(課標(biāo)通用)高考物理一輪復(fù)習(xí) 作業(yè)54 熱力學(xué)定律與能量守恒(含解析)-人教版高三全冊(cè)物理試題
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1、作業(yè)54 熱力學(xué)定律與能量守恒 一、選擇題 1.(多選)根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí),判斷下列說法中正確的是( ) A.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 B.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,在熱傳遞中,熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體,而不能從低溫物體傳遞給高溫物體 C.盡管技術(shù)不斷進(jìn)步,熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100% D.制冷機(jī)在制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 E.第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律,隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來 解析:機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)
2、化為內(nèi)能,而內(nèi)能在引起其他變化時(shí)也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,A正確;凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,在熱傳遞中,熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體,也能從低溫物體傳遞給高溫物體,但必須借助外界的幫助,B錯(cuò)誤;盡管科技不斷進(jìn)步,熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%,C正確;由能量守恒知,制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量與壓縮機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量之和等于向室外放出的熱量,故D正確;第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律,而是違背了熱力學(xué)第二定律,第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來,E錯(cuò)誤. 答案:ACD 2.(多選)下列關(guān)于熱現(xiàn)象的描述不正確的是( ) A.根據(jù)熱力學(xué)定律,熱機(jī)的效率
3、不可能達(dá)到100% B.做功和熱傳遞都是通過能量轉(zhuǎn)化的方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的 C.溫度是描述熱運(yùn)動(dòng)的物理量,一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)兩系統(tǒng)溫度相同 D.物體由大量分子組成,其單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的,大量分子的運(yùn)動(dòng)也是無規(guī)則的 E.空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí),將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外,所以制冷機(jī)的工作不遵守?zé)崃W(xué)第二定律 解析:根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,熱機(jī)不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化,因此,熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%,選項(xiàng)A正確;做功是通過能量轉(zhuǎn)化改變系統(tǒng)的內(nèi)能,熱傳遞是通過能量的轉(zhuǎn)移改變系統(tǒng)的內(nèi)能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;溫度是表示熱運(yùn)動(dòng)的物理量,熱傳
4、遞過程中達(dá)到熱平衡時(shí),溫度相同,選項(xiàng)C正確;一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確;由熱力學(xué)第二定律知,熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響,空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí),消耗電能,將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外,選項(xiàng)E錯(cuò)誤. 答案:BE 3.(潮州朝安區(qū)高三模擬)(多選)對(duì)于一定量的氣體,下列說法正確的是( ) A.氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達(dá)的空間的體積,而不是該氣體所有分子體積之和 B.只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,氣體的溫度就可以降低 C.在完全失重的情況下,氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)為零 D.氣體從外界吸收熱量,其內(nèi)能一定增加 E.氣
5、體在等壓膨脹過程中溫度一定升高 解析:氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達(dá)的空間的體積,A正確;溫度高,氣體分子熱運(yùn)動(dòng)就劇烈,B正確;在完全失重的情況下,分子熱運(yùn)動(dòng)不停息,氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)不為零,C錯(cuò)誤;做功也可以改變物體的內(nèi)能,D錯(cuò)誤;氣體在等壓膨脹過程中溫度一定升高,E正確. 答案:ABE 4.(東北三省四市模擬)(多選)下列說法中正確的是( ) A.相互間達(dá)到熱平衡的兩物體的內(nèi)能一定相等 B.民間常用“拔火罐”來治療某些疾病,方法是將點(diǎn)燃的紙片放入火罐內(nèi),當(dāng)紙片燃燒完時(shí),迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上,火罐就會(huì)緊緊地“吸”在皮膚上.其原因是火罐內(nèi)的氣體體積不變時(shí),溫度降低,壓
6、強(qiáng)減小 C.空調(diào)既能制熱又能制冷,說明在不自發(fā)的條件下,熱傳遞可以逆向 D.自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行的 解析:相互間達(dá)到熱平衡的兩物體的溫度相同,內(nèi)能不一定相等,故A錯(cuò)誤;火罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng),所以火罐能“吸”在皮膚上,故B正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體,但在一定外界條件影響下可以實(shí)現(xiàn),故C正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行的,故D正確. 答案:BCD 5.(洛陽孟津一高檢測(cè))(多選)下列說法正確的是( ) A.液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離,故
7、液體表面存在張力 B.懸浮在液體中的固體小顆粒會(huì)不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)是分子熱運(yùn)動(dòng) C.把很多小的單晶體放在一起,就變成了非晶體 D.第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反能量守恒定律 E.絕對(duì)零度不可達(dá)到 解析:通常,處于液體表面層的分子較為稀疏,其分子間距較大,液體分子之間的合力表現(xiàn)為平行于液體界面的引力,故A正確;懸浮在液體中的固體小顆粒會(huì)不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;把很多小的單晶體放在一起,就變成了多晶體,故C錯(cuò)誤;第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反能量守恒定律,但是違背了熱力學(xué)第二定律,故D正確;因?yàn)槿魏慰臻g必然存有能量和熱量,也不斷進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換而不消失,所以絕對(duì)零度是不存
8、在的,故E正確. 答案:ADE 圖54-1 6.(多選)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,氣體的壓強(qiáng)隨熱力學(xué)溫度的變化如圖54-1所示,則此過程( ) A.氣體的密度增大 B.外界對(duì)氣體做功 C.氣體從外界吸收了熱量 D.氣體的內(nèi)能不變 E.氣體的內(nèi)能增加 解析:由題圖可得:從狀態(tài)A到狀態(tài)B,該理想氣體做等溫變化,而壓強(qiáng)變大,由理想氣體狀態(tài)方程=C,知?dú)怏w的體積V減小,由密度公式ρ=,故氣體的密度增大,選項(xiàng)A正確;由體積減小知,外界對(duì)氣體做功,故B正確;由溫度不變知,氣體內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律知,氣體向外放熱,故C、E錯(cuò)誤,D正確. 答案:ABD 7.(東
9、北三省四市協(xié)作體聯(lián)考)(多選)如圖54-2所示,一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分.已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空.抽開隔板K后,a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài).在此過程中( ) 圖54-2 A.氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少 B.氣體不做功,內(nèi)能不變 C.氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低 D.氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變 E.單位時(shí)間內(nèi)和單位面積的容器壁碰撞的分子數(shù)目減少 解析:a內(nèi)氣體向真空膨脹,不對(duì)外界做功,故A錯(cuò);又因容器絕熱,Q=0,由熱力學(xué)第一定律知,ΔU=0,故B對(duì);由玻意耳定律知壓強(qiáng)減?。幌”怏w可看作理想氣體,內(nèi)能不變,則溫度不變,C錯(cuò),D、E對(duì). 答案:BDE
10、
8.如圖54-3,一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)狀態(tài)c.設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc,在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac.則( )
圖54-3
A.Tb>Tc,Qab>Qac
B.Tb>Tc,Qab 11、到b過程吸收熱量Qab=W+ΔU,a到c過程吸收熱量Qac=ΔU,所以Qab>Qac.
答案:C
9.(杭州二中高三月考)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體在下列哪些過程中,一定從外界吸收了熱量( )
A.溫度保持不變,體積逐漸膨脹
B.體積保持不變,溫度逐漸升高
C.壓強(qiáng)保持不變,體積逐漸收縮
D.溫度逐漸升高,壓強(qiáng)逐漸減小
E.溫度逐漸升高,體積逐漸收縮
解析:體積增大,氣體向外界做功,溫度不變,內(nèi)能不變,故一定吸收了熱量,A正確;體積不變,氣體對(duì)外界不做功,溫度升高,內(nèi)能增大,則只能氣體吸收熱量,B正確;體積減小,外界對(duì)氣體做功,壓強(qiáng)不變,體積減小,則溫度減小,內(nèi)能減小,故一定 12、向外放出熱量,C錯(cuò)誤;溫度升高,則內(nèi)能變大,壓強(qiáng)減小,體積增大,氣體對(duì)外界做功,故一定吸收熱量,D正確;溫度升高,內(nèi)能增大,體積減小,外界對(duì)氣體做功,氣體不一定從外界吸收熱量,E錯(cuò)誤.
答案:ABD
10.(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài),其p-T圖象如圖54-4所示,其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過原點(diǎn)O.下列判斷正確的是( )
圖54-4
A.氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等
B.氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能
C.在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功
D.在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì) 13、外界做的功
E.在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功
解析:根據(jù)題意可知一定量的理想氣體經(jīng)歷等溫或等壓過程回到原狀態(tài).再由p-T圖象可知ac的延長(zhǎng)線通過原點(diǎn),所以ac是等容線,則a、c兩點(diǎn)體積相等,故A正確;再由圖象可知Ta>Tc,溫度越高,分子平均動(dòng)能越大,內(nèi)能越大,故B正確;cd過程中是等溫變化,故ΔU=0,又因p增大,V變小,外界對(duì)氣體做功.則W=Q放,故C錯(cuò)誤;da是等壓線,溫度升高體積增大,氣體對(duì)外界做功小于氣體從外界吸收的熱量,故D錯(cuò)誤;bc是等壓線,da也是等壓線,都有ΔV=ΔT.bc中外界對(duì)氣體做的功W1=PbΔV1=C(Tb-Tc),da中氣體對(duì)外 14、界做的功W2=paΔV2=C(Ta-Td)=C(Tb-Tc),因此bc過程中外界對(duì)氣體做的功等于da過程中氣體對(duì)外界做的功,故E正確.
答案:ABE
二、非選擇題
圖54-5
11.(云南玉溪期中)一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在汽缸內(nèi),活塞質(zhì)量為m、橫截面積為S,可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)并保持良好的氣密性,整個(gè)裝置與外界絕熱,初始時(shí)封閉氣體的溫度為T1,活塞距離汽缸底部的高度為H,大氣壓強(qiáng)為p0.現(xiàn)用一電熱絲對(duì)氣體緩慢加熱,若此過程中電熱絲傳遞給氣體的熱量為Q,活塞上升的高度為,求:
(1)此時(shí)氣體的溫度;
(2)氣體內(nèi)能的增加量.
解析:(1)氣體加熱緩慢上升過程中,處于等 15、壓過程,
設(shè)上升時(shí)溫度為T2,V1=SH,V2=S,
由蓋—呂薩克定律得=,聯(lián)立解得:T2=T1.
(2)上升過程中,根據(jù)熱力學(xué)第一定律得:
ΔU=Q+W
式中:W=-(p0S+mg)
因此:ΔU=Q-(p0S+mg).
答案:(1)T1 (2)Q-(p0S+mg)
12.(東北三校聯(lián)考)如圖54-6所示,一個(gè)絕熱的汽缸豎直放置,上方有一個(gè)絕熱且光滑的活塞,中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性良好的隔板,隔板將汽缸分成兩部分,分別密封著兩部分理想氣體A和B.活塞的質(zhì)量為m,橫截面積為S,與隔板相距h.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體A,當(dāng)氣體吸收熱量Q時(shí),活塞上升了h,此時(shí)氣體的溫度為T1.已知大氣 16、壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g.
圖54-6
(1)加熱過程中,若A氣體內(nèi)能增加了ΔE1,求B氣體內(nèi)能增加量ΔE2;
(2)現(xiàn)停止對(duì)氣體加熱,同時(shí)在活塞上緩慢添加砂粒,當(dāng)活塞恰好回到原來的位置時(shí)A氣體的溫度為T2.求此時(shí)添加砂粒的總質(zhì)量Δm.
解析:(1)B氣體對(duì)外做功W=p1Sh=(p0S+mg)h
由熱力學(xué)第一定律得ΔE1+ΔE2=Q-W
解得ΔE2=Q-(mg+p0S)h-ΔE1.
(2)B氣體的初狀態(tài)
p1=p0+,V1=2hS, T1
B氣體末狀態(tài)
p2=p0+, V2=hS, T2
由理想氣體狀態(tài)方程=
解得Δm=
答案:見解析
13.(鄭州高三質(zhì)檢)一 17、定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的p-V圖象如圖54-7所示.已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 ℃,求:
圖54-7
(1)該氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度;
(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量.
解析:(1)對(duì)于理想氣體:A→B,由查理定律得=
即:TB=TA=100 K,
所以tB=TB-273℃=-173℃.
(2)B→C過程由蓋—呂薩克定律得=,
解得TC=300 K,所以tC =27℃
A、C溫度相等,ΔU=0
A→C的過程,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W得
Q=ΔU-W=pΔV=200 J,即氣體從外界吸熱2 18、00 J.
答案:(1)-173℃ (2)吸熱200 J
14.如圖54-8所示,透熱的汽缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體,缸體質(zhì)量M=200 kg,活塞質(zhì)量m=10 kg,活塞橫截面積S=100 cm2.活塞與汽缸壁無摩擦且不漏氣.此時(shí),缸內(nèi)氣體的溫度為27℃,活塞位于汽缸正中,整個(gè)裝置都靜止.已知大氣壓恒為p0=1.0×105 Pa,重力加速度為g=10 m/s2.求:
圖54-8
(1)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p1;
(2)汽缸內(nèi)氣體的溫度升高到多少時(shí),活塞恰好會(huì)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)以汽缸為研究對(duì)象,受力分析如圖54-9所示:
圖54-9
列平衡方程:Mg+p0S=p1S,
解得:p1==+1.0×105 Pa=3.0×105 Pa.
(2)設(shè)缸內(nèi)氣體溫度升到t2時(shí),活塞恰好會(huì)靜止在汽缸口.
該過程是等壓變化過程,由蓋—呂薩克定律得:
=,=,
解得t2=327℃,
氣體體積增大,對(duì)外做功,同時(shí)溫度升高內(nèi)能增大,所以透熱的汽缸一定從外界吸收熱量.
答案:(1)3.0×105 Pa (2)327℃ 吸熱
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