2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 6 第三節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒課后達(dá)標(biāo)能力提升.doc

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第三節(jié) 熱力學(xué)定律與能量守恒 (建議用時(shí)：40分鐘) 一、選擇題 1．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 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．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 D．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：選AC.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)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；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)做的功之和等于向室外放出的熱量，故C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，D錯(cuò)誤． 2．重慶出租車常以天然氣作為燃料，加氣站儲(chǔ)氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)(　　) A．壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小 B．吸收熱量，內(nèi)能增大 C．壓強(qiáng)減小，分子平均動(dòng)能增大 D．對(duì)外做功，分子平均動(dòng)能減小 解析：選B.儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，溫度升高，氣體從外界吸收熱量，分子平均動(dòng)能增大，內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大．因氣體體積不變，故外界對(duì)氣體不做功，只有B正確． 3．景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨．猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃．對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中(　　) A．氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變 B．氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大 C．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能增加 D．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少 E．艾絨燃燒，放出熱量，氣體內(nèi)能增加 解析：選BCE.壓縮氣體時(shí)，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加，溫度升高，體積變小，壓強(qiáng)增大，所以B、C正確，A、D錯(cuò)誤，氣體吸收艾絨放出的熱量，內(nèi)能增加，E正確． 4．下列說法中正確的是(　　) A．懸浮在液體中的固體顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯 B．用氣筒給自行車打氣，越打越費(fèi)勁，說明氣體分子之間的分子力表現(xiàn)為斥力 C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的增大而減小 D．一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高，體積減小，則單位時(shí)間內(nèi)撞擊到器壁單位面積上的氣體分子數(shù)增加 E．內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱機(jī)是不可能制成的 解析：選ADE.懸浮在液體中的固體小顆粒越小，在某一瞬間跟它相撞的液體分子數(shù)就越少，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因而布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯，選項(xiàng)A正確；用氣筒給自行車打氣，越打越費(fèi)勁，不能說明氣體分子之間的分子力表現(xiàn)為斥力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)分子之間表現(xiàn)為引力時(shí)，分子勢(shì)能隨著分子之間距離的增大而增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高，體積減小時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)撞擊到器壁單位面積上的氣體分子數(shù)增加，所以其壓強(qiáng)增大，選項(xiàng)D正確；熱力學(xué)第二定律指出，任何熱機(jī)的效率都不可能達(dá)到100%，選項(xiàng)E正確． 5．如圖為某實(shí)驗(yàn)器材的結(jié)構(gòu)示意圖，金屬內(nèi)筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣，內(nèi)筒中有水，在水加熱升溫的過程中，被封閉的空氣(　　) A．內(nèi)能增大 B．壓強(qiáng)增大 C．分子間引力和斥力都減小 D．所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大 解析：選AB.在水加熱升溫的過程中，封閉氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，選項(xiàng)A正確；根據(jù)＝C知，氣體的壓強(qiáng)增大，選項(xiàng)B正確；氣體的體積不變，氣體分子間的距離不變，分子間的引力和斥力不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率增大，但并不是所有分子運(yùn)動(dòng)的速率都增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 6. (2019東北三省四市協(xié)作體聯(lián)考)如圖所示，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(　　) 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)和容器壁碰撞的分子數(shù)目減少 解析：選BDE.a內(nèi)氣體向真空膨脹，不對(duì)外界做功，故A錯(cuò)誤；又因容器絕熱，Q＝0，由熱力學(xué)第一定律知，ΔU＝0，故B正確；由玻意耳定律知壓強(qiáng)減小；稀薄氣體可看做理想氣體，內(nèi)能不變，則溫度不變，C錯(cuò)誤，D、E正確． 7．下列說法正確的是(　　) A．物體放出熱量，其內(nèi)能一定減小 B．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能一定減小 C．物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能增加 D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能不變 解析：選C.根據(jù)熱力學(xué)第一定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，當(dāng)外界對(duì)物體做的功大于物體放出的熱量或物體吸收的熱量大于物體對(duì)外做的功時(shí)，物體的內(nèi)能增加，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；物體放出熱量同時(shí)對(duì)外做功，則Q＋W<0，內(nèi)能減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 8．夏天，小明同學(xué)把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時(shí)候，會(huì)覺得從輪胎里噴出的氣體涼，如果把輪胎里的氣體視為理想氣體，則關(guān)于氣體噴出的過程，下列說法正確的是(　　) A．氣體的內(nèi)能減少 B．氣體的內(nèi)能不變 C．氣體來不及與外界發(fā)生熱交換，對(duì)外做功，溫度降低 D．氣體膨脹時(shí)，熱量散得太快，使氣體溫度降低了 E．氣體分子的平均動(dòng)能減小 解析：選ACE.氣體噴出時(shí)，來不及與外界交換熱量，發(fā)生絕熱膨脹，Q＝0，對(duì)外做功，熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為W＋Q＝ΔU，內(nèi)能減少，溫度降低，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，則A、C、E正確． 9. 一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在透熱的汽缸中，如圖所示．不計(jì)活塞與汽缸的摩擦，當(dāng)用外力向上緩慢拉動(dòng)活塞的過程中，環(huán)境溫度保持不變．下列判斷正確的是(　　) A．拉力對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能增加，吸收熱量 B．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能不變，吸收熱量 C．外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能不變，放出熱量 D．氣體吸收的熱量等于氣體對(duì)活塞做功 E．氣體分子平均動(dòng)能不變，壓強(qiáng)變小 解析：選BDE.活塞緩慢上移的過程中，氣體膨脹對(duì)活塞做功，而氣體溫度保持不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q＝0知，Q＞0，即吸收熱量，故B、D正確；由于溫度保持不變，故分子平均動(dòng)能不變，氣體做等溫膨脹，由pV＝C知，壓強(qiáng)變小，故E正確． 10．一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖所示．下列判斷正確的是(　　) A．過程ab中氣體一定吸熱 B．過程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C．過程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D．a(chǎn)、b和c三個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小 E．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同 解析：選ADE.由p－T圖象可知過程ab是等容變化，溫度升高，內(nèi)能增加，體積不變，由熱力學(xué)第一定律可知過程ab中氣體一定吸熱，選項(xiàng)A正確；過程bc中溫度不變，即內(nèi)能不變，由于過程bc體積增大，所以氣體對(duì)外做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定吸收熱量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；過程ca中壓強(qiáng)不變，溫度降低，內(nèi)能減少，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，放出的熱量一定大于外界對(duì)氣體做的功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，由p－T圖象可知，a狀態(tài)氣體溫度最低，則分子平均動(dòng)能最小，選項(xiàng)D正確；b、c兩狀態(tài)溫度相等，分子平均動(dòng)能相等，由于壓強(qiáng)不相等，所以單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同，選項(xiàng)E正確． 二、非選擇題 11. 一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p－V圖描述，圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量． (1)氣體狀態(tài)從A到B是________過程(選填“等容”“等壓”或“等溫”)； (2)狀態(tài)從B到C的變化過程中，氣體的溫度________(選填“升高”“不變”或“降低”)； (3)狀態(tài)從C到D的變化過程中，氣體________(選填“吸熱”或“放熱”)； (4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中，氣體對(duì)外界所做的總功為________． 解析：(1)A→B，對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)值恒為p2，即為等壓過程． (2)B→C，由＝恒量，V不變，p減小，T降低． (3)C→D，由＝恒量，p不變，V減小，可知T降低．外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能減小，由ΔU＝W＋Q可知C→D過程放熱． (4)A→B，氣體對(duì)外界做功WAB＝p2(V3－V1) B→C，V不變，氣體不做功 C→D，V減小，外界對(duì)氣體做功WCD＝－p1(V3－V2) 狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中，氣體對(duì)外界做的總功W＝WAB＋WBC＋WCD＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)． 答案：(1)等壓　(2)降低　(3)放熱 (4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2) 12．我國“蛟龍”號(hào)深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄．在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號(hào)探測到990 m深處的海水溫度為280 K．某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖所示，導(dǎo)熱良好的汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，汽缸所處海平面的溫度T0＝300 K，壓強(qiáng)p0＝1 atm，封閉氣體的體積V0＝3 m3，如果將該汽缸下潛至990 m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體． (1)求990 m深處封閉氣體的體積(1 atm相當(dāng)于10 m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng))． (2)下潛過程中封閉氣體________(選填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量________(選填“大于”或“小于”)外界對(duì)氣體所做的功． 解析：(1)當(dāng)汽缸下潛至990 m時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p＝100 atm 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得＝ 代入數(shù)據(jù)得V＝2.810－2 m3. (2)下潛過程中溫度降低，則ΔU<0，氣體體積減小， 則W>0，由ΔU＝Q＋W知，Q<0，放熱，且|Q|>W. 答案：(1)2.810－2 m3　(2)放熱　大于