《高考备考指南 物理 》课件-第3讲　热力学定律和能量守恒

第3讲热力学定律和能量守恒(本栏目对应配套训练P108~109)知识巩固练习1.(2023年湛江二模)一同学在室内空调显示屏上看到室内的空气温度，为了测出室外的空气温度，他将一近似球形的气球在室内吹大并放置较长一段时间后，测得其直径为L1之后拿到室外并放置较长一段时间后，测得其直径为L2，L2>L1.若不考虑气球表皮的弹力变化，且气球吹大后视为球体，大气压不变，室内外的温度均保持不变，则()A.在此过程中气球内气体对外界做负功B.在此过程中气球内气体对外界不做功C.室外温度比室内温度高D.气球在室外放出了热量【答案】C【解析】气球直径变大，说明气体体积变大，说明气体对外界做功，A、B错误.根据V1T1=V2T2可知，体积变大，温度升高，所以室外温度比室内温度高，C正确.根据热力学第一定律ΔU2.关于热力学定律，下列说法正确的是()A.一定量气体吸收热量，其内能一定增大B.物体可以将从单一热源吸收的热量全部用于做功C.不可能使热量由低温物体传递到高温物体D.第二类永动机不仅违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律【答案】B【解析】做功与热传递是改变物体内能的两种方式.一定量的气体吸收热量，如果气体同时对外做功，气体内能不一定增大，A错误.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，并产生其他影响，B正确.不可能使热量自发地由低温物体传到高温物体，但在一定条件下温度可以从低温物体传到高温物体，C错误.第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，D错误.3.(2023年北京东城一模)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经过两个状态变化过程，先后到达状态b和状态c.下列说法正确的是()A.从a到b的过程中，气体从外界吸热B.从a到b的过程中，气体的内能增加C.从b到c的过程中，气体的压强减小D.从b到c的过程中，气体对外界做功【答案】C【解析】从a到b的过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功.ΔU=0，W>0，由热力学第一定律ΔU=W+Q，得Q<0，气体向外界放热，A、B错误.从b到c的过程中，体积不变，气体对外界不做功，温度降低，体积不变，由查理定律得，气体的压强减小，C正确，D错误.4.(多选)如图所示，一定量的理想气体由状态a等压变化到状态b，再从状态b等容变化到状态c.a、c两状态温度相等.则下列说法正确的是()A.从状态b到状态c的过程中气体吸热B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功【答案】BD【解析】内能是组成物体的分子无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和.由于理想气体不考虑分子势能，故理想气体的内能等于分子平均动能的总和，而温度是分子平均动能的宏观表现，由理想气体状态方程pbVbTb=pcVcTc恒定不变可知，从状态b到状态c的过程中压强减小，所以温度降低，则平均动能减小，即内能减小.而体积不变，故W=0.再根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知此过程气体放出热量，A错误.气体在状态a的温度等于在状态c的温度，故气体在状态a的内能等于在状态c的内能，B正确.由理想气体状态方程paVaTa=pb5.(多选)(2022年天津卷)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率.涡轮增压可简化为以下两个过程：首先一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度.下列说法正确的是()A.绝热过程中，气体分子平均动能增加B.绝热过程中，外界对气体做负功C.等压过程中，外界对气体做正功D.等压过程中，气体内能不变【答案】AC6.(2022年辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示.此过程中该系统()A.对外界做正功 B.压强保持不变C.向外界放热 D.内能减少【答案】A【解析】理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A正确.由图V-T图像可知V=V0+kT，根据理想气体的状态方程有pVT=C，联立有p=Ck+V0T.可看出T增大，p增大，B错误.理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误.理想气体从状态a变化到状态b，由A综合提升练习7.(2022年河北卷)如图所示，绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后，容器中气球外部气体的压强将________(填“增大”“减小”或“不变”)，温度将________(填“升高”“降低”或“不变”).

【答案】增大升高【解析】假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变，当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，容器中气球外部气体的压强将增大.当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，原来气球外部气体绝热压缩，与外界无热交换，即Q=0，外界对气体做功，即W>0，根据绝热情况下的热力学第一定律ΔU=W可知气体内能增加，温度T升高.8.(2023年广州真光中学质检)某兴趣小组设计了一温度报警装置，原理图如下图所示.一定质量的理想气体被一上表面涂有导电物质的活塞密封在导热汽缸内，活塞厚度不计，质量m=100g，横截面积S=10cm2.开始时活塞距汽缸底部的高度h=6cm，缸内温度T1=300K.当环境温度上升，活塞缓慢上移Δh=4cm，活塞上表面与a、b两触点恰好接触，报警器报警.假设不计一切摩擦，大气压强恒为p0=1.0×105Pa，g取10m/s2.(1)求该报警装置的报警温度T2；(2)若上述过程气体的内能增加了12.96J.则气体吸收的热量Q为多少？解：(1)气体发生的是等压变化，由气体实验定律V1T1=V2T2，即(2)缸内气体压强p=p0+mgS=1.01×105Pa气体等压膨胀对外做功W=pΔV=pSΔh=4.04J，由热力学第一定律得ΔU=-W+Q，代入数据，Q=ΔU+W=12.96J+4.04J=17J.则气体吸热17J.9.(2023年广州三校联考)如图，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，活塞上表面的面积S=2×10-3m2.状态A体积VA=4×10-4m3，温度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)求汽缸内的气体压强；(2)求气体达到状态B时的温度；(3)气体从状态A变为状态B的过程中内能改变了多少？解：(1)对活塞，竖直方向上由力的平衡得pS'cosθ=pS=mg+p0S，代入数据得p=2×105Pa.(2)从状态A到状态B，由盖-吕萨克定律得VA代入数据得TB=450K.(3)从状态A到状态B，气体对外做功为W=pSh=40J，由热力学第一定律得ΔU=Q-W，代入数据得ΔU=240J.10.(2023年浙江卷)如图所示，导热良好的固定直立圆筒横截面积S=100cm2，质量m=1kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动.圆筒与温度300K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积VA=600cm3.缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积VB=500cm3.固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强pC=1.4×105Pa.已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q=14J；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU=25J.大气压强p0=1.01×105Pa.(1)气体从状态A到状态B，其分子平均动能________(填“增大”“减小”或“不变”)，圆筒内壁单位面积受到的压力________(填“增大”“减小”或“不变”).

(2)求气体在状态C的温度TC.(3)求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W.【答案】(1)不变增大(2)350K(3)11J【解析】(1)圆筒导热良好，则气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，则压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大.(2)状态A时的压强pA=p0-mgS=1.0×105P