新课程高考物理高中物理专题考试教师版热学之热力学定律与能量守恒定律

发布时间：2019-04-29 13:49:44 来源：文档文库

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热学之热力学定律与能量守恒定律

一、选择题(本题共8小题，均为多选)

1．(2018·重庆一诊)关于热现象的描述，下列说法正确的是(　ACE　)

A．漂浮在水面上的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越不明显

B．气体的温度越高，每个气体分子的动能都越大

C．零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰分子势能大

D．对于一定质量的理想气体，如果体积增大，就会对外做功，所以内能一定减少

E．热量既能够从高温物体传递到低温物体，也能够从低温物体传递到高温物体

[解析]　悬浮在液体中的小颗粒周围有大量的液体分子，由于液体分子对小颗粒无规则撞击，造成小颗粒受到的冲力不平衡而引起小颗粒的运动，撞击它的分子数越多，布朗运动越不明显，故A正确；温度是分子平均动能的标志，对个别分子没有意义，温度越高，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，故B错误；零摄氏度的冰变化成零摄氏度的水需要吸热，说明水比冰的内能大。由于温度相同，分子平均动能相同，所以水的分子势能更大，故C正确；气体体积增大时，对外做功，但有可能吸收热量，故无法判断内能变化情况，故D错误；热量既能够从高温物体传递到低温物体，但在一定条件下，热量也能够从低温物体传递到高温物体，故E正确。

2．(2018·福建漳州质检)关于热现象，下列说法中正确的是(　ABE　)

A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性

B．扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动

C．自然界中所有宏观过程都具有方向性

D．可利用高科技手段，将流散的内能全部收集并加以利用，而不引起其他变化

E．对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度都不可能达到

[解析]　显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这属于布朗运动，反映了液体分子运动的无规则性，故A正确；扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动，故B正确；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，不涉及热现象的宏观过程不一定具有方向性，故C错误；根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热而不产生其他影响，故D错误；对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度都不可能达到，故E正确。

3．(2018·安徽皖西教学联盟质检)下列说法中正确的是(　ABD　)

A．玻璃管的裂口烧熔后会变钝是表面张力的作用引起的

B．0℃的氢气和0℃的氧气，它们的分子平均动能相同

C．第二类永动机违背了能量守恒定律

D．水的饱和汽压随温度的升高而增大

E．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性减小的方向进行

[解析]　由于熔融的液态玻璃存在表面张力，使表面收缩，因此玻璃管的裂口尖端被烧熔后变成圆形，故A正确；温度是分子平均动能的标志，氧气和氢气的温度相同，则它们的分子平均动能相同，故B正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；水在不同温度下有不同的饱和汽压，并随着温度的升高而增大，故D正确；根据热力学第二定律可知，一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故E错误。

4．(2019·内蒙古包头四中质检)如图所示，电路与一绝热汽缸相连，R为电热丝，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，外界大气压强恒定，闭合电键后，绝热活塞K缓慢且无摩擦地向右移动，则下列说法正确的是(　ADE　)

A．气体的内能增加

B．气体分子平均动能不变

C．电热丝放出的热量等于气体对外所做的功

D．气体的压强不变

E．气体分子单位时间内对器壁单位面积的撞击次数减少

[解析]　活塞可无摩擦滑动，外界大气压强不变，故气体等压变化；活塞缓慢向右移动过程中，气体体积增大，故温度一定升高，气体内能增加，故A正确，D正确；电阻丝向气体放热气体温度升高，而理想气体内能只取决于分子动能，气体温度升高，分子平均动能增大，故B错误；气体内能增大，由热力学第一定律可知，电阻丝向气体放出的热量一定大于对外做功，故C错误；气体体积变大，故气体单位体积内的分子数减小，故单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减小，故E正确。故选ADE。

5．(2018·黑龙江哈师大附中模拟)下列说法正确的是(　ACD　)

A．温度是分子平均动能的标志

B．若物体温度升高，则该物体一定吸热

C．一定质量的理想气体的等温膨胀过程一定是吸热过程

D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E．温度高的物体具有的内能一定多

[解析]　温度是分子热运动的平均动能的标志，A正确；对物体做功，物体温度也可能升高，B错误；一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，对外做功，由W＋Q＝ΔU可知W<0，ΔU＝0，则Q>0，C正确；根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确；内能与温度、体积和物质的量有关，所以温度高的物体具有的内能不一定多，E错误。

6．(2019·肇庆市联考)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示，下列判断正确的是(　ABE　)

A．a和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

B．a、b和c三个状态中，状态b分子的平均动能最大

C．过程bc中外界对气体所做的功等于气体所放的热

D．过程ca中气体既不吸热也不放热

E．过程ab中气体一定吸热

[解析]　由图可知，a、c状态气体的温度是相等的，所以分子运动的激烈程度相同；c状态的压强大，结合气体压强的微观意义可知，a和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故A正确；由图象可知，b状态温度最高，分子平均动能最大，故B正确；由图象可知，bc过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，ΔU＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程bc中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由图象可知，ca过程气体温度不变，压强减小，由玻意尔定律可知，其体积增大，气体对外界做功，W＜0，气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体要吸收热量，故D错误；由图示可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故E正确。

7．(2018·福建龙岩质检)关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是(　ADE　)

A．对气体做功可以改变其内能

B．质量和温度都相同的气体，内能一定相同

C．热量不可能从低温物体传到高温物体

D．一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

E．一定质量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大

[解析]　做功和热传递都能改变物体的内能；所以对气体做功可以改变其内能，故A正确；质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，内能还与气体的体积有关，故B错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他的变化，故C错误；由盖－吕萨克定律可知，一定质量的理想气体在等压膨胀过程中气体温度升高，气体内能增加，故D正确；一定质量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，而气体内能只与温度有关，故温度越高，其内能越大，故E正确。

8．(2018·河南许昌质检)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是(　AB　)

A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热

B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小

C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少

D．D→A过程中，气体吸热

[解析]　A→B过程，体积增大，气体对外界做功，W<0，气体等温变化，内能不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律可知气体吸热，Q>0，故A正确；B→C过程，气体绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，故B正确；C→D过程，等温压缩，体积变小，分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C错误；D→A过程，绝热压缩，Q＝0，故D错误。

二、非选择题

9．(2019·浙江宁波模拟)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为AC。

A．压强变小　 B．压强不变

C．一直是饱和汽　 D．变为未饱和汽

(2)如图1所示，在斯特林循环的p－V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成，B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目不变(选填“增大”、“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态A对应的是①(选填“①”或“②”)。

(3)如图1所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和30J。在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J。求气体完成一次循环对外界所做的功。

[答案]　(3)8J

[解析]　(1)高压锅在密封的状态下缓慢冷却，在冷却过程中气体发生等容变化，温度降低，压强变小，A项正确，B项错误；锅内的水蒸气始终处于饱和汽状态，C项正确，D项错误。

(2)从B→C的过程中，气体的体积不变，因此单位体积中气体分子数目不变，从状态D到状态A，气体的体积不变，压强减小，温度降低，分子平均动能减小，因此A状态对应的是①。

(3)气体完成一次循环，其内能不变，即ΔU＝0

吸收的热量Q＝(20＋12－4－20)J＝8J

由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8J，则气体对外做功为8J。

10．(2018·山西吕梁一模)如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2cm2且足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L＝21cm的气柱，气体的温度为t1＝7℃，外界大气压为p0＝1.0×105Pa(相当于75cm高汞柱产生的压强)。

(1)若在活塞上放一个质量为m＝0.1kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？(取g＝10m/s2)

(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t2＝77℃，此时气柱为多长？

(3)若在(2)的过程中，气体吸收的热量为10J，则气体的内能增加多少？

[答案]　(1)20cm　(2)25cm　(3)8.95J

[解析]　(1)被封闭气体的初状态：p1＝p0＝1.0×105Pa

V1＝LS＝42cm3，T1＝280K

末状态：p2＝p0＋＝1.05×105Pa

V2＝L2S，T2＝T1＝280K

根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2

得L2＝20cm

(2)对气体加热后，气体的压强不变，p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350K

根据盖－吕萨克定律，有＝，即＝

得L3＝25cm

(3)气体对外做的功W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05J

根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W

得ΔU＝10J＋(－1.05J)＝8.95J

即气体的内能增加了8.95J

11．(2018·黑龙江七台河模拟)绝热汽缸倒扣在水平地面上，缸内装有一电热丝和一光滑的绝热活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞下吊着一重为G的重物，活塞重为G0，活塞的横截面积为S，开始时封闭气柱的高为h，气体的温度为T1，大气压强为p0，活塞下方气体与大气相通。现给电热丝缓慢加热，若气体吸收热量Q时，活塞下降了h，求：