新人教版高中物理选修33 章末小结与测评第十章热力学定律.docx

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新人教版高中物理选修33章末小结与测评第十章热力学定律

[高考真题体验]

1．[多选]（2017·全国卷Ⅱ）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。

现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。

待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。

假设整个系统不漏气。

下列说法正确的是（　　）

A．气体自发扩散前后内能相同

B．气体在被压缩的过程中内能增大

C．在自发扩散过程中，气体对外界做功

D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

解析：

选ABD　抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，B项正确，E项错误。

2．[多选]（2017·全国卷Ⅲ）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a。

下列说法正确的是（　　）

A．在过程ab中气体的内能增加

B．在过程ca中外界对气体做功

C．在过程ab中气体对外界做功

D．在过程bc中气体从外界吸收热量

E．在过程ca中气体从外界吸收热量

解析：

选ABD　ab过程中气体压强增大，体积不变，则温度升高，内能增加，A项正确；ab过程发生等容变化，气体对外界不做功，C项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc过程发生等温变化，内能不变，bc过程中气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，D项正确；ca过程发生等压变化，气体体积减小，外界对气体做功，B项正确；ca过程中气体温度降低，内能减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，E项错误。

3．[多选]（2017·江苏高考）一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其VT图象如图所示。

下列说法正确的有（　　）

A．A→B的过程中，气体对外界做功

B．A→B的过程中，气体放出热量

C．B→C的过程中，气体压强不变

D．A→B→C的过程中，气体内能增加

解析：

选BC　由题图可知，从A到B气体的体积减小，外界对气体做功，A项错误；从A到B过程气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B项正确；从B到C过程中是一个常数，气体发生的是等压变化，气体的温度降低，内能减少，C项正确，D项错误。

4．[多选]（2016·全国卷Ⅲ）关于气体的内能，下列说法正确的是（　　）

A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同

B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大

C．气体被压缩时，内能可能不变

D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关

E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

解析：

选CDE　气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，A错误；内能与物体的运动速度无关，B错误；气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确；一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，D正确；根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，E正确。

5．[多选]（2016·海南高考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其pV图象如图所示。

在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。

对于这两个过程，下列说法正确的是（　　）

A．气体经历过程1，其温度降低

B．气体经历过程1，其内能减小

C．气体在过程2中一直对外放热

D．气体在过程2中一直对外做功

E．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同

解析：

选ABE　气体经历过程1，气体始终与外界无热量交换，压强减小，体积变大，对外界做功，根据热力学第一定律，其内能减小，温度降低，选项A、B正确；气体在过程2中，先经历等容过程，体积不变，压强减小，则温度一定降低，对外放热，不对外做功；再经历等压过程，体积变大，对外界做功，又升温，所以是吸热过程，选项C、D错误；因为气体经历过程1和过程2的初、末状态相同，所以内能的改变量相同，选项E正确。

6．[多选]（2016·全国卷Ⅰ）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）

A．气体吸热后温度一定升高

B．对气体做功可以改变其内能

C．理想气体等压膨胀过程一定放热

D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

解析：

选BDE　根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，A错误；改变物体内能的方式有做功和热传递，对气体做功可以改变其内能，B正确；理想气体等压膨胀对外做功，根据＝恒量知，膨胀过程一定吸热，C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确；两个系统达到热平衡时，温度相等，如果这两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，E正确。

7．[多选]（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

解析：

选AB　在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A正确；根据＝C知，气体的压强增大，选项B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D错误。

8．（2015·福建高考）如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。

设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则（　　）

A．Tb>Tc，Qab>Qac

B．Tb>Tc，Qab

C．Tb＝Tc，Qab>Qac

D．Tb＝Tc，Qab

解析：

选C　由理想气体状态方程可知＝＝，即＝，得Tc＝Tb，则气体在b、c状态内能相等，因a到b和a到c的ΔU相同；而a到c过程中气体体积不变，W＝0，a到b过程中气体膨胀对外做功，W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，a到b的吸热Qab大于a到c的吸热Qac，即Qab>Qac。

选项C正确。

9．（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

解析：

选D　中午，车胎内气体温度升高，内能增大，车胎体积增大，气体对外做功。

选项D正确。

[阶段质量检测四]

（时间：

60分钟；满分：

100分）

一、单项选择题（本题共5小题，每小题6分，共30分）

1．如图所示的A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。

将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至如图所示位置停止，假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法中正确的是（　　）

A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量

B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量

C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同

D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同

解析：

选B　外界大气压力对水银做功，使水银进入管内，两装置将同样多的水银压入管中，故大气压力做功是相同的，这些功一部分增加了水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能。

由于A中水银重心高，增加的重力势能大，故A中水银的内能增量小，故B正确。

2．在以下事例中，通过热传递的方式来改变物体内能的是（　　）

A．两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高

B．冰在火炉加热下融化成水

C．点燃的爆竹在空中爆炸

D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热

解析：

选B　改变内能的方式有两种：

做功和热传递。

热传递指内能的转移，冰在火炉加热下融化成水，是内能的转移，B正确；两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，A错误；点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能和机械能，C错误；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，D错误。

3.如图所示，在实验室某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内（活塞与汽缸之间的摩擦忽略不计）。

用滴管将水缓慢滴注在活塞上，在此过程中，设外界环境温度不变，则有（　　）

A．气体对外界做功，气体内能减小

B．外界对气体做功，气体内能增加

C．外界对气体做功，气体内能不变

D．气体从外界吸热，气体内能不变

解析：

选C　因为汽缸和活塞的导热性能良好，且过程进行缓慢，故气体的温度与外界相同，所以气体内能不变，A、B错误；气体不断被压缩，体积减小，故外界对气体做功，由ΔU＝W＋Q可知气体放热，C正确，D错误。

4．一定质量的理想气体，在某一状态变化过程中，气体对外界做功8J，气体内能减少12J，则在该过程中（　　）

A．气体吸热4J　　　　　B．气体放热4J

C．气体吸热20JD．气体放热20J

解析：

选B　改变内能的方式有两种，即做功和热传递，气体内能变化ΔU＝W＋Q，即－12J＝－8J＋Q，可得Q＝－4J，即放热4J，选项B正确。

5.带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，变化过程如图所示。

设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则（　　）

A．pb>pc，Qab>QacB．pb>pc，Qab

C．pbQacD．pb

解析：

选C　根据＝常量，且Vb>Vc，Tb＝Tc，可得pbQac，C正确，D错误。

二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分）

6．关于热力学的有关问题，以下说法正确的是（　　）

A．热量可以自发地从低温物体传到高温物体

B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响

C．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行

D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会增加

解析：

选BC　宏观过程中与热现象有关的过程都具有方向性，由热力学第二定律知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A错误；根据热力学第二定律知，热机不可能把从单一热库吸收的热量全部变成功，而不产生其他影响，故B正确；根据熵增加原理知，一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故C正确；根据熵增加原理知，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，故D错误。

7．电冰箱的制冷设备是用机械的方式制造人工低温的装置，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，实现制冷作用，下列说法中正确的是（　　）

A．打开冰箱门让压缩机一直工作，可使室内温度逐渐降低

B．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量

C．在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量

D．电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律

解析：

选BC　电冰箱工作过程中，消耗电能的同时部分电能转化为内能，故打开冰箱门，室内温度不可能降低，选项A错误；制冷剂在内管道膨胀吸热，在外管道被压缩放热，选项B、C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律，选项D错误。

8.如图所示，导热的汽缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个水桶，水桶装满沙子时，活塞恰好静止。

现将水桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出，气缸外部温度恒定不变，则（　　）

A．缸内气体压强减小，内能增加

B．缸内气体压强增大，内能不变

C．缸内气体压强增大，内能减少

D．外界对缸内气体做功

解析：

选BD　分析活塞受力，活塞受到大气压力p0S竖直向上，内部气体压力pS和水桶重力mg，根据活塞平衡有p0S＝mg＋pS，随水桶重力减小，大气压力使得活塞向上运动，外界对缸内气体做功，选项D正确；由于汽缸导热，温度不变，汽缸内气体体积变小，压强变大，选项A错误；气体温度不变，内能不变，选项B正确，C错误。

三、非选择题（本题共4小题，共52分）

9.（10分）如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口距离h＝0.2m，活塞面积S＝10cm2，封闭气体的压强p＝5×104Pa，现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。

在此过程中封闭气体吸收了Q＝60J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦不计，则在此过程中气体内能增加了多少？

解析：

活塞上升过程中气体对外做功

W＝－pSh

根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W

代入数据解得

ΔU＝60J－5×104×10×10－4×0.2J＝50J。

答案：

50J

10．（12分）如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内，用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间无摩擦滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡，问：

（1）外界空气的温度是多少？

（2）在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？

解析：

（1）取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖—吕萨克定律有＝

得外界温度T＝T0＝T0。

（2）活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对气体做的功W＝－（mg＋p0S）d，

根据热力学第一定律得，密闭气体增加的内能

ΔU＝Q＋W＝Q－（mg＋p0S）d。

答案：

（1）T0　

（2）Q－（mg＋p0S）d

11.（14分）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示。

已知该气体在状态A时的温度为27℃，求：

（1）该气体在状态B时的温度；

（2）该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量大小。

解析：

（1）对于理想气体：

A→B，

由查理定律得：

＝

即：

TB＝TA＝100K，

所以：

tB＝TB－273℃＝－173℃。

（2）B→C过程，由盖—吕萨克定律得：

＝，

解得：

TC＝300K，所以：

tC＝27℃

A、C温度相等，ΔU＝0

A→C过程气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：

Q＝ΔU－W＝pΔV＝200J，即气体从外界吸热200J。

答案：

（1）－173℃　

（2）200J

12．（16分）如图所示，体积为V，内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度。

已知：

气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：

（1）汽缸内气体与大气压达到平衡状态时的体积V1；

（2）在活塞下降过程中，汽缸内气体放出热量的多少Q。

解析：

（1）在气体由压强p＝1.2p0下降到p0的过程中，V不变，温度由T＝2.4T0变为T1，

由查理定律得＝

得：

T1＝2T0

在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，

由盖—吕萨克定律得＝

解得：

V1＝0.5V。

（2）活塞下降过程中，活塞对气体做功W＝p0（V－V1）

在这一过程中，气体内能的减少量ΔU＝a（T1－T0）

由热力学第一定律得，

汽缸内气体放出的热量值Q＝W＋ΔU

得：

Q＝p0V＋aT0。

答案：

（1）0.5V　

（2）p0V＋aT0