方氣體溫度保持不變，可知礦泉水瓶內(nèi)水面上方氣體壓強變大，上方氣體內(nèi)能不變，故D錯誤，C正確；根據(jù)題意可知，小瓶內(nèi)氣體的溫度保持不變，小瓶內(nèi)氣體內(nèi)能不變，小瓶下沉過程中，小瓶內(nèi)氣體壓強增大，由玻意耳定律可知，氣體體積減小，則外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知，氣體向外界放出熱量，故A錯誤，B正確。11.(1)320J(2)增加1.78×103J解析：(1)氣體體積增大，對外做功，W＝pSx＝4×105×40×10－4×0.2J＝320J。(2)由熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W＝2.1×103J－320J＝1.78×103J，即氣體的內(nèi)能增加了1.78×103J。12.(1)450K(或177℃)(2)295J解析：(1)當汽缸水平放置時，p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S，T0＝300K。當汽缸口朝上，活塞上表面剛好與汽缸口相平時，活塞受力分析如圖所示，根據(jù)平衡條件有p1S＝p0S＋mgV1＝(L1＋L2)S由理想氣體的狀態(tài)方程得eq\f(p0L1S,T0)＝eq\f(p1（L1＋L2）S,T1)解得T1＝450K(或177℃)。(2)當汽缸口向上穩(wěn)定后，未加熱時