2024高考物理一輪復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)測評三十八熱力學(xué)定律與能量守恒含解析

PAGE10-熱力學(xué)定律與能量守恒(45分鐘100分)一、選擇題(本題共9小題，每小題6分，共54分)1.下列說法中不正確的是 ()A.第一類永動機(jī)無法制成是因?yàn)樗`反了能量守恒定律B.教室內(nèi)看到透過窗戶的“陽光柱”里粉塵顆粒雜亂無章的運(yùn)動，這是布朗運(yùn)動C.地面旁邊有一正在上升的空氣團(tuán)(視為志向氣體)，它與外界的熱交換忽視不計(jì)。已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該空氣團(tuán)在此上升過程中體積增大，溫度降低D.隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度漸漸降低，但最終不能達(dá)到肯定零度【解析】選B。由于第一類永動機(jī)是指不消耗能量，而能獲得能量的永動機(jī)，可見它是違反能量守恒定律的，選項(xiàng)A正確；粉塵顆粒的雜亂無章的運(yùn)動，是由空氣的流淌所帶動的，不是布朗運(yùn)動，布朗運(yùn)動是指分子撞擊微小顆粒而使顆粒運(yùn)動，選項(xiàng)B錯誤；地面旁邊有一正在上升的空氣團(tuán)(視為志向氣體)，它與外界的熱交換忽視不計(jì)，則在上升時，外界壓強(qiáng)變小，故空氣團(tuán)會膨脹，則它對外做功，由于不計(jì)與外界的熱交換，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律，則其內(nèi)能會削減，故溫度降低，選項(xiàng)C正確；肯定零度是熱力學(xué)的最低溫度，該溫度實(shí)際恒久無法達(dá)到，只能無限接近，選項(xiàng)D正確。2.(多選)(2024·安順模擬)景頗族的祖先獨(dú)創(chuàng)的點(diǎn)火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃。對筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中 ()A.氣體溫度上升，壓強(qiáng)不變B.氣體溫度上升，壓強(qiáng)變大C.外界對氣體做正功，氣體內(nèi)能增加D.外界對氣體做正功，氣體內(nèi)能削減E.艾絨燃燒，放出熱量，氣體內(nèi)能增加【解析】選B、C、E。壓縮氣體時，外界對氣體做功，內(nèi)能增加，溫度上升，體積變小，壓強(qiáng)增大，故B、C正確，A、D錯誤；氣體汲取艾絨燃燒放出的熱量，內(nèi)能增加，E正確。3.(多選)夏天，小明同學(xué)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，假如把輪胎里的氣體視為志向氣體，則關(guān)于氣體噴出的過程，下列說法正確的是 ()A.氣體的內(nèi)能削減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A、C、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，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q，可知內(nèi)能削減，溫度降低，溫度是分子平均動能的標(biāo)記，則A、C、E正確。4.關(guān)于肯定質(zhì)量的氣體，下列說法正確的是 ()A.氣體放出熱量，其內(nèi)能肯定減小B.氣體對外做功，其內(nèi)能肯定減小C.氣體的溫度降低，每個分子熱運(yùn)動的動能肯定減小D.氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動的平均動能肯定減小【解析】選D。依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W可知，單純的一方面即氣體放出熱量或者氣體對外做功，不能推出其內(nèi)能肯定減小，故選項(xiàng)A、B均錯誤；溫度是氣體分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)記，氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動的平均動能肯定減小，但每個分子熱運(yùn)動的動能不肯定減小，故選項(xiàng)C錯誤，D正確。5.(多選)(2024·大同模擬)如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A起先，經(jīng)驗(yàn)ABCDE過程到達(dá)狀態(tài)E，其中BA的延長線經(jīng)過原點(diǎn)，BC與橫軸平行，DE與縱軸平行。下列說法正確的是 ()A.AB過程中氣體的體積漸漸減小B.BC過程中氣體從外界吸熱C.CD過程氣體內(nèi)能不變D.DE過程氣體對外界做功E.狀態(tài)A的體積比狀態(tài)E的體積小【解析】選B、D、E。由志向氣體狀態(tài)方程整理得：p=CVT，AB過程中圖象的斜率不變，故氣體的體積不變，A錯誤；BC過程為等壓過程，壓強(qiáng)不變，T增大，氣體體積增大，氣體對外做功，志向氣體的內(nèi)能隨溫度上升而增大，由熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q，知?dú)怏w從外界吸熱，B正確；CD過程氣體溫度上升，內(nèi)能增大，C錯誤；DE段為等溫過程，溫度不變，壓強(qiáng)降低，由pVT=C可知，氣體體積增大，對外界做功，D正確；由pVT=C知pT=CV，則p-T圖象斜率越小，6.(多選)氣閘艙是載人航天器中供航天員進(jìn)入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充溢空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空。航天員從太空返回氣閘艙時，打開閥門K，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡。假設(shè)此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為志向氣體，下列說法正確的是 ()A.氣體并沒有對外做功，氣體內(nèi)能不變B.B中氣體可自發(fā)地全部退回到A中C.氣體溫度不變，體積增大，壓強(qiáng)減小D.氣體體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減小E.氣體體積變大，氣體分子單位時間內(nèi)對艙壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少【解析】選A、C、E。座艙A中空氣進(jìn)入處于真空狀態(tài)的氣閘艙B，氣體并沒有對外做功，即W=0，由熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q，假設(shè)此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，則Q=0，ΔU=0，則氣體內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，D錯誤；依據(jù)熵增加原理，B中氣體不行以自發(fā)地全部退回到A中，選項(xiàng)B錯誤；作為志向氣體，由于氣體內(nèi)能不變，所以氣體溫度不變，由志向氣體狀態(tài)方程pVT=C，溫度T不變，體積V增大，則壓強(qiáng)p減小，選項(xiàng)C正確；依據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀說明，由于氣體等溫膨脹，氣體分子的平均動能不變，但由于氣體的體積變大，則氣體分子的密集程度減小，則氣體分子單位時間內(nèi)對艙壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少，也造成氣體壓強(qiáng)減小，選項(xiàng)E【加固訓(xùn)練】(多選)(2024·東莞模擬)肯定質(zhì)量的志向氣體被活塞封閉在透熱的汽缸中，如圖所示。不計(jì)活塞與汽缸的摩擦，當(dāng)用外力向上緩慢拉動活塞的過程中，環(huán)境溫度保持不變。下列推斷正確的是 ()A.外力對氣體做正功，氣體內(nèi)能增加，汲取熱量B.氣體對外做功，內(nèi)能不變，汲取熱量C.外界對氣體做功，內(nèi)能不變，放出熱量D.氣體汲取的熱量等于氣體對活塞做的功E.氣體分子平均動能不變，壓強(qiáng)變小【解析】選B、D、E。活塞緩慢上移的過程中，氣體膨脹對活塞做功，而氣體溫度保持不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q=0知，Q>0，即汲取熱量，故B、D正確；由于溫度保持不變，故氣體分子平均動能不變，氣體等溫膨脹，由pV=C知，壓強(qiáng)變小，故E正確。7.(多選)肯定質(zhì)量的志向氣體的壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的變更圖象如圖所示，下列說法正確的是 ()A.A→B的過程中，氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增加B.A→B的過程中，氣體從外界汲取的熱量等于其內(nèi)能的增加量C.B→C的過程中，氣體體積增大，對外做功D.B→C的過程中，氣體對外界放熱，內(nèi)能不變E.B→C的過程中，氣體分子與容器壁每秒碰撞的次數(shù)增加【解析】選B、D、E。A到B的過程，是等容升溫過程，氣體不對外做功，氣體從外界汲取熱量，使得氣體內(nèi)能增加，故A錯誤，B正確；B到C的過程是等溫壓縮過程，壓強(qiáng)增大，體積減小，外界對該氣體做功，內(nèi)能不變更，則氣體對外界放熱，因壓強(qiáng)增大，故氣體分子與容器壁每秒碰撞的次數(shù)增加，故C錯誤，D、E正確。8.(多選)(2024·南昌模擬)肯定質(zhì)量的志向氣體，從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B，再變更到狀態(tài)C，其狀態(tài)變更過程的p-V圖象如圖所示。已知?dú)怏w處于狀態(tài)A時的溫度為300K，則下列推斷正確的是 ()A.氣體處于狀態(tài)B時的溫度是900KB.氣體處于狀態(tài)C時的溫度是300KC.從狀態(tài)A變更到狀態(tài)C過程氣體內(nèi)能始終增大D.從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B過程氣體放熱E.從狀態(tài)B變更到狀態(tài)C過程氣體放熱【解析】選A、B、E。由題意知：TA=300K，A→B過程為等壓變更，則有VATA=VBTB，代入數(shù)據(jù)解得：TB=900K，選項(xiàng)A正確；B→C過程是等容變更，則有pBTB=pCTC，代入數(shù)據(jù)解得：TC=300K，選項(xiàng)B正確；從狀態(tài)A變更到狀態(tài)C過程，氣體的溫度先上升后降低，則氣體的內(nèi)能先增大后減小，選項(xiàng)C錯誤；由A→B氣體的溫度上升，內(nèi)能增大，體積增大，氣體對外做功，由熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q知，氣體吸熱，選項(xiàng)D錯誤；B→C過程氣體的體積不變，不做功，溫度降低【總結(jié)提升】1.氣體做功特點(diǎn)：(1)一般計(jì)算等壓變更過程的功，即W=p·ΔV，然后結(jié)合其他條件，利用ΔU=W+Q進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。(2)留意符號正負(fù)的規(guī)定。若探討對象為氣體，對氣體做功的正負(fù)由氣體體積的變更確定。氣體體積增大，氣體對外界做功，W<0；氣體體積減小，外界對氣體做功，W>0。2.兩點(diǎn)留意：(1)肯定質(zhì)量的志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)：與熱力學(xué)溫度成正比。(2)志向氣體狀態(tài)變更與內(nèi)能變更的關(guān)系：V增大，對外做功(W<0)V減小，外界對氣體做功(W>0)T上升，內(nèi)能增大T降低，內(nèi)能減小9.(多選)(2024·荊州模擬)如圖所示，p-V圖中的每個方格均為正方形，肯定質(zhì)量的志向氣體從a狀態(tài)沿直線變更到b狀態(tài)，再沿直線變更到c狀態(tài)，最終沿直線回到a狀態(tài)，則下列說法正確的是 ()A.從a狀態(tài)變更到b狀態(tài)的過程中氣體分子的平均動能先增大后減小B.從a狀態(tài)變更到b狀態(tài)的過程中氣體的密度不斷增大C.從b狀態(tài)變更到c狀態(tài)的過程中氣體肯定吸熱D.從c狀態(tài)變更到a狀態(tài)的過程中氣體放出的熱量肯定大于外界對氣體做的功E.從c狀態(tài)變更到a狀態(tài)的過程中氣體的內(nèi)能不斷增大【解析】選A、C、D。依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程pVT=C，從a狀態(tài)變更到b狀態(tài)的過程中pV值先增大后減小，溫度T也先增大后減小，對志向氣體，溫度越高，分子平均動能越大，選項(xiàng)A正確；從a狀態(tài)變更到b狀態(tài)的過程中氣體的體積V不斷增大，氣體的密度不斷減小，選項(xiàng)B錯誤；從b狀態(tài)變更到c狀態(tài)的過程中氣體做等容變更，外界對氣體做的功W=0，依據(jù)查理定律知?dú)怏w溫度不斷上升，ΔU>0，由熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W得Q>0，即氣體肯定吸熱，選項(xiàng)C正確；從c狀態(tài)變更到a狀態(tài)的過程中，氣體等壓壓縮，外界對氣體做的功W>0，依據(jù)蓋—呂薩克定律知溫度降低，ΔU<0，由熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W，得Q<0且|Q|>W，選項(xiàng)D正確，E二、計(jì)算題(16分，需寫出規(guī)范的解題步驟)10.如圖所示的p-V圖象中，肯定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)A經(jīng)過ACB過程至狀態(tài)B，氣體對外做功280J，汲取熱量410J；氣體又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，這一過程中外界對氣體做功200J。則：(1)ACB過程中氣體的內(nèi)能是增加還是削減？變更量是多少？(2)BDA過程中氣體是吸熱還是放熱？汲取或放出的熱量是多少？【解析】(1)ACB過程中W1=-280J，Q1=410J，由熱力學(xué)第肯定律得UB-UA=W1+Q1=130J，故ACB過程中氣體的內(nèi)能增加了130J。(2)因?yàn)榭隙ㄙ|(zhì)量的志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，BDA過程中氣體內(nèi)能的變更量UA-UB=-130J，由題意知W2=200J，由熱力學(xué)第肯定律得UA-UB=W2+Q2，代入數(shù)據(jù)解得Q2=-330J，即BDA過程中氣體放出熱量330J。答案：(1)增加130J(2)放熱330J【加固訓(xùn)練】(2024·江蘇高考)如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體在狀態(tài)A時壓強(qiáng)為2.0×105Pa，經(jīng)驗(yàn)A→B→C→A的過程，整個過程中對外界放出61.4J熱量。求該氣體在A→B過程中對外界所做的功?！窘馕觥空麄€過程中，外界對氣體做功W=WAB+WCA，且WCA=pA(VC-VA)由熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W，得WAB=-(Q+WCA)代入數(shù)據(jù)得WAB=-138.6J，即氣體對外界做的功為138.6J。答案：138.6J11.(14分)某同學(xué)利用廢舊物品制作了一個簡易氣溫計(jì)：在一個空葡萄酒瓶中插入一根兩端開口的玻璃管，玻璃管內(nèi)有一段長度可忽視的水銀柱，瓶口處用蠟密封，將酒瓶水平放置，如圖所示。已知該酒瓶容積為480cm3，玻璃管內(nèi)部橫截面積為0.4cm2，瓶口外的有效長度為48cm。當(dāng)氣溫為7℃時，水銀柱剛好處在瓶口位置。(1)求該氣溫計(jì)能夠測量的最高氣溫；(2)假設(shè)水銀柱從瓶口處緩慢移動到最右端的過程中，密封氣體從外界汲取了3J熱量，則在這一過程中該氣體的內(nèi)能變更了多少？(已知大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa)【解析】(1)封閉氣體發(fā)生等壓變更，則V1T即480cm3解得：T2=291.2K=18.2℃。(2)依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W，外界對氣體做功W=-p0·ΔV=-1.92J，解得ΔU=1.08J。答案：(1)18.2℃(2)增加了1.08J12.(16分)如圖所示，一豎直放置、內(nèi)壁光滑的汽缸內(nèi)用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉肯定質(zhì)量的志向氣體，起先時活塞距汽缸底部的高度為h1=0.5m，給汽缸加熱，活塞緩慢上升到距離汽缸底部h2=0.8m處。(1)若封閉氣體在加熱前的溫度為27℃，試計(jì)算在此過程中氣體溫度的變更量Δt；(2)若在此過程中汽缸內(nèi)的氣體汲取了450J的熱量，試計(jì)算在此過程中汽缸內(nèi)封閉氣體增加的內(nèi)能ΔU。(已知活塞的橫截面積S=5.0×10-3m2，大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa。)【解析】(1)設(shè)活塞緩慢上升到距離汽缸底部h2=0.8m處時，汽缸內(nèi)氣體的溫度為t℃，此過程為等壓過程。由蓋—呂薩克定律得：h1S代入數(shù)據(jù)可解得t=207℃，此過程中氣體溫度的變更量Δt=180℃。(2)氣體克服外界大氣壓力做功為：W=p0ΔVp0=1.0