【紅對(duì)勾】2020高考物理 熱力學(xué)定律和能量守恒課時(shí)作業(yè)

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1、課時(shí)作業(yè)34　熱力學(xué)定律和能量守恒 時(shí)間：45分鐘　　滿分：100分 一、選擇題(8×8′＝64′) 1．下列說法中正確的是(　　) A．任何物體的內(nèi)能就是組成物體的所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和 B．只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 C．做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的方式上是不同的 D．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進(jìn)行 解析：物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤．將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化是不可能的，B選項(xiàng)錯(cuò)誤．在熱力學(xué)第二定律中，熱傳導(dǎo)是有方向性的，不違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，但不能自發(fā)進(jìn)行，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．做功和熱

2、傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，C選項(xiàng)正確． 答案：C 2．如圖1，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小，則(　　) 圖1 A．從外界吸熱 B．內(nèi)能增大 C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小 解析：水溫恒定且金屬筒緩慢下降，則空氣的溫度始終不變，氣體的內(nèi)能不變，B、D錯(cuò)誤．筒內(nèi)空氣體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律，氣體必須向外界放熱，A錯(cuò)誤，所以C正確． 答案：C 3．圖2為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽

3、化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說法正確的是(　　) 圖2 A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔? C．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律 D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 解析：在電冰箱的熱量傳遞過程中是由于壓縮機(jī)消耗電能做功才使熱量從冰箱內(nèi)傳到冰箱外，并不是自發(fā)地進(jìn)行，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律和能量守恒定律，所以C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案：BC 4．一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài)，用W

4、1表示外界對(duì)氣體做的功，W2表示氣體對(duì)外界做的功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則在整個(gè)過程中一定有(　　) A．Q1－Q2＝W2－W1　　　　 B．Q1＝Q2 C．W1＝W2 D．Q1＞Q2 解析：理想氣體的初態(tài)和末態(tài)相同，則溫度相同，理想氣體的內(nèi)能變化為零．由熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W總＋Q總＝(W1－W2)＋(Q1－Q2)，0＝(W1－W2)＋(Q1－Q2)，所以W2－W1＝Q1－Q2，所以A選項(xiàng)正確． 答案：A 圖3 5．如圖3所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì)．置于真空中的輕

5、彈簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上．彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零)．現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡態(tài)．經(jīng)過此過程(　　) A．Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能 B．Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 C．Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能 D．Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 解析：依題可知，斷開繩子，活塞最終靜止后的位置高于初始位置，Ep的能量轉(zhuǎn)化有三種形式：活塞的重力勢(shì)能、氣體的內(nèi)能及彈簧的彈性勢(shì)能，

6、故D正確． 答案：D 圖4 6．(2020·廣東高考)圖4是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的(　　) A．溫度升高，內(nèi)能增加600J B．溫度升高，內(nèi)能減少200J C．溫度降低，內(nèi)能增加600J D．溫度降低，內(nèi)能減少200J 解析：由熱力學(xué)第一定律知：ΔU＝Q＋W＝800 J－200 J＝600 J，所以內(nèi)能增加600 J，溫度升高，選項(xiàng)A正確． 答案：A 圖5 7．(2020·全國卷Ⅱ)如圖5，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分．已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空．抽開隔板K后，a內(nèi)氣體

7、進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)．在此過程中(　　) A．氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少 B．氣體不做功，內(nèi)能不變 C．氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低 D．氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變 解析：由于b內(nèi)為真空，容器絕熱，所以a內(nèi)氣體進(jìn)入b時(shí)不做功，且內(nèi)能不變，溫度不變，選項(xiàng)B正確，A、C錯(cuò)誤；根據(jù)氣體壓強(qiáng)微觀解釋可知，氣體等溫膨脹，則壓強(qiáng)變小，選項(xiàng)D正確． 答案：BD 8．(2020·重慶高考)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面．在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體(　　) A．從外界吸熱 B．對(duì)外界做負(fù)功 C．分子平均動(dòng)能減小 D．內(nèi)能增加 解析：緩慢放水過

8、程中，胎內(nèi)氣體體積增大、溫度不變，內(nèi)能不變，分子平均動(dòng)能不變，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；由體積增大可知?dú)怏w對(duì)外界做功，或克服外界做功，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸熱，選項(xiàng)A正確． 答案：A 二、計(jì)算題(3×12′＝36′) 9．(2020·山東高考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C，其中A→B過程為等壓變化，B→C過程為等容變化．已知VA＝0.3 m3，TA＝TC＝300K，TB＝400 K. (1)求氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積． (2)說明B→C過程壓強(qiáng)變化的微觀原因． (3)設(shè)A→B過程氣體吸收熱量為Q1，B→C過程氣體放出熱量為Q2，比較Q1、Q2的大小并說明原因

9、． 解析：(1)設(shè)氣體在B狀態(tài)時(shí)的體積為VB，由蓋·呂薩克定律得＝① 代入數(shù)據(jù)得VB＝0.4 m3.② (2)微觀原因：氣體體積不變，分子密集程度不變，溫度變化(降低)，氣體分子平均動(dòng)能變化(減小)，導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)變化(減小)． (3)Q1大于Q2；因TA＝TC，故A→B增加的內(nèi)能與B→C減少的內(nèi)能相同，而A→B過程氣體對(duì)外做正功，B→C過程氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2. 答案：(1)0.4 m3　(2)見解析　(3)Q1>Q2，原因見解析 圖6 10．如圖6所示，兩個(gè)可導(dǎo)熱的氣缸豎直放置，它們的底部由一細(xì)管連通(忽略細(xì)管的容積)．兩氣缸各有一活塞，質(zhì)量分別為m

10、1和m2，活塞與氣缸壁無摩擦．活塞的下方為理想氣體，上方為真空．當(dāng)氣體處于平衡狀態(tài)時(shí)，兩活塞位于同一高度h.(已知m1＝3m，m2＝2m) (1)在兩活塞上同時(shí)各放一質(zhì)量為m的物塊，求氣體再次達(dá)到平衡后兩活塞的高度差(假定環(huán)境的溫度始終保持為T0) (2)在達(dá)到上一問的終態(tài)后，環(huán)境溫度由T0緩慢上升到T，試問在這個(gè)過程中，氣體對(duì)活塞做了多少功？氣體是吸收還是放出了熱量？(假定在氣體狀態(tài)變化過程中，兩物塊均不會(huì)碰到氣缸頂部) 解析：(1)設(shè)左、右活塞的面積分別為A′和A.由于氣體處于平衡狀態(tài)，故兩活塞對(duì)氣體的壓強(qiáng)相等，即＝ 由此得A′＝A① 在兩個(gè)活塞上各加一質(zhì)量為m的物塊后，右活塞降

11、至氣缸底部，所有氣體都在左氣缸中． 在初態(tài)，氣體的壓強(qiáng)為，體積為；在末態(tài)，氣體的壓強(qiáng)為，體積為(x為左活塞的高度)．由波意耳—馬略特定律得 5Ah＝3Ax② 由上式解得x＝h③ 即兩活塞的高度差為h. (2)當(dāng)溫度由T0上升到T時(shí)，氣體的壓強(qiáng)始終為.設(shè)x′是溫度達(dá)到T時(shí)左活塞的高度，由蓋·呂薩克定律得 x′＝x＝④ 氣體對(duì)活塞做的功為 W＝Fs＝4mgh(－1)＝5mgh(－1)⑤ 在此過程中氣體吸收熱量． 答案：(1)h　(2)5mgh(－1)　吸收熱量 11．現(xiàn)有m＝0.90 kg的硝酸甘油[C3H5(NO3)3]被密封于體積V0＝4.0×10－3 m3的容器中，

12、在某一時(shí)刻被引爆，瞬間發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物全是氮、氧等氣體．假設(shè)：反應(yīng)中每消耗1 kg硝酸甘油釋放能量U＝6.00×106 J；反應(yīng)產(chǎn)生的全部混合氣體溫度升高1 K所需能量Q＝1.00×103 J；這些混合氣體滿足理想氣體狀態(tài)方程＝C(恒量)，其中恒量C＝240 J/K.已知在反應(yīng)前硝酸甘油的溫度T0＝300 K．若設(shè)想在化學(xué)反應(yīng)發(fā)生后容器尚未破裂，且反應(yīng)釋放的能量全部用于升高氣體的溫度．求器壁所受的壓強(qiáng)． 解析：化學(xué)反應(yīng)完成后，硝酸甘油釋放的總能量 W＝mU① 設(shè)反應(yīng)后氣體的溫度為T，根據(jù)題意，有 W＝Q(T－T0)② 器壁所受的壓強(qiáng)p＝③ 聯(lián)立①②③式并代入數(shù)據(jù)得p＝3.4×108 Pa. 答案：3.4×108 Pa.