3.热力学定律与能量守恒作业（答案+解析）_4.2025物理总复习_2023年新高复习资料_专项复习_思维导图破解高中物理（导图+PPT课件+逐字稿）

热力学定律与能量守恒作业题 作业题目难度分为3档：三星☆☆☆（基础题目） 四星☆☆☆☆（中等题目） 五星☆☆☆☆☆（较难题目） 本套作业题目1-10题为三星,11-13为四星，14-17为五星。 1．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N 两筒间密闭了一定质量 的气体，M可沿N 的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在 M向 下滑动的过程中( ) ☆☆☆ A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小 答案解析：M 向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，W＞0， 下滑过程不与外界发生热交换，Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知内能 增大，A正确，B、C、D错误． 2．关于热力学定律，下列说法正确的是( ) ☆☆☆ A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D．不可能使热量从低温物体传向高温物体 E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 答案解析：改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必 须对物体做功或向它传递热量，选项 A 正确；对物体做功的同时向外界放热， 则物体的内能可能不变或减小，选项 B 错误；根据热力学第二定律可知，在对 外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，选项 C 正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，选项 D 错误；根据热力学第二定律可知，选项E正确． 3.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒， 猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( ) ☆☆☆ A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 答案解析：猛推推杆，封闭在套筒中的气体被压缩，外界对气体做功，套筒由牛 角做成，导热能力很差，且压缩过程用时极短，故压缩过程可看做绝热过程．由 pV ΔE＝W 可知气体的内能增加，温度升高，根据 ＝C 可知因 T 增大，V 减小， T 故p增大，选项B 正确． 4.如图所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔 板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．气缸壁和隔板均绝热．初始 时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时 间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比( ) ☆☆☆ A．右边气体温度升高，左边气体温度不变 B．左右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 答案解析：由于气缸壁和隔板都绝热，内部气体之间、内部气体与外界气体之间 都没有热传递．当电热丝通电后，右边的气体温度升高、压强增大而左边气体压 强不变，右边气体对隔板的压力大于左边，将隔板向左推，压缩左边的气体做功， 根据热力学第一定律，左边气体的内能增加，气体的温度升高，左边的气体压强 增大，A错误，BC 正确；由于右边气体通过隔板对左边气体做功要消耗内能，右边气体内能的增加量为电热丝放出的热量减去对左边气体所做的功，D错． 5．关于物体的内能及热力学定律，下列说法正确的是( ) ☆☆☆ A．物体的内能是指物体内所有分子动能和所有分子势能的总和，物体内能的多 少，跟物体的种类、质量、物态、温度、体积都有关 B．系统对外界做功，同时系统吸热，则系统的温度一定变化 C．一定质量的理想气体，保持压强不变，吸热膨胀，气体的内能一定增加，吸 收的热量一定大于内能的增量 D．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此都不可能 制成 E．对任何一类宏观自然过程进行方向性的说明，都可以作为热力学第二定律的 表述，例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的 答案解析：物体的内能是指物体内所有分子动能和所有分子势能的总和，物体的 内能的多少，是由系统状态决定的，跟物体的种类、质量、物态、体积均有关， 选项 A 正确；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知，系统对外做功，同时系统吸 热，若 Q＝－W，内能不变，温度可能不变，若 Q≠－W，内能一定变化，温度 可能变化，选项 B 错误，一定质量的理想气体，保持压强不变，体积膨胀，则 气体的温度一定升高，内能一定增加，吸收热量的同时气体对外做功，故吸收热 量一定大于内能的增量，选项 C 正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二 类永动机违背热力学第二定律，并不违背热力学第一定律，故选项 D 错误；热 力学第二定律揭示了一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行， 即自然界的一切宏观过程进行都具有方向性，在不产生其他影响的情况下，都是 不可逆的，选项E 正确． 6．下列说法中正确的是( ) ☆☆☆ A．气体的状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增加，气体的压强一定 增大 B．晶体和非晶体的主要区别在于晶体具有固定的熔点 C．一切自发过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行D．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，但斥力减小得更快， 所以分子间的作用力表现为引力 E．一定质量的理想气体，放热的同时外界对其做功，其内能可能减少 答案解析：气体的温度升高，气体的内能增加，但气体的压强不一定增大，故选 项A 错误；晶体有固定的熔点，非晶体没有固有熔点，选项 B 正确；一切自发 的过程总是向着分子无序程度增大的方向进行，符合熵增原理，选项 C 正确； 随着分子间距离增大，分子间相互作用的引力和斥力都随距离的增大而减小，斥 力减小比引力减小的快，但分子间作用力在距离较小时表现为斥力，在距离较大 时表现为引力，故选项 D 错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，放热的同 时对其做功，其内能可能减小，选项E正确． 7．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是( ) ☆☆☆ A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B．若气体的内能不变，其状态也一定不变 C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大 D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大 pV 答案解析：对一定质量的理想气体，有 ＝常量，当体积和压强不变时，温度 T 也不变，而其内能仅由温度决定，故其内能不变，因此 A 正确．在等温时，理 pV 想气体内能不变，但其状态可以变化，并遵循玻意耳定律，故 B 错．由于 ＝ T 常量，当V与T 成正比时，p不变，故C 错．对气体，在等压和等容情况下，比 热容不同，因此 D 正确．由于理想气体的内能仅由温度决定，温度升高，内能 增大，故E 正确． 8.一定质量的理想气体状态变化过程如图所示，第1种变化是从A 到B，第2种 变化是从A 到C.比较两种变化过程，则( ) ☆☆☆ A．A到C 过程气体吸收热量较多B．A到B 过程气体吸收热量较多 C．两个过程气体吸收热量一样 D．两个过程气体内能增加不相同 答案解析：在p­T 图中，等容线是过原点的倾斜直线，由题图可知V ＞V ＞V ， C A B 故从 A→C，气体对外做功较多，由 T ＝T 可知两过程内能增量相同，根据ΔU B C ＝W＋Q可知，从A→C，气体吸收热量较多，选项A正确，而B、C、D 错误． 9．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 E．自然界中的能量虽然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故 要节约能源 答案解析：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；自然界中的能量在数量上是守恒的，但能量在转化过程中，品质逐渐降 低，可利用的能源在逐渐减少，故要节约能源，E正确． 10．关于物体的内能，以下说法中正确的是( ) ☆☆☆ A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少 C．物体体积改变，内能可能不变 D．不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功 E．质量相同的 0 ℃的水的内能比0 ℃的冰的内能大 答案解析：物体吸收热量，若同时对外做功，其内能可能减少，选项 A 错误；根据热力学第一定律，物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，选项 B 正确；物体体积改变，例如理想气体体积改变，只要温度不变，其内能不变，选 项C 正确；可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他变化， 选项D错误；0 ℃的水变成 0 ℃的冰需要放出热量，故质量相同的0 ℃的水的 内能比0 ℃的冰的内能大，选项E正确． 11．下列关于热力学第二定律的说法中正确的是( ) ☆☆☆☆ A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 E．热运动的宏观过程有一定的方向性 答案解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选 项A 错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项 B 正确；机 械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项 C 正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项 D 错误；热运动的宏观过程有 一定的方向性，选项E 正确． 12．关于热力学定律，下列说法正确的是( ) ☆☆☆☆ A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功可以改变其内能 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼 此之间也必定达到热平衡 答案解析：若气体吸热的同时对外做功，则其温度不一定升高，选项 A 错误； 做功是改变物体内能的途径之一，选项 B 正确；理想气体等压膨胀，气体对外pV 做功，由理想气体状态方程 ＝C知，气体温度升高，内能增加，故一定吸热， T 选项 C 错误；根据热力学第二定律知选项 D 正确；如果两个系统分别与状态确 定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统与第三个系统的温度均相等，则这 两个系统之间也必定达到热平衡，故选项E正确． 13.一定质量的理想气体在初状态(状态 A)时温度为 T ，压强 p ＝2.0×105 Pa，内 0 0 能为20J，其体积V 与热力学温度T 间的关系如图所示，线段 AB、BC分别与 V 轴和T轴平行．假设理想气体的内能与热力学温度的二次方成正比．☆☆☆☆ (1)求状态C 时的压强p . C (2)若气体从状态 A 变化到状态 C 的过程中，对外界做的功为 10J，则此过程中 气体________(选填“吸收”或“放出”)________J 热量． 答案解析：(1)从A 到 B 发生等温变化，有 p V ＝p ·2V ，从 B 到 C 发生等容变 0 0 B 0 p p 3p 化，有 B＝ C，联立解得p ＝ 0＝3.0×105Pa. C T 3T 2 0 0 (2)因理想气体的内能与热力学温度的二次方成正比，所以在状态C时内能为180 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 得Q＝170J，所以此过程吸收热量170J. 14.如图所示p-V 图像中，一定质量的理想气体由状态 A 经过ACB 过程至状态 B， 气体对外做功280J，放出热量410 J；气体又从状态B 经BDA 过程回到状态 A， 这一过程中外界对气体做功 200J. ☆☆☆☆☆ (1)ACB 过程中气体的内能如何变化？变化了多少？ (2)BDA 过程中气体吸收还是放出多少热量？ 答案解析：(1)ACB 过程中，W ＝－280J，Q ＝－410J 1 1由热力学第一定律得U －U ＝W ＋Q ＝－690J B A 1 1 气体的内能减少，减少量为 690J. (2)因为一定质量理想气体的内能只与温度有关，BDA 过程中气体内能变化量： U －U ＝690J A B 由题知W ＝200J 2 由热力学第一定律得U －U ＝W ＋Q A B 2 2 解得Q ＝490J 2 即吸收热量490J. 15.如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的倒 U形管竖直放置，右端 与大气相通，左端封闭气柱长 L ＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等 1 高．先将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后左管水银面高出右管水银面 h＝ 10cm.(环境温度不变，大气压强 p ＝75cmHg) ☆☆☆☆☆ 0 (1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”做单位)． (2)此过程中外界对左管内气体________(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气 体将________(选填“吸热”或“放热”)． 答案解析：(1)设 U 形管横截面积为 S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强 为 p ，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为 p ，气柱长度为 L ，稳定 1 2 2 后低压舱内的压强为p，左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得 p V ＝p V 1 1 2 2 p ＝p 1 0 p ＝p－p 2 h V ＝L S 1 1 V ＝L S 2 2 h＝2(L －L ) 2 1联立各式，代入数据得p＝70cmHg. (2)此过程气体体积增大，外界对气体做负功，温度不变，内能不变，故吸热． 16.如图所示，用质量 m＝1 kg 的活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞 与汽缸壁间的摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部的高度 h ＝0.50m，气体 1 的温度t ＝27 ℃，给汽缸缓慢加热至 t ＝ 207 ℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底 1 2 某一高度 h 处，此过程中被封闭气体增加的内能ΔU＝300 J．已知大气压强 p 2 0 ＝1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，活塞横截面积S＝5.0×10－4m2.求： (1)初始时汽缸内气体的压强和缓慢加热后活塞距离汽缸底部的高度h ； 2 (2)此过程中缸内气体吸收的热量Q. ☆☆☆☆☆ mg 答案解析：(1)气体压强p＝p ＋ ＝1.2×105Pa. 0 S h S h S 气体做等压变化，根据盖吕萨克定律可得 1 ＝ 2 ， T T 1 2 代入数据解得h ＝0.80m. 2 (2)在气体膨胀的过程中，气体对外做功为 W ＝pΔV＝[1.2×105×(0.80－0.50)×5.0×10－4]J＝18J. 0 根据热力学第一定律可得气体内能的变化为 ΔU＝－W ＋Q，得Q＝ΔU＋W ＝318J. 0 0 17．如图甲所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞 上放一砝码，活塞和砝码的总质量为 m.现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规 律变化，汽缸内的气体从状态A变化到状态B.若该过程中气体内能发生了变化， 气体柱高度增加了ΔL.外界大气压强为p . ☆☆☆☆☆ 0(1)下列说法中正确的是________． A．该过程中汽缸内气体的压强始终为 p 0 B．该过程中气体的内能不断增大 C．该过程中气体不断从外界吸收热量 D．气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功 E．A和B两个状态，汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相 同 (2)汽缸内气体的温度为T 时，气体柱的高度为L＝________(用图中和题目中给 1 出的字母表示)． (3)若气体从状态 A 变化到状态 B 的过程中从外界吸收的热量为 Q，则被封闭气 体的内能变化了多少？ 答案解析：(1)根据图乙可知气体在该过程中发生的是等压变化，该过程中汽缸 mg 内气体的压强始终为 p ＋ ，选项A 错误；由图乙可知气体温度升高，内能增 0 S 大，气体体积膨胀对外做功，根据热力学第一定律可知，气体必定从外界吸收热 量，且气体从外界吸收的热量大于气体对外做的功，选项B、C、D正确；A 和 B两个状态，气体温度不相同，气体分子运动的平均速率不相等，单个分子对汽 缸内壁的平均撞击力也不相等，根据等压变化，可判断汽缸内壁单位面积单位时 间内受到分子撞击的次数不同，选项E错误． V V L·S L＋ΔL· S T (2)由盖吕萨克定律得 1＝ 2，即 ＝ ，解得L＝ 1 ΔL. T T T T T －T 1 2 1 2 2 1 (3)对活塞和砝码整体，由力的平衡条件得 mg＋p S＝pS 0 mg 解得p＝p ＋ 0 S气体从状态A 变化到状态B的过程中对外做的功为 W＝pSΔL＝(p S＋mg)ΔL 0 由热力学第一定律得，气体内能的变化量为ΔU＝Q－W＝Q－(p S＋mg)ΔL. 0