江蘇專用2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)課后練習(xí)37熱力學(xué)定律與能量守恒定律含解析

PAGE8-熱力學(xué)定律與能量守恒定律建議用時：45分鐘1．對于肯定質(zhì)量的志向氣體，下列說法正確的是()A．若氣體的溫度降低，則每個氣體分子的運動速率肯定減小B．氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁的不斷碰撞而產(chǎn)生的C．體積不變，壓強增大的過程，氣體肯定汲取熱量，內(nèi)能不肯定增大D．若氣體內(nèi)能增加，則肯定從外界汲取熱量B[氣體溫度降低，分子的平均動能減小，則分子的平均速率減小，但并不是每個分子的速率都減小，A錯誤；從微觀角度看，封閉氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁的不斷碰撞而產(chǎn)生的，B正確；氣體體積不變，依據(jù)查理定律，壓強與熱力學(xué)溫度成正比，壓強增大，則溫度上升，內(nèi)能增大ΔU>0，因為體積不變，外界對氣體做功W＝0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，氣體汲取熱量，C錯誤；若氣體內(nèi)能增加，則ΔU>0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，可能是外界對氣體做功不吸熱，或者氣體向外界放熱小于外界對氣體做的功，并不肯定從外界汲取熱量，D錯誤。]2．(2024·山東月考)吸盤掛鉤的工作原理可以這樣簡述：運用時如圖甲所示，按住鎖扣把吸盤緊壓在墻上，吸盤中的空氣被擠出一部分。然后如圖乙所示，將鎖扣扳下，讓鎖扣以盤蓋為依托把吸盤向外拉出，這樣吸盤就會牢牢地被固定在墻壁上。吸盤內(nèi)氣體可視為志向氣體，在拉起吸盤的過程中吸盤內(nèi)氣體的溫度保持不變，則在拉起吸盤后不正確的是()甲乙A．吸盤內(nèi)氣體的壓強比拉起前氣體的壓強小B．吸盤內(nèi)空氣的密度不變C．吸盤內(nèi)氣體的內(nèi)能不變D．此過程中吸盤內(nèi)的氣體要汲取熱量B[在吸盤被拉起的過程中，吸盤內(nèi)封閉氣體的體積增大，由于溫度不變，所以由玻意耳定律可知吸盤內(nèi)氣體的壓強減小，故A正確；在鎖扣未扳下之前，吸盤內(nèi)空氣密度與外界空氣密度相同，當(dāng)鎖扣扳下之后，由于吸盤內(nèi)氣體的質(zhì)量不變，但體積增大，所以其密度減小，故B錯誤；肯定質(zhì)量的志向氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，由于在扣扳下的過程中吸盤內(nèi)氣體的溫度不變，所以氣體的內(nèi)能不變，故C正確；在鎖扣扳下的過程中，由于氣體的體積增大，所以氣體要對外界做功，氣體的內(nèi)能又不發(fā)生改變，故由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q可知，此過程中氣體要從外界汲取熱量，故D正確。]3．今年4月6日，我國勝利放射首顆微重力衛(wèi)星“實踐十號”。設(shè)想在該衛(wèi)星內(nèi)進行制造泡沫鋁的試驗。給金屬鋁加熱，使之熔化成液體，在液體中通入氫氣，液體內(nèi)將會產(chǎn)生大量氣泡，冷凝液體，將會得到帶有微孔的泡沫鋁，樣品如圖所示。下列說法中正確的是()泡沫鋁放大圖A．液態(tài)鋁內(nèi)的氣泡呈球狀，說明液體表面分子間只存在引力B．液態(tài)鋁表面張力將會阻礙氣泡的膨脹C．在冷凝過程中，氣泡收縮，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大D．泡沫鋁是非晶體B[分子之間同時存在引力和斥力，當(dāng)r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，但并不是只存在引力，故A錯誤；失重條件下液態(tài)金屬呈球狀是由于液體表面分子間存在表面張力的結(jié)果，液態(tài)鋁表面張力將會阻礙氣泡的膨脹，故B正確；在金屬液體冷凝過程中，氣泡收縮變小，外界對氣體做功，同時溫度降低，放出熱量，氣體內(nèi)能降低，故C錯誤；泡沫金屬物理性質(zhì)仍舊是晶體，故D錯誤。]4．如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體經(jīng)驗A→B的等壓過程和B→C的絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)，則下列說法正確的是()A．A→B過程中，外界對氣體做功B．A→B過程中，氣體從外界汲取熱量C．B→C過程中，氣體分子的平均動能變大D．B→C過程中，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)目增多B[由題意可知，A→B過程為等壓過程，氣體體積變大，由eq\f(PV,T)＝C可知，壓強不變，體積變大，則溫度上升，氣體分子的平均動能變大，同時氣體對外界做功，由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q可知ΔU>0，W<0，故Q>0，氣體從外界汲取熱量，故A錯誤，B正確；B→C過程中，氣體體積變大，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)目削減，氣體對外界做功，W<0，絕熱過程Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知ΔU<0，氣體溫度降低，故氣體分子的平均動能變小，故C、D錯誤。]5．(2024·江蘇省新高考適應(yīng)性考試)某汽車的四沖程內(nèi)燃機利用奧托循環(huán)進行工作，該循環(huán)由兩個絕熱過程和兩個等容過程組成。如圖所示為肯定質(zhì)量的志向氣體所經(jīng)驗的奧托循環(huán)，則該氣體()A．在狀態(tài)a和c時的內(nèi)能可能相等B．在a→b過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能C．b→c過程中增加的內(nèi)能小于d→a過程中削減的內(nèi)能D．在一次循環(huán)過程中汲取的熱量小于放出的熱量B[從c到d為絕熱膨脹，則Q＝0，W<0，則內(nèi)能減小ΔU<0，溫度降低；從d到a，體積不變，壓強減小，則溫度降低，則狀態(tài)c的溫度高于a態(tài)溫度，選項A錯誤；在a→b過程中為絕熱壓縮，外界對氣體做功W>0，Q＝0，則ΔU＝W，即外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能，選項B正確；從b→c過程系統(tǒng)從外界汲取熱量，從c→d系統(tǒng)對外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對系統(tǒng)做功，依據(jù)p-V圖象下面積即為氣體做功大小，可知圖象中b→c→d→a圍成的圖形的面積為氣體對外做的功，整個過程氣體能內(nèi)能改變?yōu)榱悖瑒tΔW＝ΔQ，即Q吸－Q放＝ΔW>0，即在一次循環(huán)過程中汲取的熱量大于放出的熱量，則b→c過程中增加的內(nèi)能大于d→a過程中削減的內(nèi)能，故C、D錯誤。]6．(2024·重慶高三月考)依據(jù)熱學(xué)中的有關(guān)學(xué)問，下列說法正確的是()A．盡管技術(shù)不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機卻可以使溫度降到－293℃B．其次類永動機是可以制造出來的，因為它不違反熱力學(xué)第肯定律C．把裝有不同壓強、不同溫度的氣體的兩容器連通，溫度高的氣體會向溫度低的一方傳遞熱量，壓強大的氣體會向壓強小的一方流淌D．改進內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)燃機內(nèi)能轉(zhuǎn)化率，最終可能實現(xiàn)內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為機械能C[盡管技術(shù)不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機不行以使溫度降到－293，只能接近－273.15，卻不行能達到，故A錯誤；其次類永動機不違反能量守恒定律，而是違反了熱力學(xué)其次定律，其次類永動機不行能被制造出來，故B錯誤；把裝有不同壓強、不同溫度的氣體的兩容器連通，只要時間足夠長，溫度高的氣體會向溫度低的一方傳遞熱量，壓強大的氣體會向壓強小的一方流淌，只要時間足夠長，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量均能達到穩(wěn)定，故C正確；即使改進內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)燃機內(nèi)能轉(zhuǎn)化率，依據(jù)熱力學(xué)其次定律，內(nèi)燃機也不行能實現(xiàn)內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為機械能，故D錯誤。]7．如圖所示，質(zhì)量不計的活塞把肯定質(zhì)量的志向氣體封閉在上端開口的直立圓筒形氣缸中，活塞上堆放細(xì)砂，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)在對氣體緩慢加熱，同時不斷取走細(xì)砂，使活塞緩慢上升，直到細(xì)砂全部取走，則在此過程中()A．氣體壓強增大，內(nèi)能可能不變B．氣體溫度可能不變，氣體對外做功C．氣體的體積增大，壓強減小，對外不做功D．氣體對外做功，內(nèi)能肯定增加B[因為漸漸取走細(xì)沙，直到細(xì)沙全部取走，依據(jù)活塞的受力平衡，所以可以推斷氣缸內(nèi)的氣體壓強肯定減小，故A錯誤；對氣體緩慢加熱，氣缸內(nèi)的氣體肯定汲取熱量，據(jù)熱力學(xué)第肯定律：ΔU＝W＋Q，Q為正數(shù)，因體積增大，氣體對外做功，W為負(fù)數(shù)，所以ΔU可能為零，溫度可能不變。故B正確，C、D錯誤。]8．(2024·江蘇南京高三開學(xué)考試)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱圓柱形氣缸直立在水平地面上，容積為2V0，一厚度可忽視的絕熱輕活塞密封肯定質(zhì)量的某志向氣體，在缸口處有固定卡環(huán)，使活塞不會從氣缸中頂出。現(xiàn)活塞位于氣缸中心，此時該氣體溫度為T0、密度為ρ，已知摩爾質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，大氣壓強為p0，氣缸密封良好。(1)求氣缸內(nèi)氣體分子的總個數(shù)N；(2)現(xiàn)利用電阻絲對氣體緩慢加熱，使活塞緩慢上升，求氣體溫度上升到3T0時的壓強p；(3)該氣體溫度上升到3T0過程中，汲取的熱量為Q，求此過程中氣體內(nèi)能的改變量ΔU。[解析](1)氣缸內(nèi)氣體分子的總個數(shù)N＝eq\f(ρV0,M)NA。(2)活塞到達缸口固定卡環(huán)之前壓強不變，由蓋—呂薩克定律得eq\f(V0,T0)＝eq\f(2V0,T1)活塞到達缸口被卡住后氣體體積不變，由查理定律得eq\f(p0,T1)＝eq\f(p,3T0)聯(lián)立可得p＝1.5p0。(3)在該氣體溫度上升到3T0過程中，氣體對外做功為W＝－p0V0由熱力學(xué)第肯定律可得，此過程中氣體內(nèi)能的改變量為ΔU＝Q＋W＝Q－p0V0。[答案](1)eq\f(ρV0,M)NA(2)1.5p0(3)Q－p0V09．(2024·福建南平高三月考)封閉在汽缸內(nèi)肯定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)D，其體積V與熱力學(xué)溫度T關(guān)系如圖所示，O、A、D三點在同始終線上，則下列說法正確的是()A．由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中，氣體放出熱量B．由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中，氣體從外界汲取熱量，內(nèi)能增加C．C狀態(tài)氣體的壓強小于D狀態(tài)氣體的壓強D．D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)少D[氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B體積不變，發(fā)生的是等容改變，氣體不做功W＝0，而溫度上升，內(nèi)能增加ΔU＞0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q，知Q＞0，氣體汲取熱量，A錯誤；由狀態(tài)B變到狀態(tài)C的過程中，溫度不變，內(nèi)能不變ΔU＝0，而體積變大，氣體對外界做功，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q，知Q＞0，氣體汲取熱量，B錯誤；氣體從C到D發(fā)生等容改變，依據(jù)查理定律知p∝T，所以C狀態(tài)氣體的壓強大于D狀態(tài)氣體的壓強，C錯誤；A點和D點在過原點的連線上，說明氣體由A到D壓強不變，體積增大，分子的密集程度減小，狀態(tài)D溫度高，分子的平均動能大，狀態(tài)A和狀態(tài)D壓強相等，依據(jù)壓強的微觀說明可知，D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)少，D正確。]10．(2024·江蘇海門月考)如圖所示，由導(dǎo)熱材料制成的氣缸和活塞將肯定質(zhì)量的志向氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞與氣缸壁之間無摩擦，活塞上方存有少量液體，將一細(xì)管插入液體，活塞上方液體會緩慢流出，在此過程中，大氣壓強與外界的溫度保持不變，則關(guān)于這一過程中氣缸內(nèi)的氣體()A．單位時間內(nèi)氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)增多B．氣體分子間存在的斥力是活塞向上運動的緣由C．氣體分子的無規(guī)則運動加劇D．氣體對外界做的功等于氣體從外界汲取的熱量D[活塞上方液體漸漸流出，對活塞受力分析可得，氣缸內(nèi)氣體壓強減小，又氣缸內(nèi)氣體溫度不變，則單位時間氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)削減，故A錯誤；氣體分子對活塞的碰撞是活塞向上運動的緣由，故B錯誤；外界的溫度保持不變，導(dǎo)熱材料制成的氣缸內(nèi)氣體溫度不變，氣體分子的速率分布狀況不變，故C錯誤；氣缸內(nèi)氣體溫度不變，氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能不變；氣缸內(nèi)氣體壓強減小，體積變大，氣體對外界做功；據(jù)熱力學(xué)第肯定律，氣體對外界做功等于氣體從外界汲取的熱量，故D正確。]11．(2024·河北秦皇島一中高二月考)如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(絕熱過程氣體與外界沒有熱交換)，這就是聞名的“卡諾循環(huán)”。下列說法正確的是()A．A→B過程中，氣體分子的平均動能增大B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大C．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生改變C[A→B過程中，溫度不變，氣體分子的平均動能不變，故A錯誤；B→C過程中，絕熱膨脹，氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動能減小，故B錯誤；C→D過程中，等溫壓縮，壓強變大，體積變小，分子數(shù)密度變大，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，故C正確；D→A過程，絕熱壓縮，外界對氣體做功，內(nèi)能增加，溫度上升，分子平均動能增大，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生改變，故D錯誤。]12．(2024·內(nèi)蒙古赤峰高三期末)如圖所示，透熱的汽缸內(nèi)封有肯定質(zhì)量的志向氣體，汽缸質(zhì)量M＝200kg，活塞橫截面積S＝100cm2，此時缸內(nèi)氣體的溫度為27℃，活塞位于汽缸正中，整個裝置都靜止?；钊c汽缸壁無摩擦且不漏氣，忽視汽缸壁的厚度，大氣壓恒為p0＝1.0×105Pa，重力加速度為g＝10m/s2。求：(1)汽缸內(nèi)氣體的壓強P1；(2)缸內(nèi)氣體的溫度上升到多少攝氏度時，活塞恰好會靜止在汽缸缸口AB處？此過程中汽缸內(nèi)的氣體是吸熱還是放熱？[解析](1)以汽缸為探討對象(不包括活塞)，汽缸靜止，由平衡條件有p1S＝Mg＋p0S解得此時氣體的壓強p1＝3.0×105Pa。(2)溫度上升時氣體為等壓改變，由蓋—呂薩克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)T1＝t2＋273＝300KV1＝0.5lSV2＝lS解得活塞恰好靜止在汽缸缸口AB處時，缸內(nèi)氣體溫度T2＝2T1＝600Kt2＝(600－273)℃＝327℃此過程中氣體體積增大，對外做功W<0同時溫度上升內(nèi)能增大ΔU>0依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q可得Q>0所以汽缸肯定從外界汲取熱量。[答案](1)3.0×105Pa(2)327℃汲取熱量13．(2024·云南高三月考)如圖所示，開口處裝有固定卡環(huán)且導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的氣缸豎直放置，橫截面積為S。厚度不計的活塞可以在氣缸內(nèi)自由滑動，活塞與氣缸底部之間封閉了肯定質(zhì)量的志向氣體，起先時活塞與氣缸底部之間的距離為L，氣體的熱力學(xué)溫度為2T0(T0為環(huán)境的熱力學(xué)溫度)，壓強為2p0(p0為大氣壓強)，由于缸內(nèi)氣體緩慢散熱，最終氣體的溫度與環(huán)境溫度相同。已知活塞的質(zhì)量m＝eq\f(p0S,2g)(g為重力加速度)。(1)求活塞與氣缸底部之間的最小距離；(2)若肯定質(zhì)量的志向氣體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系滿意U＝kT(k為大于零的已知常數(shù))，求活塞下移過程中氣體吸熱還是放熱，汲取或者放出的熱量為多少？[解析](1)當(dāng)氣體的溫度最低時，活塞與氣缸底部之間的最小距離為L1，缸內(nèi)氣體的壓強為p1則有p1＝p0＋eq\f(mg,S)解得p1＝1.5p0依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程得eq\f(2p0SL,2T0)＝eq\f(p1SL1,T0)解得L1＝eq\f(2,3)L。(2)氣體先發(fā)生等容改變，當(dāng)活塞剛要移動時，氣體的溫度為T1，依據(jù)查理定律得eq\f(2p0,2T0)＝eq\f(p1,T1)解得T1＝1.5T0再發(fā)生等壓改變，該過程外界對氣體做的功為W，則W＝p1S(L－L1)該過程內(nèi)能的改變量ΔU＝kT0－kT1綜上，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W知氣體放熱且放出的熱量為eq\f(1,2)(kT0＋p0SL)。[答案](1)eq\f(2,3)L(2)放熱eq\f(1,2)(kT0＋p0SL)14．(2024·廣東梅