2020年高考物理复习练习：热力学定律与能量守恒定律

限时规范训练(单独成册)[基础巩固题组](20分钟，50分)1．(多选)下列说法中正确的是()A．热量可以从低温物体传递到高温物体B．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机C．能源危机指能量的过度消耗导致自然界的能量不断减少D．功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为功E．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律解析：选ADE.空调可以使热量从低温物体向高温物体传递，A 对；由热力学第二定律知不可能有单一热源的热机，B错；能量是守恒的，C错；功可以全部转化为热量，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下，热量也可以全部转化为功，D对；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，E对．2．(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是()A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加解析：选CDE.质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A 错误；宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B 错误；根据pV T ＝C 可知，如果等温压缩，则内能不变；等压膨胀，温度增大，内能一定增大，C 、E 正确；理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D 正确．3．(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是( )A ．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B ．效率为100%的热机是不可能制成的C ．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递D ．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段E ．吸收了热量的物体，其内能也不一定增加解析：选BCE.第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，故A 错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故B 正确；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C 正确；在外界影响下从单一热源吸收热量，使之完全变为功是可能的，但机械效率并不一定提高．故D 错误；改变内能的方式有做功和热传递，吸收了热量的物体，其内能也不一定增加，E 正确．4．(多选)夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是()A．气体的内能减少B．气体的内能不变C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了E．气体分子的平均动能减小解析：选ACE.气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确．5．(2018·高考全国卷Ⅰ)(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是()A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小解析：选BDE.根据pVT＝C，过程①中气体的体积V不变，温度T升高，压强p会增大，A错误；过程②中气体的体积V增大，对外做功，B正确；过程④中气体的体积V不变，温度T降低，向外界放出了热量，C错误；理想气体的内能只与温度有关，状态c、d温度相等，则内能相等，D 正确；根据pV T ＝C ，T ＝p C V ，T －V 图线上的点与原点连线的斜率越大，表示该状态点的压强越大，E 正确．6．(多选)下列说法中正确的是( )A ．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动B ．气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律C ．随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小D ．一定量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变E ．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 解析：选ABE.布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动，在较暗的房间里可以观察到射入屋内的阳光中有悬浮在空气里的小颗粒在飞舞，是由于气体的流动造成的，这不是布朗运动，故A 正确；麦克斯韦提出了气体分子速率分布的规律，即“中间多，两头少”，故B 正确；分子力的变化比较特殊，随着分子间距离的增大，分子间作用力不一定减小，当分子表现为引力时，分子力做负功，分子势能增大，故C 错误；一定量理想气体发生绝热膨胀时，不吸收热量，同时对外做功，其内能减小，故D 错误；根据热力学第二定律可知，一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故E 正确．7．(2018·高考江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体在状态A 时压强为 2.0×105 Pa ，经历A →B →C →A 的过程，整个过程中对外界放出61.4 J热量．求该气体在A →B 过程中对外界所做的功．解析：整个过程中，外界对气体做功W ＝W AB ＋W CA ，ΔU ＝0 且W CA ＝p A (V C －V A )由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W ，得W AB ＝－(Q ＋W CA )代入数据得W AB ＝－138.6 J ，即气体对外界做的功为138.6 J. 答案：138.6 J[能力提升题组](25分钟，50分)1．(多选)如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A 和B ，活塞处于静止平衡状态．现通过电热丝对气体A 加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是( )A ．气体A 吸热，内能增加B ．气体B 吸热，对外做功，内能不变C ．气体A 分子的平均动能增大D ．气体A 和气体B 内每个分子的动能都增大E ．气体B 分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少 解析：选ACE.A 气体经历等容变化，W ＝0，而吸收热量，由ΔU＝W ＋Q 知，内能增加，A 正确；B 气体经历等压变化，W ＜0，由V T＝C可知，T增大，则B气体吸收热量，内能增加，B错误；A、B 气体温度都升高，则气体分子的平均动能都增大，但并不是每个分子的动能都增大，故C正确，D错误；由于气体B压强不变而温度升高，即分子每次碰撞器壁的冲量增加，则分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少，E正确．2．(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是()A．气体在a、c两状态的体积相等B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功解析：选ABE.由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da 气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：p a V a T a ＝p b V b T b ＝p c V c T c ＝p d V d T d＝C ，即p a V a ＝CT a ，p b V b ＝CT b ，p c V c ＝CT c ，p d V d ＝CT d .设过程bc 中压强为p 0＝p b ＝p c ，过程da 中压强为p 0′＝p d ＝p a .由外界对气体做功W ＝p ·ΔV 知，过程bc 中外界对气体做的功W bc ＝p 0(V b －V c )＝C (T b －T c )，过程da 中气体对外界做的功W da ＝p 0′(V a －V d )＝C (T a －T d )，T a ＝T b ，T c ＝T d ，故W bc ＝W da ，选项E 正确(此选项也可用排除法直接判断更快捷)．3．(多选)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，AB和CD 为等温过程，BC 为等压过程，DA 为等容过程，则在该循环过程中，下列说法正确的是( )A ．AB 过程中，气体放出热量B ．BC 过程中，气体分子的平均动能增大C ．CD 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D ．DA 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化E ．若气体在BC 过程中内能变化量的数值为2 kJ ，与外界交换的热量为7 kJ ，则在此过程中气体对外做的功为5 kJ解析：选ABE.因为AB 为等温过程，压强变大，体积变小，故外界对气体做功，根据热力学第一定律有ΔU ＝W ＋Q ，温度不变，则内能不变，故气体一定放出热量，选项A 正确；BC 为等压过程，因为体积增大，由理想气体状态方程pV T ＝C 可知，气体温度升高，内能增加，故气体分子的平均动能增大，选项B 正确；CD 为等温过程，压强变小，体积增大，因为温度不变，故气体分子的平均动能不变，压强变小说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，选项C错误；DA 为等容过程，体积不变，压强变小，由pV T ＝C 可知，温度降低，气体分子的平均动能减小，故气体分子的速率分布曲线会发生变化，选项D 错误；BC 为等压过程，体积增大，气体对外做功，该过程中气体的温度升高，则气体的内能增加2 kJ ，气体从外界吸收的热量为7 kJ ，气体对外界做功为5 kJ ，故选项E 正确．4．(2019·潍坊模拟)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长9 cm ，活塞横截面积S ＝50 cm 2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J ，稳定后气体温度变为127 ℃.已知大气压强等于105 Pa ，求：(1)加热后活塞到汽缸底端的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少．解析：(1)取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为L 1S ，温度为：T 1＝(273＋27)K ＝300 K ，末状态的体积为：L 2S ，温度为：T 2＝(273＋127)K ＝400 K气体做等压变化，则：L 1S T 1＝L 2S T 2代入数据得：L 2＝12 cm.(2)在该过程中，气体对外做功：W ＝F ·ΔL ＝p 0S (L 2－L 1)＝105×50×10－4×(12－9)×10－2 J ＝15 J ，由热力学第一定律：ΔU ＝Q －W ＝22 J －15 J ＝7 J.答案：(1)12 cm (2)7 J5．(2019·湖南师大附中模拟)如图所示，体积为V 、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T 0、压强为1.2p 0的理想气体．p 0和T 0分别为外界大气的压强和温度．已知：气体内能U 与温度T 的关系为U ＝aT ，a 为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V 1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q .解析：(1)在气体由压强p ＝1.2p 0到p 0时，V 不变，温度由2.4T 0变为T 1，由查理定律得：1.2p 02.4T 0＝p 0T 1，解得T 1＝2T 0在气体温度由T 1变为T 0的过程中，体积由V 减小到V 1，气体压强不变，由盖－吕萨克定律得V T 1＝V 1T 0， 解得：V 1＝0.5V .(2)活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W ＝p 0(V －V 1)在这一过程中，气体内能的减少为ΔU ＝a (T 1－T 0) 由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为 Q ＝W ＋ΔU得：Q ＝12p 0V ＋aT 0. 答案：(1)0.5V (2)12p 0V ＋aT 0。