2018版高考物理一轮总复习第14章热学第3讲热力学定律与能量守恒

第3讲热力学定律与能量守恒

时间：45分钟满分：100分

一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。其中1～6为单选，7～10为多选)

1．某未密闭房间内的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时( )

A．室内空气的压强比室外的小

B．室内空气分子的平均动能比室外的大

C．室内空气的密度比室外的大

D．室内空气对室外空气做了负功

答案 B

解析室内和室外是相通的，故气体压强相同，A错误。温度是分子平均动能的标志，室内空气温度高则分子平均动能大，B正确。根据压强的微观解释知，室内、外气体压强一样，室内的分子平均动能大，则单位体积内的分子数少，密度小，C错误。室内气体相当于等压膨胀，对外界做正功，D错误。

2．[2015·重庆高考]某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么( )

A．外界对胎内气体做功，气体内能减小

B．外界对胎内气体做功，气体内能增大

C．胎内气体对外界做功，内能减小

D．胎内气体对外界做功，内能增大

答案 D

解析中午比清晨时温度高，所以中午胎内气体分子平均动能增大，理想气体的内能由分子动能决定，因此内能增大；车胎体积增大，则胎内气体对外界做功，所以只有D项正确。

3．[2016·梅州模拟]小红和小明打乒乓球不小心把乒乓球踩扁了，小明认真观察后发现表面没有开裂，于是把踩扁的乒乓球放在热水里泡一下，基本恢复了原状。乒乓球内的气体可视为理想气体，对于乒乓球恢复原状的过程，下列描述中正确的是( ) A．内能变大，球内气体对外做正功的同时吸热

B．内能变大，球内气体对外做正功的同时放热

C．内能变大，球内气体对外做负功的同时吸热

D．内能变小，球内气体对外做负功的同时放热

答案 A

解析乒乓球内的气体受热膨胀，对外做功，故W＜0；气体温度升高，内能增加，故ΔU ＞0；根据热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q，则必有Q＞0，即吸收热量，选项A正确，选项B、C、D错误。

4．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M 可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中( )

A．外界对气体做功，气体内能增大

B．外界对气体做功，气体内能减小

C．气体对外界做功，气体内能增大

D．气体对外界做功，气体内能减小

答案 A

解析M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，W＞0，下滑过程不与外界发生热交换，Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知内能增大，A正确，B、C、D错误。

5．[2016·青岛模拟]图中汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )

A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律

B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律

D．A、B、C三种说法都不对

答案 C

解析由于这个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变。因此气体吸收的热量和气体对外做的功相等，也就是从单一热源吸热，全部用来对外做功；但又为什么没有违反热力学第二定律呢？实际上这个过程是不能自发进行的，即气体是无法吸了热再推动活塞缓慢向右移动；它必须靠外力使杆向右移动，才能使气体膨胀，从而内能减少，温度下降，然后再从外界吸热。也就是说，在这个过程中拉杆消耗了能量，即引起了其他的变化。所以正确答案是C。

6．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是( )

A．内能不能转化成机械能

B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律

C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足热力学第二定律

D．上述三种原因都不正确

答案 C

解析内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确。

7．[2015·广东高考]如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水。在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )

A．内能增大

B．压强增大

C．分子间引力和斥力都减小

D．所有分子运动速率都增大

答案AB

解析空气体积不变，故做功为0，即W＝0。又因为外壁隔热，而内壁由于水的升温会吸收热量，故Q＞0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得ΔU＞0，内能增加，A正确；空气体积不变，分子数密度不变，气体内能增加，温度升高，分子热运动变剧烈，对器壁撞击加强，故压强变大，B正确；分子间距离不变，故作用力大小不变，C错误；气体温度升高，分子的平均热运动速率加快，不代表每一个分子运动都加快，D错误。

8．[2016·佛山模拟]如图是哈勃瓶，在瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞，玻璃瓶导热性能良好，在一次实验中，瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体(可视为理想气体)，在对气球缓慢吹气过程中，则瓶内气体( )

A．密度减小

B．平均动能增大

C．向外界放出热量

D．若释放橡皮塞后瞬间，温度将降低

答案CD

解析在对气球缓慢吹气过程中，气球内的气体的量增大，所以瓶内的气体的体积会减小，密度增大，选项A错误；因系统导热，可知瓶内气体的温度不变，分子的平均动能不变，选项B错误；温度不变时，则理想气体内能不变，体积减小，由热力学第一定律知外界对气体做功与气体放出热量相等，故选项C正确；若释放橡皮塞后瞬间，气体将快速从瓶内跑出，气体对外做功，由于来不及吸收热量，所以气体的温度将降低，选项D正确。

9．[2016·襄阳模拟]关于热力学定律，下列说法正确的是( )

A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功

D．不可能使热量从低温物体传向高温物体

E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

答案ACE

解析做功和热传递是改变物体内能的两种方式，选项A正确；对某物体做功，物体的内能不一定增加，因为如果放出的热量Q大于外界对物体做的功W，则物体的内能反而减少，选项B错误；热力学第二定律告诉我们，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化，但在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，选项C正确；同理，在引起其他变化的情况下，也可使热量从低温物体传向高温物体，比如电冰箱可使内部低温物体热量传递到冰箱外高温空间，选项D错误；一切与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性，功转变为热的实际宏观过程不可逆，选项E正确。

10．[2016·张掖模拟]下列说法正确的是( )

A．气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间的势能之和

B．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变

C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功

D．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

E．一定量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低

而增加

答案 ADE

解析 气体温度发生变化时，只有分子平均动能发生变化，分子势能不随之改变，B 错误；功可以全部转化为热，同时热量也可以全部转化为功，但必须引起其他变化，C 错误。选项A 、D 、E 正确。

二、非选择题(本题共2小题，共30分)

11．[2016·宜兴模拟](15分)一定质量的理想气体，状态从A →B →C →D →A 的变化过程可用如图所示的p -V 图线描述，其中D →A 为等温线，气体在状态A 时温度为T A ＝300 K ，试求：

(1)气体在状态C 时的温度T C 。

(2)若气体在A →B 过程中吸热1000 J ，则在A →B 过程中气体内能如何变化？变化了多少？

答案 (1)375 K (2)增加 400 J

解析 (1)D →A 为等温线，则T A ＝T D ＝300 K ，C 到D 过程由盖—吕萨克定律得：V C T C ＝V D

T D

，T C ＝V C T D V D

＝375 K 。 (2)A 到B 过程压强不变，则W ＝－p ·ΔV ＝－2×105×3×10－3 J ＝－600 J ，由热力学第一定律得：ΔU ＝Q ＋W ＝1000 J －600 J ＝400 J ，则气体内能增加400 J 。

12．(15分)如图所示，一根上粗下细、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端封闭、下端开口，横截面积S 1＝4S 2，下端与大气连通。粗管中有一段水银封闭了一定质量的理想气体，水银柱下表面恰好与粗管和细管的交界处齐平，空气柱和水银柱长度均为h ＝4 cm 。现在细管口连接一抽气机(图中未画出)，对细管内气体进行缓慢抽气，最终使一半水银进入细管中，水银没有流出细管。已知大气压强为p 0＝76 cmHg 。

(1)求抽气结束后细管内气体的压强。

(2)抽气过程中粗管内气体吸热还是放热？请说明原因。

答案 (1)58 cmHg (2)吸热 见解析

解析 (1)缓慢抽气过程，粗管内气体温度不变，设抽气后粗管内气体压强为p 1，细管

内气体压强为p 2，由玻意耳定律(p 0－h )·h ＝p 1·? ????h ＋12h ，p 2＝p 1＋? ??

??12h ＋2h ，可得p 2＝58 cmHg 。

(2)抽气过程粗管内气体温度不变，气体内能不变，ΔU ＝0；气体体积增大，对外做功，W ＜0；根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，可得Q ＞0，故气体吸热。

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