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_第1頁
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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_第3頁
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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

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