第三章热力学定律 培优提升练（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第三册

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1、第三章热力学定律第三章热力学定律 培优提升练培优提升练 一、选择题 1(多选)(2020 湛江市二十一中高二月考)根据热力学定律，下列说法正确的是( ) A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 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科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机 答案 AB 解析 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，其过程消耗了电能，故 A 正确；空 调机在制冷过程中，把室内的热量向室外释放，消耗电能，产生热量，故从室内吸收的热量小于向室外放 出的热量，故 B 正确

2、；根据热力学第二定律，可知内燃机不可能成为单一热源的热机，故 C 错误；自然界 的能量不会减少，形成“能源危机”的原因是能源的品质下降，可利用的能源不断减少，故 D 错误 2(2020 全国卷)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_，不违背热力学第一 定律、但违背热力学第二定律的有_(填正确答案标号) A汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 C某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 D冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 答案 B C 解析 A 项符合热力学第一、第二定律冷水

3、和杯子温度不可能都变低，只能是一个升高一个降低，或温 度都不变，B 项描述违背了热力学第一定律C 项描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定 律 D 项中冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内， 不违背热力学第二定律 3 (2020 天津卷)水枪是孩子们喜爱的玩具， 常见的气压式水枪储水罐示意如图1.从储水罐充气口充入气体， 达到一定压强后，关闭充气口扣动扳机将阀门 M 打开，水即从枪口喷出若水在不断喷出的过程中，罐 内气体温度始终保持不变，则气体( ) 图 1 A压强变大 B对外界做功 C对外界放热 D分子平均动能变大 答案 B 解析 储水罐中封闭的气体可看作

4、理想气体， 温度不变， 体积增大， 由 pVC 可知， 压强变小， 故 A 错误； 气体体积增大，对外界做功，故 B 正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变， 故内能也不变，即 U0.由于气体对外界做功，即 W0，因此 气体吸热，故 C 错误；温度不变，分子平均动能不变，故 D 错误 4.(多选)(2020 湛江市二十一中高二月考)如图 2，一绝热容器被隔板 K 隔开 a、b 两部分已知 a 内有一定质 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( ) 图 2 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

5、变小，温度不变 D容器中的气体在足够长的时间内，还能全部自动回到 a 部分 答案 BC 解析 绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q0，稀薄气体向真空扩散没有做功，W0，由热力学 第一定律可知，气体内能不变，则温度不变，稀薄气体扩散，体积增大，压强必然减小，故 A 错误，B、C 正确；根据热力学第二定律可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故 D 错误 5(多选)(2020 全国卷改编)如图 3，一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( ) 图 3 A气体体积逐渐减小

6、，内能增知 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 答案 BCD 解析 温度不变，理想气体的内能不变，故 A 错误；根据玻意耳定律，体积减小，压强增大，故 B 正确； 根据 UWQ，内能不变，外界对气体做功，气体放出热量，故 C、D 正确 6(2020 张家口一中高二期中)一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由 V1膨胀到 V2.如果通过压强不变 的过程实现， 对外做功大小为 W1， 传递热量的值为 Q1， 内能变化为 U1； 如果通过温度不变的过程来实现， 对外做功大小为 W2，传递热量的值为 Q2，内能变化为 U2.则( ) AW1W2

7、，Q1U2 BW1U2 CW1W2.Q1Q2，U1U2 DW1W2，Q1Q2，U1U2 答案 C 解析 在pV图像中作出等压过程和等温过程的变化图线， 如图所示， 根据图线与坐标轴所围面积表示功， 可知：W1W2，第一种情况，根据pV T C 可知，气体压强不变，体积增大，因此温度升高，U10，根据热 力学第一定律有：U1Q1W1，第二种情况，气体等温变化，U20，根据热力学第一定律有：U2 Q2W2，则得：Q2W2，由上可得：U1U2.Q1Q2，C 正确 7.(2020 北京市学业考试)如图 4 所示的 VT 图像，一定质量的理想气体从状态 A 依次经过状态 B、C 和 D 后再回到状态 A

8、 完成一个循环过程，则( ) 图 4 A气体从状态 A 变化到状态 C 的过程当中，气体的内能减小 B气体从状态 C 变化到状态 D 的过程中，气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数增多 C气体从状态 D 变化到状态 A 的过程中，气体放热 D气体从状态 D 变化到状态 A 的过程中，气体吸热 答案 C 解析 气体从状态 A 到状态 C 的过程中，先经历一个等温压缩 A 到 B 过程，再经历一个等容升温 B 到 C 过 程，在 A 到 B 过程中，温度不变，内能不变，在 B 到 C 过程中，温度升高，内能增大，故 A 到 C 过程中， 内能增大，A 错误；气体从状态 C 到状态 D 的过程是一个等

9、温膨胀过程，压强减小，气体分子平均速率不 变，所以单位时间内碰撞容器壁的次数减少，B 错误；气体从状态 D 到状态 A 的过程是一个等容降温的过 程，根据热力学定律 UWQ，U0，W0，所以 Q0， 由热力学第一定律：UWQ，可知 Q0，但体积不变，说明外界没有对气体做功，气体也没有对外界做功，即 W0， 由热力学第一定律：UWQ，可知 Q0，所以是一个吸热过程，故 B 正确；从 P 到 Q 理想气体体积增 大，说明气体对外界做功，故 C 正确；从 Q 到 M 理想气体体积不变，说明了外界没有对气体做功，气体也 没有对外界做功，即 W0，故 D 错误 9.(多选)一定质量的理想气体，从状态 A

10、 变化到状态 B，再变化到状态 C，变化过程的 pV 图像如图 6 所 示，已知状态 A 时气体温度为 200 K下列说法正确的是( ) 图 6 A状态 B 时气体温度是 600 K B状态 C 时气体温度是 600 K C状态 A 到 B 的过程，气体放热 D状态 A 到 B 再到 C 的过程，气体内能先增大后减小 答案 AD 解析 从 A 到 B 为等容变化，则 W0，则由查理定律可得 TBpB pATA600 K，温度升高，则 U0，则由 热力学第一定律可知，气体吸热，选项 A 正确，C 错误从 B 到 C 为等压变化，则由盖吕萨克定律可得 TCVC VBTB200 K，B 错误状态 A

11、 到 B 再到 C 的过程，气体温度先升高后降低，可知气体的内能先增大后 减小，选项 D 正确 二、非选择题 10(2020 江苏卷)一定质量的理想气体从状态 A 经状态 B 变化到状态 C，其 p1 V图像如图 7 所示，求该过 程中气体吸收的热量 Q. 图 7 答案 2105 J 解析 气体由 AB 为等压变化过程，则外界对气体做的功 W1p(VAVB) 气体由 BC 为等容变化过程，则 W20 根据热力学第一定律得 U(W1W2)Q A 和 C 的温度相等 U0 代入数据解得 Q2105 J. 11.(2020 牡丹江一中月考)如图 8 所示，一圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，通过绝热活

12、塞封闭着一定质 量的理想气体活塞的质量为 m，横截面积为 S，与容器底部相距 h.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸 收热量 Q 时停止加热，活塞上升了 2h 并稳定，此时气体的热力学温度为 T1.已知大气压强为 p0，重力加速 度为 g，活塞与汽缸间无摩擦且不漏气求： 图 8 (1)加热过程中气体的内能增加量； (2)停止对气体加热后，在活塞上缓缓添加砂粒，当添加砂粒的质量为 m0时，活塞恰好下降了 h.求此时气体 的温度 答案 (1)Q2(p0Smg)h (2)2 3(1 m0g p0Smg)T1 解析 (1)等压过程气体的压强为 p1p0mg S ， 则气体对外做功为 Wp1S(2h)2(p0Smg)h 由热力学第一定律得 UQW， 解得 UQ2(p0Smg)h； (2)停止对气体加热后，活塞恰好下降了 h，设此时气体的温度为 T2 则初态 p1p0mg S ，V13hS，热力学温度为 T1， 末态 p2p0m0mg S ，V22hS，热力学温度为 T2 由p1V1 T1 p2V2 T2 ，解得 T22 3(1 m0g p0Smg)T1.