2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)分層提升練五十熱力學(xué)定律與能量守恒含解析

PAGE9-熱力學(xué)定律與能量守恒(建議用時(shí)45分鐘)1.(多選)(2024·成都模擬)下列說法正確的是 ()A.分子間距離增大時(shí),分子間的引力和斥力都減小B.布朗運(yùn)動(dòng)就是氣體或液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)C.分子力減小時(shí),分子勢能不肯定減小D.做功和熱傳遞在變更系統(tǒng)內(nèi)能方面是不等價(jià)的E.其次類永動(dòng)機(jī)雖不違反能量轉(zhuǎn)化與守恒定律,但也是不行能制成的【解析】選A、C、E。分子間距離增大時(shí),分子間的引力和斥力都減小,故A正確;布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映,不是分子的運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;依據(jù)分子力曲線可知,分子距離小于平衡距離時(shí),表現(xiàn)為斥力,距離增大,分子力減小,分子力做正功,分子勢能減小;當(dāng)分子間的距離大于平衡距離時(shí),分子力表現(xiàn)為引力,分子力先增大后減小,距離增大,分子力做負(fù)功,分子勢能增大,所以分子力減小時(shí),分子勢能不肯定減小,故C正確。做功和熱傳遞在變更系統(tǒng)內(nèi)能方面是等價(jià)的,故D錯(cuò)誤;其次類永動(dòng)機(jī)雖不違反能量守恒定律,但違反熱力學(xué)其次定律,仍不行能制成,故E正確。2.(多選)氣象探測氣球內(nèi)充有常溫常壓的氦氣,從地面上升至某高空的過程中,氣球內(nèi)氦氣的壓強(qiáng)隨外部氣壓減小而漸漸減小,其溫度因啟動(dòng)加熱裝置而保持不變。高空氣溫為-7.0℃,球內(nèi)氦氣可視為志向氣體,A.在此過程,氣球內(nèi)氦氣體積漸漸增大B.在此高空,關(guān)閉加熱裝置后,氦氣分子平均動(dòng)能增大C.在此高空,關(guān)閉加熱裝置后,氦氣將對(duì)外界做功D.在此高空,關(guān)閉加熱裝置后,氦氣將對(duì)外放熱【解析】選A、D。氣體經(jīng)驗(yàn)等溫過程,壓強(qiáng)減小,依據(jù)pV=C,在此過程,氣球內(nèi)氦氣體積漸漸增大,故選項(xiàng)A正確;在此高空,關(guān)閉加熱裝置后,溫度降低,故氦氣分子平均動(dòng)能減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在此高空,壓強(qiáng)固定,關(guān)閉加熱裝置后,溫度降低,依據(jù)VT=C,體積減小,故外界對(duì)氣體做功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在此高空,壓強(qiáng)固定,關(guān)閉加熱裝置后,溫度降低,故會(huì)對(duì)外放熱,選項(xiàng)D3.(多選)(2024·麗江模擬)下列說法中正確的是 ()A.布朗運(yùn)動(dòng)就是懸浮在液體中的固體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.晶體和非晶體都有固定的熔點(diǎn)C.熱量不行能從低溫物體傳到高溫物體D.物體的體積增大,分子勢能不肯定增加E.肯定質(zhì)量的志向氣體,假如壓強(qiáng)不變,體積增大,那么它肯定從外界吸熱【解析】選A、D、E。布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),能反映液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),故A正確;晶體有固定的熔點(diǎn),非晶體沒有固定的熔點(diǎn),故B錯(cuò)誤;熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體,在外界的影響下,也可以從低溫物體傳到高溫物體,比如電冰箱,故C錯(cuò)誤;當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力時(shí),物體的體積增大,分子間距增大,分子力做正功,分子勢能減小;當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為引力時(shí),物體的體積增大,分子間距增大,分子力做負(fù)功,分子勢能增加,故D正確;肯定質(zhì)量的志向氣體,假如壓強(qiáng)不變,體積增大,氣體膨脹對(duì)外做功,由pVT=C可以知道溫度上升,則內(nèi)能增加,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律得知?dú)怏w肯定吸熱,故E正確。故選A、D、E4.(多選)如圖為某試驗(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肯定體積的空氣,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.全部分子運(yùn)動(dòng)速率都增大【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下四點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)空氣體積不變,有W=0;內(nèi)壁由于水的升溫會(huì)汲取熱量,有Q>0。(2)由熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q推斷內(nèi)能增大。(3)由內(nèi)能增大進(jìn)一步推斷溫度上升,壓強(qiáng)變大。(4)分子間的作用力與分子間距有關(guān)?！窘馕觥窟xA、B?？諝怏w積不變,做功為0,即W=0。又因?yàn)橥獗诟魺?而內(nèi)壁由于水的升溫會(huì)汲取熱量,故Q>0,由熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q可得ΔU>0,內(nèi)能增加,A正確;空氣體積不變,分子數(shù)密度不變,氣體內(nèi)能增加,溫度上升,分子熱運(yùn)動(dòng)變猛烈,對(duì)器壁撞擊加強(qiáng),故壓強(qiáng)變大,B正確;分子間距離不變,故作用力大小不變,C錯(cuò)誤;氣體溫度上升,分子的平均熱運(yùn)動(dòng)速率加快,不代表每一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)都加快,D錯(cuò)誤。5.(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法正確的是 ()A.為了增加物體的內(nèi)能,必需對(duì)物體做功或向它傳遞熱量B.對(duì)某物體做功,必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C.可以從單一熱源汲取熱量,使之完全變?yōu)楣.不行能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是不行逆過程【解析】選A、C、E。做功和熱傳遞是變更物體內(nèi)能的兩種方式,選項(xiàng)A正確;對(duì)某物體做功,物體的內(nèi)能不肯定增加,因?yàn)榧偃绶懦龅臒崃縌大于外界對(duì)物體做的功W,則物體的內(nèi)能削減,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;熱力學(xué)其次定律告知我們,不行能從單一熱源汲取熱量,使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兏?但在引起其他變更的狀況下,可以從單一熱源汲取熱量,使之完全變?yōu)楣?選項(xiàng)C正確;同理,在引起其他變更的狀況下,也可使熱量從低溫物體傳向高溫物體,比如電冰箱可使內(nèi)部低溫物體熱量傳遞到冰箱外高溫空間,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程都具有方向性,功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程不行逆,選項(xiàng)E正確。6.(多選)(2024·濟(jì)寧模擬)如圖所示,在斯特林循環(huán)的p-V圖像中,肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中,A→B和C→D為等溫過程,該循環(huán)過程中,下列說法正確的是 ()A.A→B過程中,氣體從外界汲取熱量B.B→C過程中,氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)變得更激烈C.C→D過程中,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D.D→A過程中,內(nèi)能的增加量等于氣體從外界汲取的熱量E.A→B過程比C→D過程氣體分子的平均動(dòng)能小【解析】選A、C、D。志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),依據(jù)熱力學(xué)第肯定律有ΔU=W+Q推斷氣體是吸熱還是放熱;依據(jù)圖像利用志向氣體狀態(tài)方程對(duì)每一個(gè)過程進(jìn)行分析即可。A→B為等溫過程,肯定質(zhì)量的志向氣體的溫度不變,內(nèi)能不變,體積增大,氣體對(duì)外做功,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知?dú)怏w從外界汲取熱量,故A正確;B→C過程中為等容變更,肯定質(zhì)量的志向氣體的壓強(qiáng)減小,溫度降低,分子的平均動(dòng)能減小,氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)變慢,故B錯(cuò)誤;C→D過程為等溫過程,肯定質(zhì)量的志向氣體的壓強(qiáng)增大,體積減小,分子密集程度增大,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多,故C正確;D→A過程為等容變更,外界對(duì)氣體不做功,肯定質(zhì)量的志向氣體的壓強(qiáng)增大,溫度上升,內(nèi)能的增加量等于氣體從外界汲取的熱量,故D正確;A→B和C→D為等溫過程,B→C過程中為等容變更,肯定質(zhì)量的志向氣體的壓強(qiáng)減小,溫度降低,所以A→B過程比C→D過程溫度高,氣體分子的平均動(dòng)能大,故E錯(cuò)誤;故選A、C、D。7.(多選)如圖所示,輕質(zhì)活塞a和b把絕熱汽缸分成甲和乙兩部分,兩部分中分別密封有可視為志向氣體的等質(zhì)量的氫氣和氧氣?；钊鸻導(dǎo)熱與汽缸壁相連?；钊鸼絕熱可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng),但不漏氣,其右方為大氣。圖中k為加熱用的電爐絲,起先時(shí),系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),兩部分中氣體的溫度和壓強(qiáng)皆相同,現(xiàn)接通電源,緩慢加熱一段時(shí)間后停止加熱,系統(tǒng)又達(dá)到新的平衡。則下列說法正確的是 ()A.甲、乙中氣體的溫度都上升了B.甲、乙中氣體的內(nèi)能的增加量相等C.乙中氣體汲取的熱量大于其內(nèi)能的增加D.電爐絲放出的總熱量等于甲、乙中氣體增加內(nèi)能的總和E.乙氣體中分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)活塞a的碰撞次數(shù)肯定減小【解析】選A、C、E。甲、乙中密封的氣體是等量的,且a是導(dǎo)熱的,b是絕熱的,所以加熱后再次達(dá)到新的平衡時(shí),甲、乙中氣體的溫度肯定相同;依據(jù)熱力學(xué)其次定律分析甲、乙中氣體的溫度;由熱力學(xué)第肯定律分析甲、乙汲取熱量和內(nèi)能的變更關(guān)系;壓強(qiáng)不變,體積增大,分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)活塞a的碰撞次數(shù)肯定減小。因?yàn)榧?、乙中密封的氣體是等量的,且a是導(dǎo)熱的,b是絕熱的,所以加熱后再次達(dá)到新的平衡時(shí),甲、乙中氣體的溫度肯定相同;由熱力學(xué)其次定律可知,由甲、乙組成的系統(tǒng)在汲取電爐絲傳來的熱量后,這一總熱量必定有一部分用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能,使得甲、乙氣體中的溫度上升,故A正確;因?yàn)榧?、乙中氣體上升的溫度相同,但兩邊氣體種類不相同,所以甲、乙中氣體的內(nèi)能的增加量不相等,故B錯(cuò)誤;依據(jù)熱力學(xué)第肯定律,乙中氣體汲取的熱量加氣體對(duì)外所做的功等于其內(nèi)能的增加,故C正確;電爐絲放出的總熱量等于甲、乙中氣體增加內(nèi)能的總和再加上b活塞對(duì)外界大氣做的功,故D錯(cuò)誤。甲中的氣體溫度上升,其壓強(qiáng)增加,而b活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng),因此乙中氣體的壓強(qiáng)始終等于大氣壓強(qiáng),依據(jù)蓋-呂薩克定律,乙體積增大,乙氣體中分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)活塞a的碰撞次數(shù)肯定減小。故E正確;故選A、C、E。8.(多選)如圖所示,肯定質(zhì)量的志向氣體,由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變更到狀態(tài)C。設(shè)由A到B、由B到C的過程中,外界對(duì)氣體做的功分別為W1、W2,氣體從外界汲取的熱量分別為Q1、Q2,則 ()A.W1=0,W2>0B.Q1>0,Q2>0C.|W1|+|W2|=|Q1|+|Q2|D.|W1|+|W2|<|Q1|+|Q2|【解析】選A、D。因?yàn)樵趐-T圖像中AB的延長線過原點(diǎn),故AB過程為等容變更過程,氣體在A和B時(shí)體積相等,BC過程為等溫過程,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律分析求解即可。由p-T圖像反向延長經(jīng)過p-T圖像原點(diǎn)可知,AB過程為等容變更過程,外界對(duì)氣體不做功,W1=0,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知,氣體溫度增加內(nèi)能增大,故ΔU1=Q1>0;BC過程為等溫變更過程,氣體內(nèi)能不變,即ΔU2=0,又氣體壓強(qiáng)增大,體積減小,外界對(duì)氣體做正功W2>0,據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知ΔU2=W2+Q2,所以Q2=-W2<0,綜上分析可知:W1=0,W2>0,A正確;Q1>0,Q2<0,B錯(cuò)誤;因?yàn)镼2=-W2<0,又W1=0,Q1>0,則|W1|+|W2|<|Q1|+|Q2|,所以D正確,C錯(cuò)誤。故選A、D。9.肯定質(zhì)量的志向氣體經(jīng)驗(yàn)如圖所示的A→B、B→C、C→A三個(gè)變更過程,設(shè)氣體在狀態(tài)A、B時(shí)的溫度分別為TA和TB,則TA________(選填“大于”“等于”或“小于”)TB;氣體從B→C的過程中吸熱950J,則此過程中氣體內(nèi)能增加了________J。

【解析】依據(jù)氣體狀態(tài)方程推斷狀態(tài)A、B的溫度,依據(jù)W=pΔV求出氣體壓力做功,再由熱力學(xué)第肯定律求內(nèi)能增量。依據(jù)pVT=C知,TA=T從B到C氣體發(fā)生等壓變更,外界對(duì)氣體做的功為:W=-pΔV=-4×105×(4-2)×10-3J=-800J依據(jù)熱力學(xué)第肯定律有:ΔU=Q+W得:ΔU=950J+(-800J)=150J答案:等于15010.如圖所示,在汽缸右側(cè)封閉肯定質(zhì)量的志向氣體,壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)相同。把汽缸和活塞固定,使汽缸內(nèi)氣體上升到肯定的溫度,氣體汲取的熱量為Q1,氣體的內(nèi)能為U1。假如讓活塞可以自由滑動(dòng)(活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣),也使汽缸內(nèi)氣體溫度上升相同溫度,其汲取的熱量為Q2,氣體的內(nèi)能為U2,則Q1________Q2,U1________U2。(均選填“大于”“等于”或“小于”)

【解析】肯定量的志向氣體的內(nèi)能由溫度確定,溫度變更量相同,物體內(nèi)能變更相同;依據(jù)題意推斷氣體做功狀況,應(yīng)用熱力學(xué)第肯定律分析答題?？隙康臍怏w的內(nèi)能由溫度確定,兩種狀況下氣體溫度變更狀況相同,氣體內(nèi)能變更量相等,即:ΔU1=ΔU2=ΔU;第一種狀況,汽缸與活塞都固定不動(dòng),氣體體積不變,氣體不做功,W1=0;其次種狀況,活塞自由移動(dòng),氣體體積增大,氣體對(duì)外做功,W2<0,由熱力學(xué)第肯定律:ΔU=W+Q可知:Q1=ΔU1-W1=ΔU1=ΔU,Q2=ΔU2-W2=ΔU-W2>ΔU>Q1。答案:小于等于11.如圖為肯定質(zhì)量的志向氣體的體積V隨熱力學(xué)溫度T的變更關(guān)系圖像。由狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的過程中氣體汲取熱量Q1=220J,氣體在狀態(tài)A的壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa。求:(1)氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度T2。(2)氣體由狀態(tài)B變更到狀態(tài)C的過程中,氣體向外放出的熱量Q2?！窘忸}指南】(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B發(fā)生等壓變更,依據(jù)蓋-呂薩克定律求解。(2)氣體從A到B依據(jù)熱力學(xué)第肯定律求出內(nèi)能增量ΔU1,氣體從B到C溫度降低,內(nèi)能削減,志向氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān),所以B到C內(nèi)能削減量等于A到B的內(nèi)能增量,由B到C再依據(jù)熱力學(xué)第肯定律即可求解BC過程氣體放出的熱量?！窘馕觥?1)氣體從A到B發(fā)生等壓變更,依據(jù)蓋-呂薩克定律有V1T1=V2T代入數(shù)據(jù)解得T2=600K(2)A到B過程氣體從外界吸熱,對(duì)外界做功,內(nèi)能增加:ΔU1=W1+Q1W1=-p0ΔV=-1×105×1×10-3J=-100JΔU1=-100J+220J=120JC狀態(tài)與A狀態(tài)內(nèi)能相等,B到C過程,對(duì)外界不做功,內(nèi)能削減ΔU2=-120JΔU2=Q2+W2即-120=Q2+0所以Q2=-120J,氣體放出熱量120J答案:(1)600K(2)120J12.(2024·桂林模擬)如圖所示,一排球球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p0,體積為V0,溫度為T0,用打氣筒對(duì)排球充入壓強(qiáng)為p0,溫度為T0的氣體,使球內(nèi)氣體壓強(qiáng)變?yōu)?p0,同時(shí)溫度升至2T0,充氣過程中氣體向外放出Q的熱量,假設(shè)排球體積不變,氣體內(nèi)能U與溫度的關(guān)系為U=kT(k為正常數(shù)),求:(1)打氣筒對(duì)排球充入壓強(qiáng)為p0,溫度為T0的