2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)課時(shí)跟蹤檢測(cè)五十四熱力學(xué)定律與能量守恒定律

課時(shí)跟蹤檢測(cè)（五十四）熱力學(xué)定律與能量守恒定律1．(2024·天津等級(jí)考)(多選)列車運(yùn)行的平穩(wěn)性與車廂的振動(dòng)親密相關(guān)，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、汽缸及內(nèi)封的肯定質(zhì)量的氣體構(gòu)成。上下乘客及猛烈顛簸均能引起車廂振動(dòng)，上下乘客時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積改變緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；猛烈顛簸時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積改變較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換。若汽缸內(nèi)氣體視為志向氣體，在氣體壓縮的過(guò)程中()A．上下乘客時(shí)，氣體的內(nèi)能不變B．上下乘客時(shí)，氣體從外界吸熱C．猛烈顛簸時(shí)，外界對(duì)氣體做功D．猛烈顛簸時(shí)，氣體的溫度不變解析：選AC上下乘客時(shí)汽缸內(nèi)氣體與外界有充分的熱交換，即發(fā)生等溫改變，溫度不變，故氣體的內(nèi)能不變，在體積壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，故氣體向外界放熱，A正確，B錯(cuò)誤；猛烈顛簸時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積改變較快，且氣體與外界來(lái)不及熱交換，氣體經(jīng)驗(yàn)絕熱過(guò)程，外界對(duì)氣體做功，氣體的溫度上升，C正確，D錯(cuò)誤。2.如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有志向氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法不正確的是()A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功解析：選C抽開(kāi)隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界不做功，與外界沒(méi)有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A正確，C錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，D正確；由于氣體與外界沒(méi)有熱交換，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知，氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大，B正確。3.(多選)如圖所示是某噴水壺示意圖。未噴水時(shí)閥門K閉合，壓下壓桿A可向瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)氣室充氣。多次充氣后按下按柄B打開(kāi)閥門K，水會(huì)自動(dòng)經(jīng)導(dǎo)管從噴嘴噴出。儲(chǔ)氣室氣體可視為志向氣體，充氣和噴水過(guò)程溫度保持不變，則()A．充氣過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體的內(nèi)能增大B．充氣過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能減小C．噴水過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小D．噴水過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體放熱解析：選AC充氣過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體的質(zhì)量增加，氣體的溫度不變，故氣體分子的平均動(dòng)能不變，氣體內(nèi)能增大，A正確，B錯(cuò)誤；噴水過(guò)程中，氣體體積增大，氣體對(duì)外做功，而氣體溫度不變，則氣體內(nèi)能不變，氣體吸熱，由eq\f(pV,T)＝C可知，氣體壓強(qiáng)減小，C正確，D錯(cuò)誤。4．(2024·海南高考)(多選)如圖，肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a動(dòng)身，經(jīng)過(guò)等容過(guò)程到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程到達(dá)狀態(tài)c，直線ac過(guò)原點(diǎn)。則氣體()A．在狀態(tài)c的壓強(qiáng)等于在狀態(tài)a的壓強(qiáng)B．在狀態(tài)b的壓強(qiáng)小于在狀態(tài)c的壓強(qiáng)C．在b→c的過(guò)程中內(nèi)能保持不變D．在a→b的過(guò)程對(duì)外做功解析：選AC依據(jù)V＝eq\f(C,p)T可知，因直線ac過(guò)原點(diǎn)，可知在狀態(tài)c的壓強(qiáng)等于在狀態(tài)a的壓強(qiáng)，b點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率小于c點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率，可知在狀態(tài)b的壓強(qiáng)大于在狀態(tài)c的壓強(qiáng)，A正確，B錯(cuò)誤；在b→c的過(guò)程中溫度不變，則氣體的內(nèi)能保持不變，C正確；在a→b的過(guò)程中，氣體的體積不變，則氣體不對(duì)外做功，D錯(cuò)誤。5.如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)b、c和d再回到狀態(tài)a的過(guò)程，a→b是溫度為T1的等溫過(guò)程，c→d是溫度為T2的等溫過(guò)程，b→c和d→a為絕熱過(guò)程(氣體與外界無(wú)熱量交換)，這就是聞名的“卡諾循環(huán)”?？ㄖZ循環(huán)構(gòu)建了從單一熱源汲取熱量用來(lái)做功的志向過(guò)程，符合卡諾循環(huán)的熱機(jī)的效率為η＝1－eq\f(T2,T1)。下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)→b過(guò)程氣體對(duì)外界做功且汲取熱量B．b→c過(guò)程氣體對(duì)外做的功小于氣體內(nèi)能的削減量C．c→d過(guò)程單位時(shí)間內(nèi)碰撞器壁單位面積的分子數(shù)削減D．由卡諾循環(huán)可知熱機(jī)效率可能達(dá)到100%解析：選Aa→b過(guò)程為等溫過(guò)程，溫度不變，氣體的內(nèi)能不變，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知?dú)怏w從外界汲取熱量，故A正確；b→c過(guò)程中，絕熱膨脹，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知b→c過(guò)程氣體對(duì)外做的功等于氣體內(nèi)能的削減量，故B錯(cuò)誤；c→d為等溫過(guò)程，壓強(qiáng)變大，體積減小，因?yàn)闇囟炔蛔?，故氣體分子的平均動(dòng)能不變，壓強(qiáng)變大說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，故C錯(cuò)誤；熱機(jī)在工作時(shí)不行避開(kāi)地要克服機(jī)械部件間的摩擦做額外功，并且還存在熱量損失，機(jī)械效率不行能達(dá)到100%，故D錯(cuò)誤。6．如圖所示，用帶孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶?jī)?nèi)快速打氣，在瓶塞彈出前，外界對(duì)氣體做功15J，橡皮塞的質(zhì)量為20g，橡皮塞被彈出的速度為10m/s，若橡皮塞增加的動(dòng)能占?xì)怏w對(duì)外做功的10%，瓶?jī)?nèi)的氣體可視為志向氣體。則瓶?jī)?nèi)氣體的內(nèi)能改變量為_(kāi)_______J，瓶?jī)?nèi)氣體的溫度________(選填“上升”“不變”或“降低”)。解析：由題意可知，氣體對(duì)外做的功W對(duì)外＝eq\f(\f(1,2)mv2,η)＝eq\f(\f(1,2)×0.02×102,0.1)J＝10J，由題意可知，向瓶?jī)?nèi)快速打氣，在整個(gè)過(guò)程中，可認(rèn)為氣體與外界沒(méi)有熱交換，即Q＝0，則氣體內(nèi)能的改變量ΔU＝W＋Q＝15J－10J＋0＝5J，氣體內(nèi)能增加，溫度上升。答案：5上升7．(2024·江蘇高考)如圖所示，肯定質(zhì)量志向氣體被活塞封閉在汽缸中，活塞的面積為S，與汽缸底部相距L，汽缸和活塞絕熱性能良好，氣體的壓強(qiáng)、溫度與外界大氣相同，分別為p0和t0。現(xiàn)接通電熱絲加熱氣體，一段時(shí)間后斷開(kāi)，活塞緩慢向右移動(dòng)距離L后停止，活塞與汽缸間的滑動(dòng)摩擦力為f，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，整個(gè)過(guò)程中氣體汲取的熱量為Q，求該過(guò)程中：(1)內(nèi)能的增加量ΔU；(2)最終溫度T。解析：(1)活塞移動(dòng)時(shí)受力平衡，有p1S＝p0S＋f，氣體對(duì)外界做功W＝p1SL，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝Q－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f))L。(2)活塞發(fā)生移動(dòng)前為等容改變，eq\f(p0,t0)＝eq\f(p1,t1)，活塞向右移動(dòng)L的過(guò)程為等壓改變，eq\f(V1,t1)＝eq\f(V2,T)，且V2＝2V1，解得T＝eq\f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f)),p0S)t0。答案：(1)Q－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f))L(2)eq\f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f)),p0S)t08．(2024·浙江1月選考)某探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封肯定質(zhì)量的志向氣體，活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng)。起先時(shí)氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A。環(huán)境溫度上升時(shí)容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)B。活塞保持不動(dòng)，氣體被接著加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器。從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J。取大氣壓p0＝0.99×105Pa，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強(qiáng)；(3)由狀態(tài)A到狀態(tài)C過(guò)程中從外界汲取熱量Q。解析：(1)由狀態(tài)A到狀態(tài)B為等壓改變，依據(jù)蓋-呂薩克定律eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)得TB＝eq\f(VB,VA)TA＝eq\f(33,30)×300K＝330K。(2)由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容改變，依據(jù)查理定律eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)，其中pB＝p0＋eq\f(mg,S)＝1