作业(十) 热力学定律-2024年高二物理暑假作业（人教版）

署假作业书籍是横渡时间大海的航船。 [每日格言] 作业（十） 今 月 星期 热力学定律 台 历 天气 1考点突破 C.温度降低，速率大的分子数占总分子数 比例减少 知识点一热力学第一定律 D.温度升高，速率大的分子数占总分子数 1.对公式△U=Q十W中△U、Q、W符号的规定 比例增加 符号 Q W △U 2.一定质量的气体从外界吸收了4.2×10J + 物体吸收热量外界对物体做功 内能增加 的热量，同时气体对外做了6×10J的功， 物体放出热量 物体对外界做功内能减少 求： (1)物体的内能是增加还是减少？变化量 2.几种特殊情况 是多少？ (1)若过程是绝热的，即Q=0,则△U=W, (2)分子势能是增加还是减少？ 物体内能的增加量等于外界对物体做 (3)分子的平均动能是增加还是减少？ 的功。 (2)若过程中不做功，即W=0,则△U=Q, 物体内能的增加量等于物体从外界吸收的 热量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 △U=0,则W=一Q(或Q=一W),外界对 物体做的功等于物体放出的热量（或物体 吸收的热量等于物体对外界做的功)。 3.判断是否做功的方法 一般情况下外界对物体做功与否，需看物 体的体积是否变化。 知识点二热力学第二定律 (1)若物体体积增大，表明物体对外界做 1.自然过程的方向性 功，W<0: (1)热传导具有方向性 (2)若物体体积减小，表明外界对物体做 两个温度不同的物体相互接触时，热量会 功，W>0。 自发地从高温物体传给低温物体，而低温 ■跟踪训练 物体不可能自发地将热量传给高温物体， 1.(2022·山东卷)如图所 要实现低温物体向高温物体传递热量，必 示，内壁光滑的绝热汽缸 须借助外界的帮助，因而产生其他影响或 内用绝热活塞封闭一定 777 引起其他变化。 质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放 (2)气体的扩散现象具有方向性 置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动 两种不同的气体可以自发地进入对方，最 90过程中，缸内气体 后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混 A.内能增加，外界对气体做正功 合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同 B.内能减小，所有分子热运动速率都减小 的气体。 36 [每日格言]最更要的就是不要去看远方祺糊的，而要做手边清楚的事。 高二物理 (3)机械能和内能的转化过程具有方向性 4.(多选)根据热力学第二定律分析，下列说 物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止 法中正确的是 ( 下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递 A.热量能够从高温物体传到低温物体，但 出去的热量后，在地面上重新运动起来。 不能从低温物体传到高温物体 (4)气体向真空膨胀具有方向性 B.热量能够从高温物体传到低温物体，也 气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不 可以从低温物体传到高温物体 可能出现气体自发地从容器中流出，使容 C.机械能可以全部转化为内能，但变化的 器内变为真空。 内能不可以全部转化为机械能 2.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不 D.机械能可以全部转化为内能，变化的内 产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义 能也可以全部转化为机械能 (1)“自发地”是指热量从高温物体“自发 2综合训练 地”传给低温物体的方向性。在传递过程 1.(2023·常州质检)根据热力学定律，下列 中不会对其他物体产生影响或借助其他物 判断正确的是 体提供能量等。 A.我们可以把火炉散失到周围环境中的 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热 能量全部收集到火炉中再次用来取暖 力学宏观过程只在本系统内完成，对周围 B.冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这 环境不产生热力学方向的影响，如吸热、放 个现象违背了热力学第二定律 热、做功等。 C.制冷系统能将冰箱内的热量传给外界 (3)“单一热库”指温度均匀并且恒定不变 较高温度的空气，而不引起其他变化 的系统。若一系统各部分温度不相同或者 D.利用其他手段，可以使低温物体温度更 温度不稳定，则构成机器的工作物质可以 低，高温物体的温度更高 在不同温度的两部分之间工作，从而可以 2.下列说法正确的是 对外做功。 A.电能不可能全部转变成内能 (4)“不可能”指实际上热机或制冷机系统 B.热力学第二定律可表述为所有自发的 循环终止时，除了从单一热库吸收热量对 热现象的宏观过程都具有方向性 外做功，以及热量从低温热库传到高温热 C.因为能量守恒，所以能源危机是不可 库以外，过程产生的其他一切影响，用任 能的 何办法都不可能加以消除。 D.摩擦力做功的过程，必定有机械能转化 ■跟踪训练 为内能 3.(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较 3.(2023·东营一模)某同学用 低的冰箱内部传给温度较高的外界空气， 导热性能良好的汽缸和活塞 这说明了 ( 将一定质量的空气（视为理想 A.热量能自发地从低温物体传到高温物体 气体)封闭在汽缸内（活塞与 B.在一定条件下，热量可以从低温物体传 汽缸壁间的摩擦不计)，待活 到高温物体 塞静止后，将小石子缓慢地加 C.热量的传递过程不具有方向性 在活塞上，如图所示。在此过程中，若大气 D.在自发的条件下热量的传递过程具有 压强与室内的温度均保持不变，下列说法 方向性 正确的是 37 署假作业成功无捷径，学习当奋斗！ [每日格言] A.由于汽缸导热，故缸内气体的压强保持 6.(多选)(2024·淮南期末)下列说法正确的是 不变 ( B.缸内气体温度不变，缸内气体对活塞的 A.分子间距离增大，分子势能一定减小 压力保持不变 B.一个热力学系统，如果从外界吸热，内 C.外界对缸内气体做的功大小等于缸内 能可能减少 气体向外界释放的热量 C.气体温度升高，体积一定增大 D.外界对缸内气体做功，缸内气体内能 D.热机的效率总是小于100% 增加 7.(多选)关于热现象，下列说法正确的是 4.(2023·洛阳一模)某学生利用自行车内 ) 胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置 A.热量不能自发地从低温物体传到高温 研究自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉 物体 气门芯放气与放气后静置一段时间的整个 B.物体速度增大，则组成物体的分子动能 过程中内能的变化情况，车胎内气体温度 增大 随时间变化的情况如图所示。可获取的信 C.绝热密闭容器中一定质量气体的体积 息是 增大，其内能一定减少 D.相同质量的两个物体，升高相同温度， 打 结束 内能增加一定相同 室温 瞬间放气 8.一定质量的理想气体 p/x 105 Pa) (拨气门芯) 先从状态A→B,再从 等温线 打 室温 状态BC,最后从状 态C→A完成一次循 B 0102030405060708090100110120130时间/s 环，如图所示。已知 V/m A.从开始打气到打气结束的过程中由于 状态A时气体的温度为T=900K。 气体对外做功，内能迅速增大 (1)求气体在状态B时的温度T: B.打气结束到拔出气门芯前由于气体对 (2)求气体从状态B→C的过程中，气体对 外做功，其内能缓慢减少 外做的功Wx; C.拔掉气门芯后，气体冲出对外做功，其 (3)已知气体从状态C→A的过程中，外界 内能急剧减少 对气体做的功Wc4=3.6×10J,试说明该 D.放气后静置一段时间由于再次对气体 过程中气体是吸热还是放热，求吸收（或放 做功，气体内能增大 出)了多少热量Qc。 5.下列说法正确的是 A.能量耗散和能量守恒是矛盾的 B.热量不可能由低温物体传给高温物体 而不引起其他变化 C.一定质量的理想气体放出热量，则分子 的平均动能一定减少 D.满足能量守恒定律的物理过程都能自 发地进行 38 [每日格首]知识给人更量，成就给人光彩，大多数人只是看到了光彩，面不去称量短量。 高二物理 9.如图所示，一汽缸水平放置，用一横截面积 10.如图所示，圆柱形汽缸内用活塞封闭了一 为S、厚度不计的活塞在缸内封闭一定质 定质量的理想气体，汽缸的高度为，缸 量的理想气体，活塞与缸底间的距离为L, 体内底面积为S,缸体重力为G。弹簧下 在活塞右侧↓处有一对与汽缸内壁固定 端固定在桌面上，上端连接活塞，活塞所 在的平面始终水平。当热力学温度为T。 连接的卡环，缸内气体的温度为T。,大气 时，缸内气体高为0.5，已知大气压强为 压强为p。,汽缸导热性良好。现将汽缸在 p。,不计活塞质量及活塞与缸体的摩擦。 竖直面内缓慢转过90°，汽缸开口向下，活 现缓慢升温至活塞刚要脱离汽缸。 塞刚好与卡环接触，重力加速度为g。不 计汽缸与活塞间摩擦。 7n7n777 (1)求活塞的质量； (1)求此时缸内气体的温度； (2)再将汽缸在竖直面内缓慢转动180°，当 (2)求该过程缸内气体对汽缸所做的功： 汽缸开口向上时，对缸内气体缓慢加热，直 (3)若该过程缸内气体吸收热量为Q,则 到当缸内活塞再次恰好与卡环接触，加热 缸内气体内能增加多少？ 过程中气体内能增加△U,求缸内气体的 温度和加热过程中气体吸收的热量。 39[每日格言]努力不一定会成功，但如采不努力就一定会失败。 高二物理 (2)由题图甲可知，由B→C是等容变化 6.BCD由题图可知一定质量的气体a、b两个状态的压 银报查理定体得：器一-气 强相等，而状态温度低，分子平均动能小，平均每个 分子对器壁的撞击力小，而压强不变，则相同时间内撞 所以pcT·PB306PB3PA=3冈 400 =4×1.5×105Pa 在单位面积上的分子数：状态一定较多，故A错误，B、 C正确：一定质量的气体，分子总数不变，V>V。,单位 =2.0×105Pa。则可画出由状态A→B→C的p-T图 体积的分子数a状态较多，故D正确。 像如图所示。 7.BD以A管中的水银为研究对象，则有pS+hcos0·S= p/x105 Pa) poS,B管内压强p=po一hcos0,显然p<po,且B管 2.0 净C 内水银面要比槽内水银面高出hcOs0,故B、D正确。 1.5 8.B当缓慢升高汽缸内气体温度时，开始一段时间气体 1.0 发生等容变化，根据查理定律可知，缸内气体的压强力 与汽缸内气体的热力学温度T成正比，在力-T图像 0.5 中，图线是过原点的倾斜直线：当活赛开始离开小挡板 0100200300400TK 时，缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压 答案(1)200K(2)见解析 膨胀，在p一T图像中，图线是平行于T轴的直线，B 3.AC单品体具有各向异性，而多晶体具有各向同性， 正确。 故A正确，B错误；非晶体的物理性质，在各个方向上 : 9.解析以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知 都是相同的，C正确：晶体分为单晶体和多晶体，多晶 瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V1,有 体具有各向同性，在各个方向上物理性质都是相同的， V1=0.9ml.-0.5ml=0.4mL=0.4cm D错误。 注射器内气体体积为V2,有 4.C根据各向异性和各向同性只能确定是否为单晶体， V2=0.3×0.4cm3=0.12cm3 无法用来鉴别多品体和非品体，选顶A错误：薄片在力 根据理想气体状态方程有po(V十V)=p,V 学性质上表现为各向同性，无法确定薄片是多晶体还 代入数据解得p1=1.3×105Pa. 是非晶体，选项B错误：固体球在导电性质上表现为各 答案1.3×105Pa 向异性，则一定是单晶体，选项C正确：某一晶体的物 理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定是多品 10.解析对B管中的气体，水银还未上升产生高度差 体，因为单晶体并非所有物理性质都表现为各向异性， 时，初态压强为p=0,体积为VB=2S,末态压强 选项D错误。 为2，设水银柱离下端同一水平面的高度为2，体 5.D与气体接触的液体，其表面分子间距离大于液体内 积为V脱=(l2一h2)S,由水银柱的平衡条件有P胆= 部分子间距离，液体表面层的分子间同时存在相互作 Po十Pgh 用的引力和斥力，但由于分子间的距离r>r。,分子间 B管气体发生等温压缩，有PBV=pV 的引力大于分子间的斥力，分子力表现为引力，即存在 联立解得h2=2cm 表面张力，表面张力使液体表面有收缩的趋势，故A、 对A管中的气体，初态压强为P1=p,体积为V1 B、C错误，D正确。 I1S,末态压强为巾2，设水银柱离下端同一水平面的 6.D由于在失重状态下，气泡不会受到浮力，A错误：气 高度为h1,则气体体积为VA2=(l1一h1)S,由水银柱 泡内分子一直在做无规则的热运动，B错误；由于在失 的平衡条件有p2=p十Pg(h十h:一h) 重状态下，气泡内气体在界面处存在压强，所以对水产 A管气体发生等温压第，有pAVA1=pA2VA2 生压力，C错误：水与气泡界面处，水分子较为稀琉，水 联立可得2h12一191h1+189=0 分子间作用力表现为引力，D正确。 [综合训练] 解得h1=1cm或h1=189 2 cm>l1(舍去) 1.B气体对容器的压强是由气体分子对器壁的碰撞产 则两水银柱的高度差为△h=h2一h1=1cm。 生的，选项A错误，B正确：气体的压强与分子的数密 答案1cm 度及分子的平均动能大小有关，平均动能越大则温度 作业（十）热力学定律 越高，但如果体积变为很大，压强可能减小，选项C错 误：压缩理想气体要用力，克服的是气体的压力，而不 [考点突破]一跟踪训练 是分子间的斥力，选项D错误。 1.C初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内 2.D当把a部分肥皂膜刺破后，在b部分肥皂膜表面张 外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有( 力的作用下，棉线将绸紧。因液体表面有收缩到面积 Po)x=ng,汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对 最小的趋势，而在同周长的几何图形中，圆的面积最 活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气 大，所以棉线被拉成凹的圆孤形状，选项D正确。 体缓慢地将活塞往外推，最后汽红水平，缸内气压等于 3.A晶体有固定的熔点，在然化过程中，温度保持不变， 大气压。汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没 选项A正确：蜂蜡是非晶体，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说 有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气 明云母片是晶体，选项B错误：天然石英表现为各向异 体对外做功，根据热力学第一定律△U一Q十W得气体 性，是由于该物质的微粒在空间的排列规则，选项C错 内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的 误：石墨是多晶体，金刚石是单品体，组成它们的物质 平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小， 微粒结构不同，使得它们的物理性质不同，选项D A、B错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低 错误。 分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总 4.ABC雨水不能透过布雨伞，是因为液体表而存在张 分子数的比例减小，C正确，D错误。 力，故A正确：荷叶上小水珠与喷泉喷到空中的水形成 2.解析(1)气体从外界吸热，故Q=4.2×105J,气体对 一个个球形小水珠均呈球状，是液体表面张力使其表 外做功，故W=一6×105J,由热力学第一定律有△LU= 面积具有收缩到最小趋势的缘故，故B、C正确：单晶体 具有一定规则形状，且单品体有各向异性的特征，多晶 W+Q=(-6×105J)+(4.2×105J)=-1.8×105J。 体的物理性质为各向同性，故D错误。 △U为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少 5.AC在V-T图像中等压线是过坐标原点的倾斜直 了1.8×105J. 线。由理想气体状态方程知=C可知，当压强增大， (2)因为气体对外做功，气体的体积膨胀，分子间的距 T 离增大了，所以分子力做负功，气体分子势能增加 等压线的斜率k三子=变小。由题图可确定p.<P: (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以 气体分子的平均动能一定减少。 <P<p<pb,故选A,C。 答案(1)减少1.8×105J(2)增加(3)减少 59 署假作业别拿自已的人生和他人做比较，你根本不清楚他们的人生是怎么一回事。 [每日格言] 3.BD一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由 (2)B→C是等压变化，且体积增大，所以气体对外做功 高温物体自发地传向低温物体：又如扩散，气体总是自 Wx=pB△Vx=1×10X(3-1)J=2×105J 发地由密度大的地方向密度小的地方扩散。在外界帮 (3)C·A是等温变化，由于理想气体的内能只与温度 助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散， 有关，可知其内能不变，即△U=0 热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助 由热力学第一定律△U=Q十W,可知外界对气体做的功 外界做功把热量从低温物体（冷冻食品）传向高温物体 全部以热量形式放出，故放热Q=Wc=3.6×10J。 (周围的大气)，故本题答案为B、D 答案(1)300K(2)2×105J 4.BD根据传热的规律可知，热量可以自发地从高温物 (3)放热3.6×105J 体传到低温物体，但不能自发地（不需要外界帮助）从 9.解析(1)设活塞的质量为m、当汽缸开口向下时，缸 低温物体传到高温物体，但是如果借助外界的帮助，热 量可以从低温物体传到高温物体，故A错误，B正确； 内气体的压强=一得，汽红从水平转到缸口向 机械能可以全部转化为内能（如一个运动物体克服摩 擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内 下，气体发生等温变化，则LS=力×LS 能)，在一定条件下，变化的内能也可以全部转化为机 械能，如理想气体在等温膨胀过程中，将吸收来的热量 联立解得活塞的质量m=PS 全部用来做功，故C错误，D正确。 4g [综合训练] (2)设汽缸开口向上且活塞与卡环刚好要接触时，缸内 1.D根据热力学第二定律可知，不能把散失的能量全部 收集起来重新加以利用，A错误：冰熔化成水，水结成 气体的温度为T起内气徐的压强=十警=普 冰，没有违背热力学第二定律，故B错误：冰箱制冷过 气体发生等容变化，则有=织 程压编机做功引起了其他变化，故C错误：根据热力学 T。T 第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温 解得T=号T 物体，而不引起其他变化，但通过一些手段是可以实现 的，故D正确。 设汽缸刚转到开口向上时，活塞离卡环的距离为山，则 2.B电能可以全部转化为内能，故A错误；热力学第二 定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方 PoLS=p2(L-d)S 向性，故B正确：能量虽然守恒，但能源会逐步减少，故 C错误：静摩擦力做功，没有机裁能转化为内能，故D 解得d=总 错误。 在给气体加热的过程中，气体对外微功，W取负值 3.C将小石子缓慢地加在活塞上，由平衡条件可知气体 W=-p2Sd=- 对活塞的压力变大，则气体压强变大，故A错误：汽缸 3 PoSL 导热性能良好，过程缓慢，缸内气体温度不变，故B错 根据热力学第一定律△LU=Q十W可知，气体吸收的热 误：温度不变时，理想气体内能不变，体积减小，外界对 气体做功，由热力学第一定律可知，外界对气体做的功 量Q=W-W=号o5L+△W. 与气体放出的热量相等，故C正确，D错误。 4.C从开始打气到打气结来的过程中外界对车胎内气 答案(1)b,S 4g 2)号T。号sL+U 体做功，故A错误：打气结束到拔出气门芯前由于热传 10.解析(1)缓慢升温至活塞刚要腻离汽缸过程为等压 递车胎内气体温度下降，故B错误：拔掉气门芯后车胎 内气体冲出对外界做功，气体内能急剧减少，故C正 变化，故由盖-吕萨克定律可得，坠= 确：放气后静置一段时间由于热传递车胎内气体温度 解得此时缸内气体的温度T-2T0。 上升，故D错误。 (2)对汽缸列平衡方程，有G十pS=S 5.B能量耗散的过程中能量向低品质的内能转变，但是 该过程气体对汽缸做功W=Fx=pS(1一0.5l) 总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消 失，所以能量耗散与能量守恒不矛盾，故A错误；根据 解得W=G+PSL 热力学第二定律可知热量不可能从低温物体传给高温 (3)由热力学第一定律△U=Q+W‘,W'=一W, 物体而不引起其他变化，故B正确：一定质量的理想气 气体吸收的热量为Q,故其内能的增量 体放出热量，若同时外界对气体做功，则气体的内能不 一定减小，温度不一定降低，分子的平均动能不一定减 △U=Q-(G+pS)l 2 少，故C错误：涉及热现象的宏观自然过程具有方向 (G+PoS)! 性，满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发地进 答案(1)2T。(2) (3)Q-G+pS)1 2 2 行，故D错误 作业（十一）实验 6.BD当分子间作用力表现为引力时，分子间距离增大， [综合训练] 分子间作用力做负功，分子势能增加，选项A错误：一 1.ACD利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子 个热力学系统，如果从外界吸热的同时系统对外做功， 油膜，将油酸分子看作球形，测出一定体积的油酸酒精 则内能可能减少，选项B正确：根据理想气体秋态方程 溶液在水面上形成的油膜面积，用d=。计算出油膜 =C可知，气体温度升高，体积不一定增大，选项C 的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体 错误：根据热力学第二定律可知，热机的效率总是小于 积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直 100%,选项D正确。 径，即该实验是通过建立理想模型的方法进行测量的， 7.AC根据热力学第二定律可知热量不能自发地从低 选项A正确：实验中不可让油酸铺满整个水槽，选项B 温物体传到高温物体，故A正确：物体分子平均动能的 错误：使用爽身粉是为了清晰地显示油膜的边界，选项 标志是温度，与宏观逸度无关，故B错误：绝热容器Q C正确：计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格， 一0，气体体积增大，气体对外做功，W0,根据热力学 使S偏小，则算出来的直径d偏大，选项D正确。 第一定律△U=Q十W,△U0,内能减少，故C正确：两 个物体质量相同，升高相同温度，吸收的热量不一定相 2.解析 1)据题得：油酸酒精溶液的浓度为号，一滴油 同，且分子势能变化不确定，内能增加不一定相同，故 D错误。 酸酒精溶液的体积为】ml,一滴油酸酒精溶液中纯油 8.解析(1)A→B是等容变化，根据查理定律得P TA 酸的休积为V=心-品m,则油酸分子的直径为 nb 解释Ta-T4-18×900K=0K。 TB d-品m 60