高中物理【热力学定律与能量守恒定律】典型题(带解析)

高中物理

【热力学定律与能量守恒定律】典型题1．(多选)下列对热学相关知识的判断中正确的是()

A．对一定质量的气体加热，其内能一定增大

B．物体温度升高时，物体内的每个分子的速率都将增大

C．对一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大

D．功转化为热的实际宏观过程是不可逆过程

解析：选CD．气体内能变化由做功和热传递共同决定，A错误；温度升高，分子的平均动能增大，部分分子速率也会减小，B错误；理想气体压强和体积增大，温度一定增大，内能一定增大，C正确；一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，D正确．2．根据学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()

A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能

B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体

C．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃

D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来

解析：选A．机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B 错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293 ℃，只能无限接近－273.15 ℃，C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D 错误．

3．(多选)下列说法中正确的是()

A．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动

B．气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律

C．随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小

D．一定量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变

解析：选AB．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动，在较暗的房间里可以观察到射入屋内的阳光中有悬浮在空气里的小颗粒在飞舞，是由于气体的流动造成的，这不是布朗运动，故A正确；麦克斯韦提出了气体分子速率分布的规律，即“中间多，两头少”，故B正确；分子力的变化比较特殊，随着分子间距离的增大，分子间作用力不一定减小，当分子表现为引力时，分子力做负功，分子势能增大，故C错误；一定量理想气体发生绝热膨胀时，不吸收热量，同时对外做功，其内能减小，故D错误．4．(多选)夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是()

A．气体的内能减少

B．气体的内能不变

C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低

D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了

解析：选AC．气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C正确．

5．(多选)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

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，气体对外界做正功，

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．

6．(2019·全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．

解析：活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU ＝W ＋Q 知，气体内能减少，温度降低．气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度．

答案：低于 大于

7.如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L 、底面积为S ，缸内有一个质量为m 的活塞，封闭了一定质量的理想气体．温度为热力学温度T 0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L 0.已知重力加速度为g ，大气压强为p 0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求：

(1)采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？

(2)从开始升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少？

(3)当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为ΔU ，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？

解析：(1)气体等压变化，由盖－吕萨克定律得：

L 0S T 0

＝LS T ， 解得：T ＝LT 0L 0

. (2)对活塞，由平衡条件得：mg ＋pS ＝p 0S ，

气体做功：W ＝Fl ＝pSl ＝pS (L －L 0)，

解得：W ＝(p 0S －mg )(L －L 0)．

(3)由热力学第一定律得：ΔU ＝－W ＋Q ，