专题15 热力学定律基础篇解析版.docx

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专题15热力学定律基础篇解析版

2020年高考物理（选修3-3、3-4）

第一部分热学（选修3-3）

专题1.5热力学定律（基础篇）

1．（2019广西桂林、崇左二模）下列说法正确的（　　）

A．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少

B．凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生的

C．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的

D．随着高度的增加，大气压和温度都在减小，一个正在上升的氢气球内的氢气内能减小

E．能量转化过程中，其总能量越来越小，所以要大力提倡节约能源

【参考答案】ACD。

【命题意图】本题考查对热力学第一定律和热力学第二定律的理解、气体压强的微观含义、对能量耗散的理解及其相关知识点。

【解题思路】当气体膨胀时，气体对外做功，根据热力学第一定律知：

车胎突然爆裂的瞬间，没有热交换，气体对外做功，气体内能减少，温度较低，选项A正确；根据热力学第二定律，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，选项B错误；根据气体压强的微观意义可知，气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，选项C正确；根据大气压的变化规律可知，随着高度的增加，大气压和温度都在减小，一个正在上升的氢气球内的氢气的温度随外界温度的降低而降低，所以氢气的内能减小，选项D正确；根据能量守恒定律，能量转化过程中，总能量不变，其它形式的能量转化为热量散发到大气中，即能量可以利用的品质降低，能源会越来越少，选项E错误。

2．（5分）（2019湖北武汉武昌5月调研）下列说法正确的是（　　）

A．物体吸收热量后，内能不一定增加

B．物体的内能只跟温度有关

C．热量从低温物体向高温物体传递是完全可能的

D．当两个分子间距为r0和间距为无穷大时，它们间的分子力都为零，故它们的分子势能相等且都为零E．一定质量理想气体对外界做了正功，其内能不一定减少，但其密度一定减小

【参考答案】ACE。

【命题意图】本题考查热力学定律、分子力和分子势能及其相关知识点。

【解题思路】由于题述没有明确气体是否做功，根据热力学第一定律，物体吸收热量后，内能不一定增加，选项A错误；由于理想气体不计分子之间的作用力，因此不用考虑分子势能，故理想气体的内能只跟温度有关，实际气体和其它物体要考虑分子的动能和分子的势能，选项B错误；根据热力学第二定律，热量从低温物体向高温物体传递是完全可能的，但一定会引起其它的一些变化，选项C正确；当两个分子间距为r0（平衡位置分子之间的距离）和间距为无穷大时，它们间的分子力都为零，但它们的分子势能并不相等。

当r＝r0时，分子势能最小，且为负值；当r为无穷大时，分子势能为零，选项D错误；根据热力学第一定律，一定质量理想气体对外界做了正功（W＜0），由于和外界热交换不明确，其内能不一定减少；气体对外界做了正功，体积增大，其密度一定减小，选项E正确。

3．（5分）（2019湖南长郡中学等四校5月模拟）下面说法正确的是（　　）

A．液体的沸点与大气压有关，大气压较高时沸点也比较高

B．用熵的概念表示热力学第二定律：

在任何自然过程中，一个孤立系统的熵总不会增加C．一定质量的理想气体从外界吸热，其内能不一定增加

D．液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越强烈

E．当分子之间作用力表现为斥力时，分子力随分子间的距离増大而增大

【参考答案】ACD。

【命题意图】本题考查与液体沸点相关的因素、熵增加原理、热力学第一定律、布朗运动、分子力及其相关知识点。

【解题思路】由于液体的沸点与压强有关，且随着压强的升高而增大，所以液体的沸点与大气压有关，大气压较高时沸点也比较高，选项A正确；用熵的概念表示热力学第二定律：

在任何自然过程中，一个孤立系统的熵总是增加的，选项B错误；根据热力学第一定律，△U＝W+Q，一定质量的理想气体从外界吸热，但气体做功不明确，所以内能不一定增加，选项C正确；液体温度越高，分子热运动的平均动能越大，悬浮颗粒越小，液体分子无规则运动与微粒碰撞的不平衡性越明显，布朗运动越剧烈，选项D正确；分子间的作用力表现为斥力时，说明分子之间的距离小于平衡位置的距离，分子力随分子间距离的增大而减小，选项E错误。

4．（5分）（2019湖南衡阳二模）下列说法正确的是（　　）

A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大

B．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大

C．饱和汽压与温度和体积有关

D．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律

E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝

【参考答案】ABD

【名师解析】做功与热传递都可以改变物体的内能；当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大；饱和汽压与体积无关；理解两类永动机的本质，明确两类永动机失败的原因；气体分子所占的空间远大于分子的大小。

气体放出热量的同时若外界对物体做功，物体的内能可能增大，则其分子的平均动能可能增大。

故A正确；当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大；同时需要克服分子斥力做功，所以分子势能也增大。

故B正确；饱和汽压与温度有关，与体积无关，故C错误；第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律，故D正确；某固体或液体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝

，而对气体此式不成立，故E错误.

【点评】本题考查了热力学第一、第二定律的应用以及分子力与分子势能等热学的基础概念，属于对基础知识点的考查，在平时多加积累即可。

5．（5分）（2019吉林长春四模）夏季，长春市的天气温差比较大，充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。

若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短。

关于车胎内的气体，下列说法正确的是（　　）

A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大

B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，内能增大

C．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体分子在单位时间单位面积上碰撞车胎的次数不变D．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小

E．爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能不变

【参考答案】ABD

【命题意图】本题考查理想气体实验定律、热力学第一定律、对压强的微观含义、温度的微观含义的理解及其相关知识点。

【解题思路】爆胎前气体体积不变，温度升高时，由气体实验定律可知压强增大，选项A正确；气体温度升高，内能增大，体积不变，没有做功，根据热力学第一定律△U=Q＋W可知气体要吸收热量，选项B正确；气体体积不变，气体单位体积内分子数不变，但是温度升高，分子平均速率增大，所以气体分子在单位时间内单位面积上与车胎碰撞的次数增多，选项C错误；爆胎过程时间极短，气体来不及与外界热交换，其体积膨胀对外做功，根据热力学第一定律△U=Q＋W可知，气体内能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，选项D正确、E错误。

6.（2019河南开封三模）下列说法正确的是（　　）

A．墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀，使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速

B．当氢气和氧气的质量和温度都相同时，两种气体分子热运动的总动能相等

C．容积不变的容器内封闭着一定质量的理想气体，当温度升高时气体分子在单位时间内，作用于器壁单位面积的总冲量增大

D．热传递的自然过程是大量分子从无序程度大的状态向无序程度小的状态转化的过程

E．在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体

【参考答案】ACE。

【名师解析】碳素墨水滴入水中，观察到的布朗运动是液体分子不停地做无规则撞击碳悬浮微粒，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡的导致的无规则运动，当悬浮微粒越小时，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡性表现得越强，即布朗运动越显著，所以使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速。

故A正确；氢气和氧气的质量和温度都相同时，由于氢气分子量小，所以氢气的物质的量大，所以氢气气体分子热运动的总动能大。

故B错误；根据理想气体得状态方程，容积不变的容器内封闭着一定质量的理想气体，当温度升高时气体的压强一定增大，根据压强的微观意义可知，气体分子在单位时间内，作用于器壁单位面积的总冲量增大。

故C正确；根据热力学第二定律可知，热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的状态向无序程度大的状态转化的过程。

故D错误；在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体。

故E正确。

7．（5分）（2019湖南益阳四月模拟）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，有如图所示①、②两个过程，则下列说法正确的是____。

（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．状态a的体积大于状态b的体积

B．在过程①中，气体对外界做功，同时气体也向外界放热

C．过程①、②中气体都对外界放出热量，但过程②中气体对外界放出的热量比过程①中要少

D．过程①、②中外界都对气体做功，但过程②中外界对气体做的功比过程①中要少

E．过程②中气体内能的减少量比过程①中要少

【参考答案】ACD

【名师解析】一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，压强增大，温度较低，由pV/T=C,可知，状态a的体积大于状态b的体积，选项A正确；在过程①中，气体体积减小，外界对气体做功，气体内能减小，根据热力学第一定律，气体向外界放热，选项B错误；过程①、②中气体都对外界放出热量，根据内能只与温度有关，过程①、②内能变化相同，选项E错误；外界对气体做功可表示为W=p△V，对于每一个体积相等的状态，过程②的压强小于过程①的压强，所以过程①外界对气体做功大于过程②外界对气体做功，根据热力学第一定律，过程②中气体对外界放出的热量比过程①中要少，选项CD正确。

8.[2018·宝鸡市质检三]（5分）下列说法正确的是________．

（选对1个给2分，选对2个给4分，选对3个给5分，每选错一个扣3分，最低得分为0）

A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大

B．当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而减小

C．当分子力表现为斥力时，分子势能随着分子间距离的减小而增大

D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的

E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏伽德罗常数可表示为NA＝

【参考答案】ACD

【名师解析】：

（1）根据热力学第一定律可知，气体放出热量，如果外界对气体做功，则气体的内能可能增加，其分子的平均动能可能增大，A选项正确；当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，B选项错误，C选项正确；根据热力学第二定律，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，不能将全部的内能转化为机械能，但是将海水的一部分内能转化为机械能是可能的，D选项正确；分子的无规则运动，气体的体积可以占据很大的空间，故不能用摩尔体积除以分子体积计算阿伏加德罗常数，E选项错误．

9．（5分）（2018金考卷）关于内能的概念，下列说法中正确的是（）

A．若把氢气和氧气看作理想气体，则具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气具有的内能不相等

B．一定质量0℃水的分子势能比0℃冰的分子势能大

C．物体吸收热量后，内能一定增加

D．一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能

E．做功和热传递是不等价的

【参考答案】ABD

【命题意图】本题考查内能、热力学第一定律及其相关的知识点。

【解题思路】具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气，分子平均动能相等，分子数氢气较多，内能较大，所以具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气具有的内能不相等，选项A正确；一定质量0℃水和0℃冰的温度相同，分子平均动能相同。

由于0℃的冰需要吸收热量才能融化为0℃的水，温度不变，分子平均动能不变，根据能量守恒定律，一定质量0℃水的分子势能比0℃冰的分子势能大，选项B正确；根据热力学第一定律，物体吸收热量后，若对外做功，则内能不一定增加，选项C错误；一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，由于体积增大，对外做功，根据热力学第一定律，吸收的热量等于对外做功和增加的内能，所以吸收的热量大于增加的内能，选项D正确；在改变内能时，做功和热传递是等价的，选项E错误。

10.（多选）（2017·四川达州一模）下列说法正确的是　　　　。

A.布朗运动就是分子的无规则运动

B.热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一

C.热量能够自发地从高温物体传到低温物体,但不能自发地从低温物体传到高温物体

D.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的

E.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

【参考答案】BCE　

【名师解析】布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动,是体现分子的无规则运动,由液体分子的无规则运动而引起的,不是固体分子的无规则运动,也不是液体分子的无规则运动,故A错误;热力学温度是国际单位制中7个基本物理量之一,故B正确;根据热力学第二定律可知,热量能够自发地从高温物体传到低温物体,但不能自发地从低温物体传到高温物体,故C正确;做功是通过能量转化的方式改变系统内能的,热传递是能量的转移,不是能量的转化,故D错误;温度是描述热运动的物理量,根据热平衡定律可知,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同,故E正确。

故选BCE。

11．（2016·河南开封高三冲刺）如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。

已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。

抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。

在此过程中________。

（填正确答案标号）

A．气体对外界做功，内能减少

B．气体不做功，内能不变

C．气体压强变小，温度不变

D．气体压强变大，温度不变

E．单位时间内撞击容器壁的分子数减少

【参考答案】．BCE　

【名师解析】由于b内为真空。

抽开隔板K后，a内气体进入b，气体不做功，内能不变，选项A错误B正确。

由于气体体积增大，温度不变，气体压强变小，选项C正确D错误。

单位时间内撞击容器壁的分子数减少，选项E正确。

12．（5分）根据热力学定律,下列说法正确的是__________（填正确答案标号。

选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分）

A.第二类永动机违反能量守恒定律,因此不可能制成

B.热效率为100%的热机是不可能制成的

C.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递

D.从单一热源吸收热量,使之完全变为功是提高机械效率的常用手段

E.吸收了热量的物体,其内能也不一定增加

【参考答案】．BCE　

【名师解析】第二类永动机不可能制成,是因它违反了热力学第二定律,故选项A错误;热效率为100%的热机是不可能制成的,故B正确;电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递,故C正确;从单一热源吸收热量,使之完全变为功是不可能实现的,故D错误;改变内能的方式有做功和热传递,吸收了热量的物体,其内能也不一定增加,E正确。

13.（5分）下列叙述中正确的是________（填正确答案标号。

选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分）

A.热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”

B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大

C.只要知道水的摩尔质量和水分子的质量,就可以计算出阿伏加德罗常数

D.由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势

E.用活塞压缩汽缸内的理想气体,对气体做了3.0×105J的功,同时气体向外界放出1.5×105J的热量,则气体内能增加了1.5×105J

【参考答案】．CDE　

【名师解析】热力学第二定律可描述的是热学现象中的方向;要注意热量可以从低温物体传递到高温物体,但要引起其他方面的变化,故选项A错误;分子间的相互作用力随着分子间距离的增大都是减小的,故选项B错误;由阿伏加德罗常数的定义可知,只要知道水的摩尔质量和水分子的质量,就可以计算出阿伏加德罗常数,故选项C正确;表面张力的形成是由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离;故液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势,故选项D正确;由热力学第一定律可知：

ΔU=W+Q,故ΔU=3.0×105J-1.5×105J=1.5×105J,故说明内能增加了1.5×105J,故选项E正确。

14.（多选）（2016·潍坊模拟）如图所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,在此过程中,以下判断正确的是（　　）

A.分子的平均动能增大B.吸收热量

C.放出热量D.外界对气体做正功

【参考答案】．AB　

【名师解析】　根据图象可知,沿图线由A状态变化到B状态,由于pV不断增大,则气体的温度不断升高,分子的平均动能增大,选项A正确;根据热力学第一定律可知ΔU=Q+W,温度升高,气体的内能增加,故ΔU>0,体积增大,气体对外做功,W<0,因此气体吸收热量,选项B正确,选项C、D错误。

15.（2016·漳州模拟）甲和乙两个分子,设甲固定不动,乙从无穷远处（此时分子间的分子力可忽略,取无穷远时它们的分子势能为0）逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中（　　）

A.分子间的引力和斥力都在减小B.分子间作用力的合力一直增大

C.分子间的力先做负功后做正功D.分子势能先减小后增大

【参考答案】．D　

【名师解析】　两分子相距无穷远时,分子间作用力为零,在相互靠近的过程中,分子间引力和斥力都逐渐增大,分子间作用力先表现为引力,逐渐增加,然后减小,当分子间距等于r0时,分子间作用力等于零,分子间距再减小则表现为逐渐增加的斥力,选项A、B错误;随着分子间距逐渐减小,分子间作用力先做正功后做负功,分子势能先减小后增加,选项C错误,选项D正确。

16.（多选）（2016·襄阳模拟）下列说法中正确的是（　　）

A.液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的

B.物体的温度越高,其分子的平均动能越大

C.物体里所有分子动能的总和叫作物体的内能

D.只有传热才能改变物体的内能

【参考答案】．AB　

【名师解析】　布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒引起的,选项A正确;温度越高,物体分子的平均动能越大,选项B正确;物体里所有分子动能与分子势能之和统称为物体内能,选项C错误;做功和热传递都可改变物体的内能,选项D错误。

17.（2016·漳州模拟）如图,竖直放置、开口向上的试管内用水银封闭一段理想气体,若大气压强不变,管内气体（　　）

A.温度升高,则体积减小B.温度降低,则压强减小

C.温度降低,则压强增大D.温度升高,则体积增大

【参考答案】．D　

【名师解析】温度升高,压强不变，则体积增大，选项D正确A错误。

温度降低,则压强不变，体积减小，选项BC正确。