高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)45-熱力學(xué)定律與能量守恒定律

熱力學(xué)定律與能量守恒定律考點(diǎn)45第一步狂刷小題·夯基礎(chǔ)[題組一基礎(chǔ)小題]1．下列說法中正確的是(

)A．若把氫氣和氧氣看作理想氣體，則具有相同體積、相同質(zhì)量和相同溫度的氫氣和氧氣具有相等的內(nèi)能B．一定質(zhì)量0℃水的分子勢能比0℃冰的分子勢能小C．物體吸收熱量后，內(nèi)能一定增加D．一定質(zhì)量的100℃的水吸收熱量后變成100℃的水蒸氣，則吸收的熱量大于增加的內(nèi)能答案解析理想氣體的內(nèi)能與氣體的分子數(shù)和分子熱運(yùn)動的平均動能有關(guān)，而質(zhì)量相同的氫氣和氧氣的分子數(shù)不同，當(dāng)它們的體積和溫度均相同時(shí)，內(nèi)能不同，A錯誤；0℃的冰要吸收熱量才能熔化成0℃的水，所以一定質(zhì)量0℃水的內(nèi)能比0℃冰的內(nèi)能大，又因?yàn)樗鼈兊臏囟认嗤?，分子熱運(yùn)動的平均動能相等，所以0℃水的分子勢能比0℃冰的分子勢能大，B錯誤；做功和傳熱均可以改變物體的內(nèi)能，只知道物體吸熱，而不知其做功情況，故不能確定物體的內(nèi)能一定增加，C錯誤；一定質(zhì)量的100℃的水吸熱汽化的過程中，水蒸氣對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，水吸收的熱量等于水蒸氣增加的內(nèi)能和水蒸氣對外做的功，所以吸收的熱量大于增加的內(nèi)能，D正確。解析2．某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)車胎內(nèi)的氣壓，且車胎內(nèi)氣體體積增大；若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么(

)A．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小D．胎內(nèi)氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大解析車胎內(nèi)氣體體積增大，則胎內(nèi)氣體對外界做功；中午時(shí)比清晨時(shí)溫度高，所以中午胎內(nèi)氣體分子熱運(yùn)動的平均動能增大，理想氣體的內(nèi)能由所有分子熱運(yùn)動的動能之和決定，因此胎內(nèi)氣體內(nèi)能增大；故A、B、C錯誤，D正確。答案解析3．下列說法正確的是(

)A．第二類永動機(jī)違反能量守恒定律，因此不可能制成B．第一類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，因此不可能制成C．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞D．從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，是提高機(jī)械效率的常用手段答案解析第二類永動機(jī)不可能制成，是因?yàn)樗`反了熱力學(xué)第二定律，故A錯誤；第一類永動機(jī)不可能制成，是因?yàn)樗`反了能量守恒定律，故B錯誤；電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但同時(shí)會產(chǎn)生其他影響，故C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他影響，是不可能實(shí)現(xiàn)的，故D錯誤。解析4．重慶出租車常以天然氣作為燃料，加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)(

)A．壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小B．吸收熱量，內(nèi)能增大C．壓強(qiáng)減小，分子熱運(yùn)動的平均動能增大D．對外做功，分子熱運(yùn)動的平均動能減小解析儲氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，溫度升高，氣體從外界吸收熱量，分子熱運(yùn)動的平均動能增大，內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大。因氣體體積不變，故外界對氣體不做功。只有B正確。答案解析5．(多選)以下現(xiàn)象不違背熱力學(xué)第二定律的有(

)A．一杯熱茶在打開蓋后，茶會自動變涼B．沒有漏氣、沒有摩擦的理想熱機(jī)，其效率可能是100%C．桶中渾濁的泥水在靜置一段時(shí)間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離D．熱量自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體答案解析熱茶自動變涼是熱量自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體的結(jié)果，不違背熱力學(xué)第二定律，故A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，任何熱機(jī)效率都不可能達(dá)到100%，故B錯誤；泥、水分離是機(jī)械能(重力勢能)向內(nèi)能轉(zhuǎn)化的結(jié)果，不違背熱力學(xué)第二定律，故C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，D錯誤。解析

[題組二高考小題]6.(2021·山東高考)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中，小瓶內(nèi)氣體(

)A．內(nèi)能減少B．對外界做正功C．增加的內(nèi)能大于吸收的熱量D．增加的內(nèi)能等于吸收的熱量答案解析7．(2021·天津高考)(多選)列車運(yùn)行的平穩(wěn)性與車廂的振動密切相關(guān)，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、汽缸及內(nèi)封的一定質(zhì)量的氣體構(gòu)成。上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動，上下乘客時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來不及熱交換。若汽缸內(nèi)氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過程中(

)A．上下乘客時(shí)，氣體的內(nèi)能不變B．上下乘客時(shí)，氣體從外界吸熱C．劇烈顛簸時(shí)，外界對氣體做功D．劇烈顛簸時(shí)，氣體的溫度不變答案解析根據(jù)題意，上下乘客時(shí)，汽缸內(nèi)氣體壓縮的過程中，氣體與外界有充分的熱交換，即氣體溫度不變，故氣體的內(nèi)能不變，而氣體體積減小，外界對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體對外界放熱，故A正確，B錯誤；根據(jù)題意，劇烈顛簸時(shí)，汽缸內(nèi)氣體壓縮的過程中，氣體與外界來不及熱交換，氣體體積減小，外界對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體的內(nèi)能增大，氣體的溫度升高，故C正確，D錯誤。解析8．(2020·天津高考)水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖。從儲水罐充氣口充入氣體，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口?？蹌影鈾C(jī)將閥門M打開，水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體(

)A．壓強(qiáng)變大 B．對外界做功C．對外界放熱 D．分子平均動能變大答案解析在水不斷噴出的過程中，氣體的體積變大，由于氣體溫度不變，則有pV＝恒量，可知?dú)怏w壓強(qiáng)變小，A錯誤；由于氣體體積變大，故氣體對外界做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，氣體溫度不變，內(nèi)能不變，則氣體從外界吸收熱量，B正確，C錯誤；溫度是分子平均動能的標(biāo)志，由于氣體溫度不變，則氣體分子平均動能不變，D錯誤。解析9.(2020·山東高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個(gè)過程后回到初始狀態(tài)a，其p-V圖像如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a(V0,2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)。以下判斷正確的是(

)A．氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功B．氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量C．在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D．氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量答案解析Qca<0，向外界放出熱量，且|Wca|<|Qca|，即外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量，C正確；理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，根據(jù)Ta＝Tb可知|ΔUca|＝|ΔUbc|，即氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量等于b→c過程中內(nèi)能的增加量，D錯誤。解析10．(2021·湖南高考)(多選)如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙，活塞從A下降h高度到B位置時(shí)，活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個(gè)過程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g。下列說法正確的是(

)答案解析

[題組三模擬小題]11.(2022·湖北省武漢市部分學(xué)校高三上起點(diǎn)質(zhì)量檢測改編)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸固定在斜面上，一定質(zhì)量的絕熱活塞把汽缸分成a、b兩部分，兩部分中封閉有相同質(zhì)量、相同溫度的同種理想氣體，初始時(shí)活塞用銷釘固定，b部分氣體的體積小于a部分氣體的體積?，F(xiàn)拔掉銷釘，活塞移動一段距離最終達(dá)到平衡狀態(tài)，則最終狀態(tài)與初始狀態(tài)相比(

)A．a(chǎn)部分氣體溫度可能不變B．b部分氣體壓強(qiáng)可能不變C．a(chǎn)部分氣體壓強(qiáng)可能不變D．兩部分氣體內(nèi)能之和增大答案解析答案解析解析第二步精做大題·提能力

[題組一基礎(chǔ)大題]13.如圖所示，用帶孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶內(nèi)迅速打氣，在瓶塞彈出前，外界對氣體做功15J，橡皮塞的質(zhì)量為20g，橡皮塞被彈出的速度為10m/s，若橡皮塞增加的動能占?xì)怏w對外做功的10%，瓶內(nèi)的氣體可視為理想氣體。則瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能變化量為________J，瓶內(nèi)氣體的溫度________(選填“升高”“不變”或“降低”)。5

升高

解析14.利用燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的能量對外做功的機(jī)器叫熱機(jī)。熱機(jī)是依靠由某些熱力學(xué)過程組成的特定熱力學(xué)循環(huán)進(jìn)行工作的。如圖所示的p-V圖表示的是某一熱機(jī)的循環(huán)圖。一定質(zhì)量的氣體(可看成理想氣體)由狀態(tài)2經(jīng)過狀態(tài)1至狀態(tài)4，氣體對外做功280J，吸收熱量410J；氣體又從狀態(tài)4經(jīng)狀態(tài)3回到狀態(tài)2，這一過程中外界對氣體做功200J。求：(1)2→1→4過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)4→3→2過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？答案(1)增加130J

(2)放熱330J答案解析(1)2→1→4過程中，氣體對外界做功280J，則W1＝－280J，氣體吸收熱量410J，則Q1＝410J由熱力學(xué)第一定律有：ΔU1＝W1＋Q1＝130J故在2→1→4的過程中氣體的內(nèi)能增加，增加量為130J。(2)4→3→2過程中氣體內(nèi)能的變化量為ΔU2＝－ΔU1＝－130J由題知，此過程中外界對氣體做功200J，則W2＝200J由熱力學(xué)第一定律有：ΔU2＝W2＋Q2＝－130J解得Q2＝－330J故在4→3→2的過程中氣體放熱，放出的熱量為330J。解析

[題組二高考大題]15．(2021·河北高考)兩個(gè)內(nèi)壁光滑、完全相同的絕熱汽缸A、B，汽缸內(nèi)用輕質(zhì)絕熱活塞封閉完全相同的理想氣體，如圖1所示?，F(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細(xì)沙，若A中細(xì)沙的質(zhì)量大于B中細(xì)沙的質(zhì)量，重新平衡后，汽缸A內(nèi)氣體的內(nèi)能________(填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B內(nèi)氣體的內(nèi)能。圖2為重新平衡后A、B汽缸中氣體分子速率分布圖像，其中曲線________(填圖像中曲線標(biāo)號)表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。大于

①

解析對活塞和細(xì)沙整體分析有pS＝mg＋p0S，因?yàn)锳中細(xì)沙的質(zhì)量大于B中細(xì)沙的質(zhì)量，故穩(wěn)定后有pA>pB，而兩汽缸及其中的理想氣體完全相同，則穩(wěn)定后VA<VB，所以在達(dá)到平衡的過程中外界對氣體做功WA>WB，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，因?yàn)槠缀突钊际墙^熱的，則Q＝0，故氣體增加的內(nèi)能ΔUA>ΔUB，即重新平衡后A內(nèi)氣體的內(nèi)能大于B內(nèi)氣體的內(nèi)能。溫度是分子平均動能的標(biāo)志，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則B中氣體溫度較低，分子平均動能較小，分子速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較少，故圖2中曲線①表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。解析答案2×105J答案解析17．(2021·江蘇高考)如圖所示，一定質(zhì)量理想氣體被活塞封閉在汽缸中，活塞的面積為S，與汽缸底部相距L，汽缸和活塞絕熱性能良好，氣體的壓強(qiáng)、溫度與外界大氣相同，分別為p0和T0?，F(xiàn)接通電熱絲加熱氣體，一段時(shí)間后斷開，活塞緩慢向右移動距離L后停止，活塞與汽缸間的滑動摩擦力為f，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，整個(gè)過程中氣體吸收的熱量為Q，求該過程中(1)內(nèi)能