备考2025届高考物理一轮复习分层练习第十五章热学第3讲热力学定律和能量守恒定律

第3讲热力学定律和能量守恒定律1.关于能量的转化，下列说法正确的是（A）A.摩擦生热的过程在任何状况下都是不行逆的B.空调既能制热又能制冷说明热传递不存在方向性C.其次类永动机不存在的缘由是违反了能量守恒定律D.由于能量的转化过程符合守恒定律，所以不会发生能源危机解析依据热力学其次定律可知，摩擦生热的过程在任何状况下都是不行逆的，A正确；空调既能制热又能制冷，但是消耗电能，说明在不自发的条件下热传递方向可以逆向，不违反热力学其次定律，B错误；其次类永动机不存在的缘由是违反了热力学其次定律，C错误；由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是还会产生能源危机，D错误.2.[2024福建宁德一中模拟]依据热力学定律，下列说法正确的是（D）A.热量既能自发地从高温物体传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体B.确定质量的志向气体吸取了热量，则温度确定上升C.确定质量的志向气体，假如体积增大，就会对外做功，所以内能确定削减D.物体从单一热源吸取的热量可全部用于做功解析依据热力学其次定律，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故A错误；依据热力学第确定律ΔU＝W＋Q，可知物体内能的变更是外界对物体做功与物体吸取的热量的和，所以气体吸取热量，又对外做功时，气体的内能可能削减，温度不愿定上升，故B错误；确定质量的志向气体，假如压强不变，体积增大对外做功，依据志向气体状态方程可知，温度确定上升，内能增加，故C错误；依据热力学其次定律可知，物体不行能从单一热源吸取热量全部用于做功而不产生其他影响，也就是说在引起其他变更的状况下，物体从单一热源吸取的热量可全部用于做功，故D正确.3.[情境创新/2024湖北武汉部分学校调研]车辆减震装置中的囊式空气弹簧由橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气组成，当车辆猛烈颠簸时，气囊内的气体体积快速变更，以降低车辆的振动幅度.若上述过程可视为绝热过程，气囊内的气体可视为志向气体，在压缩气体的过程中，下列说法正确的是（D）A.气体温度保持不变B.每个气体分子的动能都增大C.气体分子对单位面积器壁的压力减小D.单位时间内单位面积上气体分子碰撞器壁的次数增多解析由题意可知此过程为志向气体的绝热压缩过程，则Q＝0，W＞0，由热力学第确定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，气体的温度上升，A错误；由于温度是分子平均动能的标记，所以此过程中气体分子的平均动能增大，但并不是每个气体分子的动能都增大，B错误；由于气体分子的平均动能增大，气体体积减小，所以单位时间内单位面积上气体分子碰撞器壁的次数增多，气体分子对单位面积器壁的压力增大，C错误，D正确.4.[2024北京]如图所示，确定质量的志向气体从状态a起先，沿图示路径先后到达状态b和c.下列说法正确的是（D）A.从a到b，气体温度保持不变B.从a到b，气体对外界做功C.从b到c，气体内能削减D.从b到c，气体从外界吸热解析5.[2024湖南长沙摸底考试]如图所示，导热性能良好的汽缸内用活塞封闭着确定质量的志向气体，汽缸固定不动.一条细线一端连接在活塞上，另一端跨过光滑的定滑轮后连接在一个小桶上，起先时活塞静止.现不断向小桶中添加细砂，使活塞缓慢向右移动（活塞始终未被拉出，汽缸四周环境温度不变）.则在活塞移动的过程中，下列说法正确的是（C）A.汽缸内气体分子的平均动能变大B.汽缸内气体的内能变小C.汽缸内气体的压强变小D.汽缸内气体向外界放热解析6.[2024辽宁锦州模拟]确定质量的志向气体从状态A经过状态B变更到状态C，其V－T图像如图所示.下列说法正确的是（B）A.A→B的过程中，气体对外界做功B.A→B的过程中，气体放出热量C.B→C的过程中，气体压强变小D.A→B→C的过程中，气体内能增加解析由图可知，A→B的过程中，气体的温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第确定律可知，气体放出热量，故A错误，B正确；B→C的过程中，V－T图线的延长线过原点，则为等压变更，气体压强不变，故C错误；A→B→C的过程中，气体温度先不变后降低，内能先不变后削减，故D错误.7.[2024山东/多选]确定质量的志向气体，初始温度为300K，压强为1×105Pa.经等容过程，该气体吸取400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，须要吸取600J的热量才能使气体温度上升100K.下列说法正确的是（AD）A.初始状态下，气体的体积为6LB.等压过程中，气体对外做功400JC.等压过程中，气体体积增加了原体积的1D.两个过程中，气体的内能增加量都为400J解析志向气体初始状态的温度为T0＝300K，压强为p0＝1×105Pa，体积设为V0，经等容过程，温度变为T1＝400K，由查理定律有p0T0＝p1T1，解得p1＝T1T0p0＝43p0，经等压过程，温度变为T1＝400K，由盖－吕萨克定律有V0T0＝V1T1，解得V1＝T1T0V0＝43V0，故等压过程中，气体体积增加了原体积的13，C错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第确定律得ΔU＝Q＋W＝400J，两个过程的初、末温度相同，则内能变更相同，因此内能增加量都为400J，D正确；等压过程内能增加了400J，吸取热量为600J，由热力学第确定律可知气体对外做功为200J，即W＝p08.[2024广东]在驻波声场的作用下，水中小气泡四周液体的压强会发生周期性变更，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内的气体可视为质量不变的志向气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C的过程外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求：（1）pB的表达式；（2）TC的表达式；（3）B到C的过程，气泡内气体内能的变更.答案（1）pB＝p05（2）TC＝1.9T0（3）解析（1）由题意可知从状态A到状态B，气体发生等温变更，由玻意耳定律有p0V0＝pB·5V0解得pB＝p（2）由图可知，若从状态A沿虚线到状态C，则气体发生等容变更，由查理定律有p0T解得TC＝1.9T0（3）由题意可知从状态B到状态C，气体发生绝热收缩，Q＝0依据热力学第确定律有ΔU＝Q＋W＝W故B到C的过程，气泡内气体的内能增加了W.9.某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示.在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100cm2、质量m＝1kg的活塞密封确定质量的志向气体，活塞能无摩擦滑动.起先时气体处于温度TA＝300K、活塞与容器底的距离h0＝30cm的状态A.环境温度上升时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体到达状态B.活塞保持不动，气体被接着加热至温度TC＝363K的状态C时触动报警器.从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158J.取大气压p0＝0.99×105Pa，重力加速度g＝10m/s2，求气体（1）在状态B的温度；（2）在状态C的压强；（3）由状态A到状态C过程中从外界吸取的热量Q.答案（1）330K（2）1.1×105Pa（3）188J解析（1）从状态A到状态B，封闭气体发生等压变更由盖－吕萨克定律可得VAT其中VA＝h0S，VB＝（h0＋d）S解得TB＝330K（2）从状态A到状态B，活塞缓慢上升，则有pBS＝p0S＋mg解得pB＝1×105Pa由状态B到状态C，封闭气体发生等容变更由查理定律可得pBT解得pC＝1.1×105Pa（3）从状态A到状态C过程中，气体对外做功，则W＝－pBSd＝－30J由热力学第确定律有ΔU＝Q＋W解得Q＝188J.10.[渗透试验思想/2024广东广州二中模拟]制作“吸管潜水艇”是深受小挚友宠爱的科学试验，如图甲所示，将吸管对折后用回形针固定，然后管口竖直向下插入装有水的矿泉水瓶中，使吸管顶部露出水面，最终用盖子封紧矿泉水瓶（如图乙）.试验时，用力挤压瓶身，“潜水艇”就会沉入水底，松开手后，“潜水艇”又浮出水面.设未挤压时水面上方封闭气体的体积为V0，压强为p0，吸管内封闭气体的体积为V，“潜水艇”的质量为m，水的密度恒为ρ，环境温度始终保持不变，全部气体视为志向气体.（1）缓慢挤压瓶身时，瓶内封闭气体的内能如何变更？吸热还是放热？（2）挤压瓶身使“潜水艇”恰好悬浮在水中时（如图丙），水面上方的气体体积减小了多少？（不考虑吸管厚度和回形针的体积，吸管内、外液面高度差产生的压强远小于大气压强，即吸管内、外气体的压强始终相等）答案（1）内能不变放热（2）V0（1－mρV解析（1）环境温度不变，则瓶内封闭气体发生等温变更，故内能保持不变，即ΔU＝0挤压瓶身时，水