【高考突破方案】第十三章 第3讲热力学定律与能量守恒 -强化训练（解析版）高考物理一轮复习

第十三章 热学
第3讲 热力学定律与能量守恒
1.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程(　　)
A.气体从外界吸收热量2.0×105 J
B.气体向外界放出热量2.0×105 J
C.气体从外界吸收热量6.0×104 J
D.气体向外界放出热量6.0×104 J
【解析】 B　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝ΔU－W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，即气体向外界放出热量2.0×105 J，B正确.
2.根据热力学定律，下列说法错误的是(　　)
A.电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
【解析】 C　热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，A正确；空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B正确；不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误；根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，故D正确.
3.一定质量的理想气体从状态M经历过程1或者过程2到达状态N，其p-V图像如图所示.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.状态M、N的温度分别为TM、TN，在过程1、2中气体对外做功分别为W1、W2，则(　　)
A.TM＝TN B.TMW2 D.W1【解析】 C　在1的过程中，从M到N，体积变大，对外做功，由于与外界无热交换，可知内能减小，温度降低，即TM>TN，A、B错误；根据W＝pΔV可知气体对外做功等于pV图像与坐标轴围成的面积大小，由图像可知W1>W2，C正确，D错误.
　4.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.下列说法错误的是(　　)
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
【解析】 C　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，B项正确.
　5.(多选)如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦.现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降.环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态.在活塞下降过程中(　　)
A.气体体积逐渐减小，内能增加
B.气体压强逐渐增大，内能不变
C.气体压强逐渐增大，放出热量
D.外界对气体做功，气体内能不变
E.外界对气体做功，气体吸收热量　　
【解析】 BCD　汽缸导热，环境温度保持不变，气体进行的是等温变化，气体的内能不变，A错误；根据玻意耳定律，气体体积减小时，气体的压强增大，B正确；由于气体体积减小，此时外界对气体做功，根据ΔU＝Q＋W可知，气体放出热量，C、D正确，E错误.
　6.(多选)如图所示是一定质量理想气体的状态变化图线.已知a→d是等温膨胀过程，则对于图中所示的4个过程中，以下说法中错误的是(　　)
A.a→b过程气体对外做功最多，内能增加也最多
B.a→c可能既不吸热也不放热
C.a→e过程气体内能的减少量不可能恰好等于气体对外做的功
D.b、c、d、e各状态下，单位体积内的气体分子个数都相同
【解析】 BC　由图示图像可知，b、c、d、e点的体积V相等，pb＞pc＞pd＞pe，由查理定律＝C可知Tb＞Tc＞Td＞Te，a→d是等温膨胀过程，则Ta＝Td，从a到b、c、d、e过程体积变化量ΔV相同，气态对外做功W＝pΔV，a→b过程气体压强不变，a→c、a→d、a→e过程压强减小，则a→b过程气体对外做功最多，a→b过程气体温度升高最大，气体内能增加最多，故A正确；a→c过程气体体积增大，气体对外做功，a→c过程气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B错误；a→e过程气体温度降低，内能减少，气体体积增大，气体对外做功，气体内能的减少量可能等于气体对外做的功，故C错误；b、c、d、e各状态下气体体积相等，分子数密度相等，即单位体积内的气体分子个数相等，故D正确.故选BC.
7.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其pV图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为a(V0，p0)、b(3V0，p0)、c(3V0，5p0)，下列说法正确的是(　　)
A.在a→b过程中，气体温度逐渐升高
B.在b→c过程中，气体向外界放热
C.在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D.气体在c→a过程中的内能减少量小于气体在b→c过程中的内能增加量
【解析】 AC　在a→b过程中，气体压强不变，根据理想气体状态方程＝C可知，当体积V增大时，温度T增大，所以a→b过程气体温度逐渐升高，故A正确；b→c过程气体做等容变化，气体和外界没有做功关系，根据理想气体状态方程＝C可知，当压强p增大时，温度T增大，气体内能增加，再根据ΔU＝Q＋W可知，气体吸收热量，故B错误；在c→a过程中，由理想气体状态方程可得＝可得Ta＝Tc，即c→a过程，气体温度降低，内能减少，即ΔU<0，又由c→a过程，体积减小，外界对气体做功，即W>0，根据ΔU＝Q＋W，可知Q<0，且|Q|>|W|，故C正确；设a状态时的温度为T0，由理想气体状态方程可得＝＝，解得Tb＝3T0，Tc＝15T0，c→a过程温度降低了14T0，b→c过程温度升高了12T0，故c→a过程中的内能减少量大于气体在b→c过程中的内能增加量，故D错误.
　8.炎热的夏天，在高速公路上行驶的汽车极易发生“爆胎”的现象，从而引发车祸，必须引起人们足够的重视.一辆停在地下车库内的汽车，行驶前轮胎内气体压强为2.5 atm，温度为27 ℃；该汽车从车库驶出后奔向高速公路，在高速公路上长时间行驶导致爆胎，爆胎时胎内气体的压强为2.8 atm，轮胎中的空气可看作理想气体.已知T＝t＋273 K，爆胎前轮胎体积可视为不变.
(1)求爆胎时轮胎内气体的温度；
(2)若爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，则此过程胎内原有气体的内能如何变化？简要说明理由.
【解析】 (1)气体作等容变化，
由查理定律得＝，
其中T1＝t1＋273，T2＝t2＋273，
p1＝2.5 atm，t1＝27 ℃，
p2＝2.8 atm，
解得t2＝63 ℃.
(2)气体膨胀对外做功，没有吸收或放出热量，据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得ΔU<0，即内能减少.