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1、(通用版)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時檢測(七十七)熱力學(xué)定律(重點(diǎn)突破課)(含解析)
1.(多選)如圖所示,導(dǎo)熱的汽缸固定在水平地面上,用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中,汽缸內(nèi)部光滑。現(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿,使活塞緩慢地向右移動,在此過程中,如果環(huán)境溫度保持不變,下列說法正確的是( )
A.氣體分子平均動能不變
B.氣體內(nèi)能減小
C.氣體吸收熱量
D.氣體內(nèi)能不變,卻對外做功,此過程違背熱力學(xué)第一定律,不可能實(shí)現(xiàn)
E.氣體是從單一熱庫吸熱,全部用來對外做功,但此過程不違背熱力學(xué)第二定律
解析:選ACE 環(huán)境溫度保持不變,由于汽缸導(dǎo)熱,則汽缸內(nèi)氣體溫度不變,故氣體
2、分子平均動能不變,故A正確;一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟溫度有關(guān),溫度不變,則氣體內(nèi)能不變,故B錯誤;氣體溫度不變,內(nèi)能不變,體積膨脹時對外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律知,氣體一定吸熱,故C正確;氣體內(nèi)能不變,對外做功,從外界吸收熱量,不違背熱力學(xué)第一定律,可以實(shí)現(xiàn),故D錯誤;由熱力學(xué)第二定律知,不可能從單一熱庫吸熱全部用來做功而不引起其他變化,該氣體是從單一熱庫吸熱,全部用來對外做功,此過程是在外界的影響下發(fā)生的,所以不違背熱力學(xué)第二定律,故E正確。
2.(多選)(2016·海南高考)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過程1或者過程2到達(dá)狀態(tài)N,其p -V圖像如圖所示。在過程1中,氣體始終與外界
3、無熱量交換;在過程2中,氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對于這兩個過程,下列說法正確的是( )
A.氣體經(jīng)歷過程1,其溫度降低
B.氣體經(jīng)歷過程1,其內(nèi)能減小
C.氣體在過程2中一直對外放熱
D.氣體在過程2中一直對外做功
E.氣體經(jīng)歷過程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過程2的相同
解析:選ABE 氣體經(jīng)歷過程1,壓強(qiáng)減小,體積變大,膨脹對外做功,且與外界無熱量交換,則內(nèi)能減小,故溫度降低,選項A、B正確;氣體在過程2中,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=C,開始時,氣體體積不變,壓強(qiáng)減小,則溫度降低,對外放熱;然后壓強(qiáng)不變,體積變大,膨脹對外做功,則溫度升高,吸熱,選項C、D錯誤;無論是經(jīng)歷過程1
4、還是過程2,氣體初、末狀態(tài)相同,故內(nèi)能改變量相同,選項E正確。
3.(多選)下列說法正確的是( )
A.氣體內(nèi)熱運(yùn)動速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例與溫度有關(guān)
B.功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量,但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功
C.空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時水的飽和汽壓之比叫空氣的相對濕度
D.一定質(zhì)量的理想氣體,在體積不變時,分子每秒與器壁的碰撞次數(shù)隨著溫度降低而減小
E.一定質(zhì)量的理想氣體,當(dāng)氣體溫度升高時,因做功情況不明確,其內(nèi)能不一定增大
解析:選ACD 溫度越高,氣體內(nèi)熱運(yùn)動速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例越大,A正確;功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量,根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,在外界的影響下熱量也
5、可以全部轉(zhuǎn)化為功,B錯誤;由空氣的相對濕度定義知,C正確;一定質(zhì)量的理想氣體,在體積不變時,溫度降低,壓強(qiáng)減小,根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀解釋可知,分子每秒與器壁碰撞的次數(shù)減小,D正確;一定質(zhì)量的理想氣體,分子勢能不計,當(dāng)氣體溫度升高時,分子熱運(yùn)動的平均動能增大,故內(nèi)能一定增大,E錯誤。
4.(2018·江蘇高考)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時壓強(qiáng)為2.0×105 Pa,經(jīng)歷A→B→C→A的過程,整個過程中對外界放出61.4 J熱量。求該氣體在A→B過程中對外界所做的功。
解析:整個過程中,外界對氣體做功W=WAB+WCA,
且WCA=pA(VC-VA),
由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W
6、,得WAB=-(Q+WCA),
代入數(shù)據(jù)得WAB=-138.6 J,
即氣體對外界做的功為138.6 J。
答案:138.6 J
5.如圖所示的p -V圖像記錄了一定量的理想氣體經(jīng)歷的緩慢變化過程A→B→C,其中AB段是體積保持不變的過程,BC段是絕熱過程。已知該理想氣體內(nèi)能與溫度的關(guān)系為U=CT,其中C=10 J/K,A點(diǎn)的熱力學(xué)溫度為TA=450 K。求B→C過程中外界對氣體所做的功。
解析:A→B過程為等容變化,由查理定律有=
得:TB=189 K
等容過程沒有做功,由熱力學(xué)第一定律,此過程放熱
Q=C(TA-TB)=2 610 J
對A、C兩狀態(tài),由理想氣體狀態(tài)
7、方程有=
得:TC= 300 K
B→C過程無熱傳遞,A→B過程無做功,對A→B→C全過程,由熱力學(xué)第一定律有C(TC-TA) =W-Q
得:B→C過程外界對氣體做功W=1 110 J。
答案:1 110 J
6.如圖所示,體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞;汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強(qiáng)為1.2p0的理想氣體,p0和T0分別為外界大氣的壓強(qiáng)和溫度。已知:氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U=aT,a為正的常量;缸內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的,求:
(1)缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時的體積V1;
(2)在活塞下降過程中,缸內(nèi)氣體放出的熱量Q。
解析:(1)在氣體壓強(qiáng)由1.2p0減小到p0時,V不變,溫度由2.4T0變?yōu)門1,由查理定律得:=,
解得:T1=2T0
在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中,體積由V減小到V1,氣體壓強(qiáng)不變,由蓋-呂薩克定律得:=,
解得:V1=0.5V。
(2)活塞下降過程中,
活塞對氣體做的功為W=p0(V-V1)
在這一過程中,氣體內(nèi)能的減少量為ΔU=a(T1-T0)
由熱力學(xué)第一定律得,缸內(nèi)氣體放出的熱量為
Q=W+ΔU
解得:Q=p0V+aT0。
答案:(1)0.5V (2)p0V+aT0