适用于新高考新教材备战2025届高考物理一轮总复习第15章热学第5讲热力学定律能量守恒定律

第5讲热力学定律能量守恒定律

基础对点练题组一热力学定律理解1.(2023天津卷)爬山所带氧气瓶如图所示,氧气瓶里的气体容积、质量均不变,爬高过程中,温度减小,则气体()A.对外做功B.内能减小C.吸收热量D.压强不变2.冬奥会上的人造雪绝非“假雪”,是对水和空气一定比例混合压缩,并对混合水气的温度控制在0~5℃之间,再通过造雪机雾化喷出,下列说法错误的是()A.外界空气温度必须低于混合水气温度,才能使水凝固成雪B.对混合水气加压越大,雪质越好C.喷出的混合水气对外做功内能减小,凝固成雪D.混合水气喷洒得越远,雪质越好3.(2023广东实验中学模拟)火热的6月即将到来,高三的同学们也进入高考最后的冲刺,教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境,空调的工作原理如图所示,以下表述正确的是()A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述B.空调的工作原理反映了热传导的方向性C.此原理图中的Q1=Q2D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体题组二热力学定律与气体实验定律的结合4.(2024广东江门一模)内壁光滑的“U”形导热汽缸用不计质量的轻活塞封闭一定体积的空气(可视为理想气体),浸在盛有大量冰水混合物的水槽中,活塞在水面下,如图所示。现在轻活塞上方缓慢倒入沙子,下列说法正确的是()A.封闭空气分子的平均动能增大B.活塞压缩封闭空气做功,封闭空气内能增大C.封闭空气的压强变大D.封闭空气从外界吸收了热量5.(2024广东广州模拟)如图所示,固定在铁架台上的烧瓶,通过橡胶塞连接一根水平玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶,会观察到水柱缓慢向外移动,关于烧瓶内的气体,下列说法正确的是()A.气体的压强变小B.气体的体积变小C.气体对外界做功D.气体的内能减小6.(2024广东韶关一模)一自热米饭盒如图所示,盒内有一个发热包,遇水发生化学反应而产生大量热量,盖上盒盖便能在10~15分钟内加热食品。自热米饭盒的盖子上有一个透气孔,如果透气孔堵塞,容易造成小型爆炸,下列说法正确的是()A.饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,则盒内每一个气体分子速率都增大了B.饭盒爆炸是盒内气体温度升高,气体压强增大导致的结果C.在饭盒爆炸的瞬间,外界对盒内气体做正功D.在饭盒爆炸的瞬间,盒内气体温度急剧升高题组三热力学定律与气体图像的结合问题7.(2024黑龙江大庆统考一模)一定量的理想气体从状态a变化到状态b,该气体的热力学温度T与压强p的变化关系如T-p图像中从a到b的线段所示。在此过程中()A.外界一直对气体做正功B.所有气体分子的动能都一直减小C.气体一直对外界放热D.气体放出的热量等于外界对其做的功8.(2024福建宁德模拟)一定质量的理想气体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程,其中ba的延长线通过坐标原点,a、b、c、d四个状态气体的压强与温度如图所示,则()A.气体在ab过程中内能的增加量小于cd过程中内能的减少量B.气体在ab过程中吸收的热量大于cd过程中放出的热量C.气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量D.气体在bc过程中体积的变化量等于da过程中体积的变化量综合提升练9.(2024广东广州华南师大附中校考)房间的温度t1=33℃时,室内空气的总质量为m,现打开空调使室内温度降到t2=27℃。已知室内气体的压强不变,视为理想气体,则下列说法正确的是()A.热量从低温物体传递到高温物体不违背热力学第二定律B.温度降低的过程中,室内气体的总质量不断减小C.温度降低至27℃时,室内气体的质量为300306D.温度降低后,气体分子在单位时间内对墙壁单位面积的撞击次数减少10.(2024广东四校联考一模)一定质量的理想气体被一个质量为m=5kg、横截面积为S=25cm2的活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内。汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时活塞下表面相对于汽缸底部的高度为25cm,外界的温度为27℃;现将一物块轻放在活塞的上表面,平衡时,活塞下降了5cm。已知外界大气压强为p0=1×105Pa,重力加速度大小g取10m/s2。求:(1)初始状态封闭气体的压强;(2)物块的质量m'。11.如图所示,内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上,用活塞封闭一定质量的理想气体。活塞上表面水平,下表面倾斜,倾斜面与左壁的夹角为θ,质量为20kg,活塞的上表面的面积为S=2×10-3m2,状态A体积为VA=4×10-4m3,温度为TA=300K,大气压强p0=1×105Pa,当对气体缓慢加热,气体从状态A变为状态B时,活塞上界面上移h=10cm,气体吸收热量280J。(1)气体达到状态B时的温度为多少?(2)气体从状态A变为状态B过程中内能改变了多少?参考答案第5讲热力学定律能量守恒定律1.B解析由于爬山过程中气体体积不变,故气体不对外做功,故A错误;爬山过程中温度降低,则气体内能减小,故B正确;根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q,爬山过程中气体不做功,但内能减小,故可知气体放出热量,故C错误;爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变,温度减小,根据理想气体状态方程有pVT=C,可知气体压强减小,故D2.A解析使水凝固成雪的过程中,根据热力学第一定律ΔU=Q+W高压的混合水气喷出后,体积膨胀,对外做功,与外界来不及进行热交换,因此内能减小,温度降低,凝固成雪花,则根据凝雪原理可知,外界的温度可以高于混合水气的温度,故A错误,C正确;对混合水气加压越大,喷得越远,喷出后对外做功越多,越是加速雪的形成,雪质越好,故B、D正确。3.B解析空调的工作原理对应的是热力学第二定律的克劳修斯表述,A错误;空调的工作原理反映了热传导的方向性,热量不能自发地从低温物体传导给高温物体,但在其他能力干预下,可以从低温物体传导给高温物体,B正确;此原理图中的Q1=Q2+W,C错误;此原理图说明在外界干预下,热量能从低温物体传导给高温物体,D错误。4.C解析当将沙子缓慢倒在汽缸活塞上时,气体被压缩,外界对气体做功,但由于汽缸导热,且浸在盛有大量冰水混合物的水槽中,因此缸内气体的温度不变,则可知气体的内能不变,而温度是衡量分子平均动能的标志,温度不变则分子平均动能不变,故A、B错误;外界对气体做功,气体的体积减小,单位体积内的分子数目增多,而汽缸导热,温度不变,气体分子平均运动速率不变,则可知比起之前的状态,单位时间内单位体积的分子对器壁的碰撞次数增加,因此封闭气体的压强增大,故C正确;根据热力学第一定律ΔU=Q+W,由于汽缸导热,封闭气体的温度不变,即内能不变,而外界又对气体做功,因此气体要向外界放热,故D错误。5.C解析由于水柱处于水平玻璃管中,对水柱分析可知,烧瓶内气体的压强始终等于大气压强,即气体的压强不变,A错误;根据上述可知,该过程是等压变化,手捂住烧瓶,温度升高,则气体体积增大,B错误;气体体积增大,气体对外界做功,C正确;气体温度升高,气体内能增大,D错误。6.B解析饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,分子的平均动能增大,但不是盒内每一个气体分子速率都增大了,故A错误;饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,分子的平均动能增大,所以气体压强增大导致饭盒爆炸,故B正确;在饭盒爆炸的瞬间,气体体积增大,气体对外界做正功,故C错误;根据热力学第一定律可知,爆炸前气体温度升高,内能增大,在饭盒爆炸的瞬间,气体对外界做功,其内能应减小,盒内气体温度急剧下降,故D错误。7.C解析根据一定质量的理想气体状态方程pVT=C,可得T=pVC,图像是过原点的一条直线,所以气体做等容变化,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故A、D错误;理想气体从状态a变化到状态b,温度降低,分子的平均动能减小,但不是所有气体分子的动能都一直减小,故B错误;理想气体温度降低,内能减小,但气体不做功,所以气体要向外界放热,故8.C解析气体在ab、cd过程温度变化量相同,则气体在ab过程中内能的增加量等于cd过程中内能的减少量,故A错误;ab过程中体积不变,则Wab=0,cd过程中体积减小,则Wcd>0,则ab过程中吸收的热量Qab=ΔUab,cd过程中放出的热量为Qcd=ΔUcd+Wcd,其中ΔUab=ΔUcd,ab过程中吸收的热量小于cd过程中放出的热量,故B错误;气体在bc过程是等温压缩,压强增大到b状态的1.5倍,则体积变为b状态的23;da过程是等温膨胀,压强变为d状态压强的12,则体积变为d状态体积的2倍;因ab两状态体积相等,设为V,则c状态体积为23V,d状态体积为12V,气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量,故9.A解析空调能使热量从低温物体传递到高温物体,但要消耗电能,因此遵循热力学第二定律,A正确;由于室内气体的压强、体积不变,温度降低,根据pV=nRT可知温度降低的过程中,室内气体的总质量不断增大,室内空气的密度增大,则气体分子在单位时间内对墙壁单位面积的撞击次数增多,B、D错误;设气体的摩尔质量为M,根据pV=nRT有mMR(33+273)=m'MR(27+273),解得m'=30610.答案(1)1.2×105Pa(2)7.5kg解析(1)设初始汽缸内气体压强为p1,放上物块后稳定时,汽缸内气体压强为p2,根据平衡条件得p1S=p0S+mg解得p1=1.2×105Pa。(2)初始气柱长度h1=25cm,再次稳定后气柱长度h2=25cm-5cm=20cm由玻意耳定律得p1h1S=p