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1、(新課標)2022屆高考物理一輪復習 第13章 熱學 第三節(jié) 熱力學定律與能量守恒達標診斷高效訓練
一、選擇題
1.(2018·洛陽檢測)下列說法正確的是( )
A.液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離,故液體表面存在張力
B.懸浮在液體中的固體小顆粒會不停地做無規(guī)則的運動,這種運動是分子熱運動
C.把很多小的單晶體放在一起,就變成了非晶體
D.第二類永動機沒有違反能量守恒定律
E.絕對零度不可達到
解析:選ADE.通常,處于液體表面層的分子較為稀疏,其分子間距較大,液體分子之間的合力表現(xiàn)為平行于液體界面的引力,故A正確;懸浮在液體中的固體小顆粒會不停地做無規(guī)則的運動,
2、這種運動是布朗運動,故B錯誤;把很多小的單晶體放在一起,仍是晶體,故C錯誤;第二類永動機沒有違反能量守恒定律,但是違背了熱力學第二定律,故D正確;因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失,所以絕對零度是不存在的,故E正確.
2.(2016·高考全國卷Ⅰ)關于熱力學定律,下列說法正確的是( )
A.氣體吸熱后溫度一定升高
B.對氣體做功可以改變其內(nèi)能
C.理想氣體等壓膨脹過程一定放熱
D.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體
E.如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡,那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡
解析:選BDE.根據(jù)熱力學第一定律,氣體吸
3、熱的同時若對外做功,則內(nèi)能不一定增大,溫度不一定升高,選項A錯誤.對氣體做功可以改變其內(nèi)能,選項B正確.理想氣體等壓膨脹過程,對外做功,由理想氣體狀態(tài)方程可知,氣體溫度升高,內(nèi)能增大,故氣體一定吸熱,選項C錯誤.根據(jù)熱力學第二定律,熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,選項D正確.根據(jù)熱平衡定律,如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡,那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡,選項E正確.
3.如圖所示,汽缸和活塞與外界均無熱交換,中間有一個固定的導熱性良好的隔板,封閉著兩部分氣體A和B,活塞處于靜止平衡狀態(tài).現(xiàn)通過電熱絲對氣體A加熱一段時間,后來活塞達到新的平衡,不計氣體分子勢能
4、,不計活塞與汽缸壁間的摩擦,大氣壓強保持不變,則下列判斷正確的是( )
A.氣體A吸熱,內(nèi)能增加
B.氣體B吸熱,對外做功,內(nèi)能不變
C.氣體A分子的平均動能增大
D.氣體A和氣體B內(nèi)每個分子的動能都增大
E.氣體B分子單位時間內(nèi)對器壁單位面積碰撞次數(shù)減少
解析:選ACE.氣體A進行等容變化,則W=0,根據(jù)ΔU=W+Q可知氣體A吸收熱量,內(nèi)能增加,溫度升高,氣體A分子的平均動能變大,但是不是每個分子的動能都增加,選項A、C正確,D錯誤;因為中間是導熱隔板,所以氣體B吸收熱量,溫度升高,內(nèi)能增加;又因為壓強不變,故體積變大,氣體對外做功,選項B錯誤;氣體B的壓強不變,但是體積增大,
5、平均動能增大,所以氣體B分子單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)減少,選項E正確.
4.(2018·濟南模擬)下列說法正確的是( )
A.單晶體冰糖磨碎后熔點不會發(fā)生變化
B.足球充足氣后很難壓縮,是足球內(nèi)氣體分子間斥力作用的結果
C.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過等容過程,吸收熱量,其內(nèi)能一定增加
D.自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的
E.一定質(zhì)量的理想氣體體積保持不變,單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,溫度升高,單位時間內(nèi)撞擊單位面積上的分子數(shù)不變
解析:選ACD.單晶體冰糖有固定的熔點,磨碎后物質(zhì)微粒排列結構不變,熔點不變,A正確;足球充足氣后很難壓縮是由于足球內(nèi)外的
6、壓強差的原因,與氣體的分子之間的作用力無關,B錯誤;一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過等容過程,吸收熱量,沒有對外做功,根據(jù)熱力學第一定律可知,其內(nèi)能一定增加,故C正確;根據(jù)熱力學第二定律可知,自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的,故D正確;一定質(zhì)量的理想氣體體積保持不變,單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,溫度升高,分子的平均動能增大,則平均速率增大,單位時間內(nèi)撞擊單位面積上的分子數(shù)增多,E錯誤.
5.(2018·廣東揭陽模擬)下列敘述中正確的是( )
A.已知水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量,可以計算出阿伏加德羅常數(shù)
B.布朗運動就是分子的無規(guī)則運動
C.對理想氣體做功,內(nèi)能不一定增加
7、D.分子間的相互作用力隨著分子間距離的增大,一定先減小后增大
E.用活塞壓縮汽缸內(nèi)的理想氣體,對氣體做了3.0×105 J的功,同時氣體向外界放出1.5×105 J的熱量,則氣體內(nèi)能增加了1.5×105 J
解析:選ACE.阿伏加德羅常數(shù)等于水的摩爾質(zhì)量除以水分子的質(zhì)量,A正確;布朗運動是固體小顆粒的無規(guī)則運動,B錯誤;對理想氣體做功,氣體可能向外界放出熱量,內(nèi)能不一定增加,C正確;分子間距離從0到無窮遠,分子間的相互作用力先減小后增大,分子間原來距離不確定,相互作用力的變化不確定,D錯誤;根據(jù)ΔU=W+Q,氣體內(nèi)能增加了1.5×105 J,E正確.
6.(2018·文昌模擬)關于分子動
8、理論和熱力學定律,下列說法正確的是( )
A.空氣相對濕度越大時,水蒸發(fā)越慢
B.物體的溫度越高,分子平均動能越大
C.第二類永動機不可能制成是因為它違反了熱力學第一定律
D.空調(diào)制冷,是人為的使熱量由低溫處傳到高溫處,所以違背了熱力學第二定律
E.一定質(zhì)量的理想氣體壓強不變,溫度升高時吸收的熱量一定大于內(nèi)能的增加量
解析:選ABE.空氣相對濕度越大時,空氣中水蒸氣壓強越接近飽和汽壓,水蒸發(fā)越慢,故A正確;溫度是分子的平均動能的標志,物體的溫度越高,分子平均動能越大,故B正確;第二類永動機雖然不違反能量守恒定律,但它違背了熱力學第二定律,所以制造不出來,故C錯誤;空調(diào)制冷,是人為
9、的使熱量由低溫處傳到高溫處,符合熱力學第二定律的內(nèi)容,故D錯誤;一定質(zhì)量的理想氣體壓強不變,溫度升高時體積增大,對外做功,因內(nèi)能增大,故吸收的熱量一定大于內(nèi)能的增加量,故E正確.
7.(2018·湖北襄陽四中周考)下列對熱力學定律的理解正確的是( )
A.可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?
B.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能,熱傳遞也不一定改變內(nèi)能,但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能
C.空調(diào)機在制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量
D.如果物體從外界吸收了熱量,則物體的內(nèi)能可能減少
解析:選ACD.在引起其他變化的情況下,從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)?/p>
10、功,A正確;由熱力學第一定律可知,當W≠0,Q≠0時,ΔU=W+Q,可以等于0,B錯誤;空調(diào)機在制冷過程中消耗了電能,總體上是放出熱量,C正確;物體從外界吸收熱量,可能同時對外做功,如果對外做的功大于從外界吸收的熱量,則物體的內(nèi)能減少,D正確.
8.夏天,小明同學把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時候,會覺得從輪胎里噴出的氣體涼,如果把輪胎里的氣體視為理想氣體,則關于氣體噴出的過程,下列說法正確的是( )
A.氣體的內(nèi)能減少
B.氣體的內(nèi)能不變
C.氣體來不及與外界發(fā)生熱交換,對外做功,溫度降低
D.氣體膨脹時,熱量散得太快,使氣體溫度降低了
E.氣體分子的平均動能減小
解析:選AC
11、E.氣體噴出時,來不及與外界交換熱量,發(fā)生絕熱膨脹,Q=0,對外做功,熱力學第一定律的表達式為W+Q=ΔU,內(nèi)能減少,溫度降低,溫度是分子平均動能的標志,則A、C、E正確.
二、非選擇題
9.(2018·鄭州質(zhì)量預測)如圖所示,導熱性能良好的汽缸開口向上,用輕質(zhì)活塞封閉有體積為V0的理想氣體,外界大氣壓強為p0,環(huán)境溫度為T0,輕質(zhì)活塞橫截面積為S,與汽缸之間的摩擦不計.現(xiàn)在活塞上面放一質(zhì)量為m的物塊,活塞緩慢下移,并最終靜止在某一位置.重力加速度為g.求:
(1)活塞靜止時,離汽缸底端的距離是多少?
(2)如果拿掉物塊,要保持活塞位置不變,環(huán)境溫度需要改變到多少?汽缸吸熱還是放熱?
12、
解析:(1)放上物塊并穩(wěn)定后,由平衡條件得
pS=p0S+mg
達到穩(wěn)定過程,根據(jù)玻意耳定律得p0V0=pSx
解得x=.
(2)拿掉物塊后的穩(wěn)定過程,根據(jù)查理定律得=
解得T=
理想氣體溫度降低,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W知,氣體向外放熱.
答案:(1) (2) 氣體向外放熱
10.(2018·濰坊模擬)如圖所示在絕熱汽缸內(nèi),有一絕熱輕活塞封閉一定質(zhì)量的氣體,開始時缸內(nèi)氣體溫度為27 ℃,封閉氣柱長為9 cm,活塞橫截面積S=50 cm2.現(xiàn)通過汽缸底部電阻絲給氣體加熱一段時間,此過程中氣體吸熱22 J,穩(wěn)定后氣體溫度變?yōu)?27 ℃.已知大氣壓強等于105 Pa,活塞
13、與汽缸間無摩擦,求:
(1)加熱后活塞到汽缸底部的距離;
(2)此過程中氣體內(nèi)能改變了多少.
解析:(1)取被封閉的氣體為研究對象,開始時氣體的體積為L1S,溫度為:T1=(273+27) K=300 K,
末狀態(tài)的體積為:L2S,溫度為:T2=(273+127)K=400 K
氣體做等壓變化,則:=
代入數(shù)據(jù)得:L2=12 cm.
(2)在該過程中,氣體對外做功:W=F·ΔL=p0S(L2-L1)=105×50×10-4×(12-9)×10-2 J=15 J,
由熱力學第一定律:ΔU=Q-W=22 J-15 J=7 J.
答案:(1)12 cm (2)7 J
11.(20
14、18·大慶模擬)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C.已知狀態(tài)A的溫度為300 K.
(1)求氣體在狀態(tài)B的溫度;
(2)由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中,氣體是吸熱還是放熱?簡要說明理由.
解析:(1)由題圖知pA=0.5 atm,pB=1.0 atm,VA=1 m3,VB=2 m3,
由=得,氣體在狀態(tài)B的溫度
TB== K=1 200 K.
(2)由狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體做等容變化,由查理定律得
=,則TC=TB=600 K
氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容變化,不做功,但溫度降低,內(nèi)能減少,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,ΔU<0,
W=0,故Q<0,可知氣體放熱.
答案:(1)1 200 K (2)放熱 理由見解析