2025版高考物理大一轮复习基次3热力学定律与能量守恒定律训练含解析教科版选修3_3

基础课3 热力学定律与能量守恒定律
一、选择题(以下每小题均为多项选择题)
1．下列关于热力学其次定律的说法中正确的是( )
A．全部符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不行逆的
C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
E．热运动的宏观过程有肯定的方向性
解析符合能量守恒定律，但违反热力学其次定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不行逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不行逆的，选项D错误；热运动的宏观过程有肯定的方向性，选项E正确。

答案BCE
2．下列对热学相关学问的推断中正确的是( )
A．对肯定质量的气体加热，其内能肯定增大
B．物体温度上升时，物体内的每个分子的速率都将增大
C．对肯定质量的志向气体，当它的压强、体积都增大时，其内能肯定增大
D．功转化为热的实际宏观过程是不行逆过程
E．自然界中的能量虽然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源解析气体内能变更由做功和热传递共同确定，A错误；温度上升，分子的平均动能增大，部分分子速率也会减小，B错误；志向气体压强和体积增大，温度肯定增大，内能肯定增大，C正确；一切涉及热现象的宏观过程都是不行逆的，D正确；自然界中的能量在数量上是守恒的，但能量在转化过程中，品质渐渐降低，可利用的能量在渐渐削减，故要节约能源，E 正确。

答案CDE
3．关于物体的内能，以下说法中正确的是( )
A．物体汲取热量，内能肯定增大
B．物体放出热量，同时对外做功，内能肯定削减
C．物体体积变更，内能可能不变
D．不行能从单一热源汲取热量，使之完全变为功
E．质量相同的0 ℃的水的内能比0 ℃的冰的内能大
解析物体汲取热量，若同时对外做功，其内能可能削减，选项A错误；依据热力学第肯定律，物体放出热量，同时对外做功，内能肯定削减，选项B正确；物体体积变更，例如志向气体体积变更，只要温度不变，其内能不变，选项C正确；可以从单一热源汲取热量，使之完全变为功，但是会引起其他变更，选项D错误；0 ℃的水变成0 ℃的冰须要放出热量，故质量相同的0 ℃的水的内能比0 ℃的冰的内能大，选项E正确。

答案BCE
4．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，假如把轮胎里的气体视为志向气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是( ) A．气体的内能削减
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，热力学第肯定律的表达式为W＝ΔU，内能削减，温度降低，温度是分子平均动能的标记，则A、C、E 正确。

答案ACE
5．(2024·河南、河北、山西联考)下列说法正确的是( )
A．分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大
B．当分子间的作用力表现为引力时，随分子间距离的增大分子势能增大
C．肯定质量的志向气体发生等温膨胀，肯定从外界汲取热量
D．肯定质量的志向气体发生等压膨胀，肯定向外界放出热量
E．熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度
解析分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，选项A错误；当分子间的作用力表现为引力时，随分子间距离的增大分子势能增大，选项B正确；肯定质量的志向气体发生等温膨胀，温度不变，内能不变，对外做功，肯定从外界汲取热量，选项C正确；肯定质量的志向气体发生等压膨胀，对外做功，依据盖—吕萨克定律，等压膨胀，温度肯定上升，内能
增大，肯定汲取热量，选项D错误；熵是系统内分子运动无序性的量度，其大小可以反映物体内分子运动的无序程度，选项E正确。

答案BCE
6．下列有关热学的说法中正确的是( )
A．气体放出热量，其分子的平均动能肯定减小
B．气体温度上升，分子的平均动能肯定增大
C．随着科技的进步，物体的温度可以降低到－300 ℃
D．热量可以从低温物体传递到高温物体
E．对物体做功，物体的内能可能减小
解析由热力学第肯定律可知，气体放出热量，其内能不肯定减小，温度不肯定降低，故分子平均动能不肯定减小，选项A错误；温度是分子平均动能的标记，温度越高，分子的平均动能越大，选项B正确；依据热力学第三定律可知，肯定零度(－273 ℃)是不行能达到的，所以－300 ℃是不行能达到的，选项C错误；在肯定的条件下，热量可以从低温物体传递到高温物体，选项D正确；依据热力学第肯定律可知，对物体做功的同时，若物体向外界放出热量，其内能可能减小，选项E正确。

答案BDE
7．在一个标准大气压下，1 g水在沸腾时汲取了2 260 J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 J的功。

已知阿伏加德罗常数N A＝6.0×1023mol－1，水的摩尔质量M＝18 g/mol。

下列说法中正确的是( )
A．分子间的平均距离增大
B．水分子的热运动变得更猛烈了
C．水分子总势能的变更量为2 090 J
D．在整个过程中能量是不守恒的
E．1 g水所含的分子数为3.3×1022个
解析液体变成气体后，分子间的平均距离增大了，选项A正确；温度是分子热运动猛烈程度的标记，由于两种状态下的温度是相同的，故两种状态下水分子热运动的猛烈程度是相同的，选项B错误；水发生等温变更，分子平均动能不变，因水分子总数不变，分子的总动能不变，依据热力学第肯定律ΔU＝Q＋W，可得水的内能的变更量ΔU＝2 260 J－170 J＝2 090 J，即水的内能增大2 090 J，则水分子的总势能增大了2 090 J，选项C正确；在整个过程
中能量是守恒的，选项D错误；1 g水所含的分子数为n＝m
M
N A＝
1
18
×6.0×1023＝
3.3×1022(个)，选项E正确。

答案ACE
二、非选择题
8．如图1所示，为测量大气压强的试验装置，将肯定质量的气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800 mL；现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，稳定后两臂中水银面的高度差为25 cm，不计玻璃管中气体的体积，环境温度不变。

求
图1
(1)大气压强p0(用“cmHg”做压强单位)；
(2)此过程中外界对烧瓶内的气体________(填“做正功”、“做负功”、“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)。

解析(1)设大气压强为p0
初状态：p1＝p0，V1＝800 mL
注入水后：p2＝p0＋p，V2＝600 mL
由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2
解得：p0＝75 cmHg。

(2)气体体积减小，外界对气体做正功，温度不变，气体的内能不变，由热力学第肯定律知，应对外放热。

答案(1)75 cmHg (2)做正功放热
9．肯定质量的气体，在从状态1变更到状态2的过程中，汲取热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能怎样发生变更？变更了多少？
(2)假如这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
解析(1)由热力学第肯定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J。

(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应削减，其削减量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应削减160 J ，即ΔU ′＝－160 J ，又Q ′＝－240 J ，依据热力学第肯定律得：ΔU ′＝W ′＋Q ′，所以W ′＝ΔU ′－Q ′＝－160 J －(－240 J)＝80 J ，即外界对气体做功80 J 。

答案 (1)增加 160 J (2)外界对气体做功 80 J
10．(2024·山西忻州一中等四校联考)肯定质量的志向气体从状态A 变更到状态B 再变更到状态C ，其状态变更过程的p －V 图像如图2所示。

已知该气体在状态A 时的温度为27 ℃。

图2
(1)求该气体在状态B 、C 时的温度；
(2)该气体从状态A 到状态C 的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
解析 (1)气体从状态A 到状态B 做等容变更，由查理定律有p A T A ＝p B T B ，解得T B ＝200 K ，即t B ＝－73 ℃；
气体从状态B 到状态C 做等压变更，由盖－吕萨克定律有V B T B ＝V C T C
，解得T C ＝300 K ，即t C ＝27 ℃。

(2)因为状态A 和状态C 温度相等，且志向气体的内能是全部分子的动能之和，温度是分子平均动能的标记，所以在这个过程中ΔU ＝0，
由热力学第肯定律ΔU ＝Q ＋W 得Q ＝－W 。

在整个过程中，气体在B 到C 过程对外做功，故 W ＝－p B ΔV ＝－200 J 。

即Q ＝－W ＝200 J ，是正值，所以气体从状态A 到状态C 过程中是吸热，汲取的热量Q ＝200 J 。

答案 (1)－73 ℃ 27 ℃ (2)汲取热量 200 J
11．(2024·潍坊模拟)如图3所示在绝热汽缸内，有一绝热轻活塞封闭肯定质量的气体，起先时缸内气体温度为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：
图3
(1)加热后活塞到汽缸底端的距离；
(2)此过程中气体内能变更了多少。

解析 (1)取被封闭的气体为探讨的对象，起先时气体的体积为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 气体做等压变更，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 ，
由热力学第肯定律：ΔU ＝Q －W ＝22 J －15 J ＝7 J 。

答案 (1)12 cm (2)7 J。