2023版高考物理一轮复习第14章热学第3讲热力学定律与能量守恒课后限时训练新人教版选修3-3

PAGEPAGE2热力学定律与能量守恒一、选择题(此题共8小题，1～5题为单项选择，6～8题为多项选择)1．(2022·北京清华附中测试四)对于一个热力学系统，以下说法中正确的选项是eq\x(导学号51343416)(D)A．如果外界对它传递热量那么系统内能一定增加B．如果外界对它做功那么系统内能一定增加C．如果系统的温度不变那么内能一定不变D．系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做的功的和[解析]根据热力学第一定律可得外界对它传递热量，但是系统对外界做功，系统的内能有可能不增加，A错误；根据热力学第一定律，如果外界对它做功，但是系统对外界传递热量，系统的内能不一定增加，B错误；系统的温度不变，但有可能和外界存在做功或热传递的关系，内能会发生变化，C错误；根据热力学第一定律，系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做的功的和，D正确。2．(2022·重庆理综)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。假设这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么eq\x(导学号51343417)(D)A．外界对胎内气体做功，气体内能减小B．外界对胎内气体做功，气体内能增大C．胎内气体对外界做功，内能减小D．胎内气体对外界做功，内能增大[解析]对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体对外做功，内能只有动能，而动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，应选D。3．(2022·北京理综)以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343418)(C)A．物体放出热量，其内能一定减小B．物体对外做功，其内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变[解析]根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W判断，只有C项正确。4．一定质量的理想气体，沿箭头方向由状态1变化到状态2，气体放出热量的变化过程是eq\x(导学号51343419)(B)[解析]A选项，由eq\f(pV,T)＝C可知，温度T一定时(ΔU＝0)，p与V成反比，1到2体积V增大，气体对外做功，W<0，由ΔU＝Q＋W可得Q>0(吸热)，应选项A错误，B选项，由eq\f(pV,T)＝C知T减小(ΔU<0)，而V减小(W>0)，得Q<0(放热)，选项B正确。C选项，由eq\f(pV,T)＝C知压强p一定，T增大(ΔU>0)，V增大(W<0)，那么Q>0(吸热)，应选项C错误。D选项，由V－T图象可知，V一定(W＝0)，T增大(ΔU>0)，可得Q>0(吸热)，应选项D错误。5．如图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中，制冷剂汽化，吸收箱体内的热量，汽化后的制冷剂经过冷凝器液化，放出热量。以下说法中正确的选项是eq\x(导学号51343420)(D)A．热量可以自发地从冰箱内传递到冰箱外B．电冰箱的工作原理违反了热力学第二定律C．电冰箱的工作原理违反了能量守恒定律D．电冰箱能够不断地把冰箱内的热量传到冰箱外，是因为其消耗了电能[解析]热量不可能自发地由冰箱内传递到冰箱外，选项A错误；热量从箱内(低温)向箱外(高温)传递，该过程的实现借助了压缩机，消耗了电能，引起了其他变化；电冰箱的工作原理并没有违反热力学第二定律，也没有违反能量守恒定律，选项B、C错误，选项D正确。6．如图，注射器内密封一局部气体，假设针筒和活塞导热性能良好，那么缓慢向外移动活塞的过程中气体eq\x(导学号51343421)(CD)A．对活塞不做功 B．对活塞做负功C．温度保持不变 D．压强逐渐减小[解析]缓慢向外移动活塞的过程中，气体的体积增大，对外做功，即气体对活塞做正功，故A、B错误；针筒和活塞导热性能良好，缓慢向外移动活塞的过程，可以看成准静态过程，由热力学第一定律可知，气体对外做功的同时吸收热量，温度保持不变，故C正确；气体的体积增大，温度不变，由玻意耳定律可知气体的压强一定减小，故D正确。7．以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343422)(CDE)A．可以将工厂里扩散到外界的能量收集起来重新利用B．温度升高，说明物体中所有分子的动能都增大C．气体对容器壁有压强是因为气体分子对容器壁频繁碰撞的结果D．分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小E．在一个绝热容器内，不停地搅拌液体，可使液体的温度升高[解析]如果将工厂里扩散到外界的能量收集起来重新利用，将违反热力学第二定律，故A错误；温度升高，物体中的分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故B错误；根据气体压强产生的原因可知，C正确；分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，故D正确；搅拌液体，外界对液体做功，而此过程绝热，液体与外界无热量交换，据热力学第一定律可知，液体的温度升高，故E正确。8．气象探测气球内充有常温常压的氦气，从地面上升至某高空的过程中，气球内氦气的压强随外部气压减小而逐渐减小，其温度因启动加热装置而保持不变，高空气温为－7.0℃，球内氦气可视为理想气体，以下说法中正确的选项是eq\x(导学号51343423)(AD)A．在此过程，气球内氦气体积逐渐增大B．在此高空，关闭加热装置后，氦气分子平均动能增大C．在此高空，关闭加热装置后，氦气将对外界做功D．在此高空，关闭加热装置后，氦气将对外放热[解析]气体经历等温过程，压强减小，那么气球内氦气体积逐渐增大，故A正确；在此高空，关闭加热装置后，温度降低，故氦气分子平均动能减小，压强不变，根据eq\f(V,T)＝C，可知体积减小，故是外界对气体做功，并且气体对外放热，故B、C错误，D正确。二、非选择题9．(2022·江苏运河中学第一次调研)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T关系如下图，该气体的摩尔质量为M，状态A的体积为V0，温度为T0，O、A、D三点在同一直线上，阿伏伽德罗常数为NA。eq\x(导学号51343424)(1)由状态A变到状态D的过程中__AB__。A．气体从外界吸收热量，内能增加B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大D．气体的密度不变(2)在上述过程中，气体对外做功为5J，内能增加9J，那么气体__吸收__(填“吸收〞或“放出〞)热量__14__J。(3)在状态D，该气体的密度为ρ，体积为2V0，那么状态D的温度为多少？该气体的分子数为多少？[答案](3)2T0eq\f(2ρV0NA,M)[解析](1)由V－T图线可知，由状态A变到状态D过程中，体积变大，温度升高，那么W<0，ΔU>0，那么根据热力学第一定律可知Q>0，即气体从外界吸收热量，内能增加，选项A正确；气体的压强不变，而温度升高时气体的平均速率变大，故可知单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少，选项B正确；气体温度升高，气体分子的平均动能变大，但不是每个气体分子的动能都会增大，选项C错误；因气体质量一定，体积变大，那么气体的密度减小，选项D错误。(2)由题意W＝－5J，ΔU＝9J。根据ΔU＝W＋Q，可得Q＝14J，即气体吸收热量14J。(3)从A→D，由状态方程eq\f(pV,T)＝C，得TD＝2T0。气体的质量m＝2V0ρ，分子数n＝eq\f(2ρV0NA,M)。10．(2022·广东肇庆第一次统检)如下图，一根上粗下细、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端封闭、下端开口，横截面积S1＝4S2，下端与大气连通，粗管中有一段水银封闭了一定质量的理想气体，水银柱下外表恰好与粗管和细管的交界处齐平，空气柱和水银柱长度均为h＝4cm。现在细管口连接一抽气机(图中未画出)，对细管内气体进行缓慢抽气，最终使一半水银进入细管中，水银没有流出细管。大气压强为p0＝76cmHg。eq\x(导学号51343425)(1)求抽气结束后细管内气体的压强；(2)抽气过程中粗管内气体吸热还是放热？请说明原因。[答案](1)58cmHg(2)见解析[解析](1)缓慢抽气过程，粗管内气体温度不变，设细管内气体压强为p2，由玻意耳定律知(p0－ρgh)hS1＝p1(h＋eq\f(1,2)h)S1，p2＝p1＋(eq\f(1,2)h＋2h)ρg，解得p2＝58cmHg；(2)吸热，抽气过程中，粗管内气体温度不变，内能不变，ΔU＝W＋Q＝0，气体体积增大，对外做功，W<0，那么Q>0，故气体需要吸热。11．(2022·吉林省重点中学第二次模拟考试)在热力学中有一种循环过程叫做焦耳循环，是由两个等压过程和两个绝热过程组成，图示为一定质量的理想气体的焦耳循环过程(A→B→C→D→A)，某些状态的局部参数如下图(见图中所标数据)，状态P位于过程AB的中点。1atm＝1×105Pa。eq\x(导学号51343426)(1)状态A的温度TA＝400K，求状态D的温度TD；(2)假设P→C过程放热Q＝5×105J，求B→C过程外界对气体做的功。[答案](1)600K(2)3×105J[解析](1)由题意知D→A过程为绝热过程，根据理想气体状态方程，有：eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pDVD,TD)代入数据解得：TD＝600K(2)对P→C过程，根据理想气体状态方程，有：eq\f(pPVP,TP)＝eq\f(pCVC,TC)可知，状态P和C的温度相同。根据理想气体的内能只与温度有关，可知P、C两个状态内能相等对P→B过程，外界做功W1＝pPΔV＝1×105×(6－4)J＝2×105J设B→C过程外界对气体做的功为W2从P到C过程根据热力学第一定律，有0＝W1＋W2－Q代入数据解得B→C过程外界对气体做的功：W2＝3×105J12．(2022·云南师大附中月考)如下图，一个绝热的汽缸(汽缸足够高)竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将汽缸分成两局部，分别密封着两局部理想气体A和B，活塞的质量m＝8kg，横截面积S＝10cm2，与隔板相距h＝25cm，现通过电热丝缓慢加热气体，当A气体吸收热量Q＝200J时，活塞上升了h′＝10cm，此时气体的温度为t1＝27℃，大气压强p0＝1×105Pa，重力加速度g取10m/s2。eq\x(导学号51343427)(1)加热过程中，假设A气体的内能增加了ΔU1＝55J，求B气体的内能增加量ΔU2；(2)现在停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时，A气体的温度为t2＝30℃，求添加砂粒的总质量M。[答案](1)127J(2)7.452kg[解析](1)B气体对外做功W＝