假期作业10 热力学定律与能量守恒定律-【快乐假期】2025年高二物理暑假大作业

假期作业１０　热力学定律与能量守恒定律　　　　　　　 　　人们最早设计的第一类 永动机的方案如图所示．轮 子中央有一个转动轴,轮子 边缘安装着１２个可活动的 短杆,每个短杆的一端装有一个铁球．方案的 设计者认为,右边的球比左边的球离轴远些, 轮子就会沿顺时针方向永无休止地转动下去． 但实际中轮子转动几下后便会停止． (１)轮子在转动过程中产生了能量． (　　) (２)轮子转动几下后便会停止,这说明能量在 消失． (　　) (３)方案设计者是想机器不消耗任何能量,却 不断地对外做功． (　　) (４)方案中的机器称为第一类永动机．(　　) (５)第一类永动机违反了能量守恒定律． (　　) 一、选择题 １．关于系统的内能及其变化,下列说法中正确 的是 (　　) A．系统的温度改变时,其内能必定改变 B．系统对外做功,其内能不一定改变;向系 统传递热量,其内能不一定改变 C．对系统做功,系统内能必定改变;系统向 外传出一定热量,其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换,则系统的 内能必定不改变 ２．(多选)下列现象中能够发生的是 (　　) A．一杯热茶在打开杯盖后,茶会自动变得 更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后,泥 沙下沉,上面的水变清,泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传 到箱外高温物体 ３．(多选)下列叙述和热力学定律相关,其中正 确的是 (　　) A．第一类永动机不可能制成,是因为违背 了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量不守恒 C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内 的热量 传 到 外 界,违 背 了 热 力 学 第 二 定律 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自 然界中的宏观过程具有方向性 ４．自热米饭因其便于加 热和携带越来越受到 “驴 友”的 欢 迎．自 热 米饭盒内 有 一 个 发 热 包,遇 水 发 生 化 学 反应而产生大量热能,不需要明火,温度 可超过１００ ℃,盖上盒盖便能在１０~１５ 分钟内迅速加热食品．自热米饭的盖子 上有一个透气孔,如果透气孔堵塞,容易 造成小型爆炸．下列说法正确的是 (　　 ) 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ７２ A．自热米饭盒爆炸,是盒内气体温度升高, 气体分子间斥力急剧增大的结果 B．在自热米饭盒爆炸的瞬间,盒内气体内 能增加 C．在自热米饭盒爆炸的瞬间,盒内气体温 度降低 D．自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度升高, 标志着每一个气体分子速率都增大了 ５．对于热量、功和内能三个物理量,下列各种 说法中正确的是 (　　) A．热量和功是由过程决定的,而内能是由 物体的状态决定的 B．物体的内能越大,热量越多 C．热量和功都可以作为内能的量度 D．内能大的物体含的热量一定多 ６．物理“天宫课堂”中,王亚平将分别挤有水球 的两块板慢慢靠近,直到两个水球融合在一 起,再把两板慢慢拉开,水在两块板间形成 了一座“水桥”．如图甲所示,为我们展示了 微重力环境下液体表面张力的特性．“水桥” 表面与空气接触的薄层叫表面层,已知分子 间作用力F和分子间距r的关系如图乙．下 列说法正确的是 (　　 ) A．能总体反映该表面层里的水分子之间相 互作用的是B 位置 B．“水桥”表面层中两水分子间的分子势能 与其内部水相比偏小 C．“水桥”表面层中水分子距离与其内部水 分子相比偏小 D．王亚平放开双手两板吸引到一起,该过 程分子力做正功 ７．(多选)一定质量的理想气 体从状态a开始,经历三个 过程 ab、bc、ca 回 到 原 状 态,其V􀆼T 图像如图所示, pa、pb、pc 分别表示状态a、b、c的压强,下列 判断正确的是 (　　) A．过程ab中气体一定吸热 B．pc＝pb＞pa C．过程bc中分子势能不断增大 D．过程bc中每一个分子的速率都减小 ８．(多选)某汽车后备箱内 安装有撑起箱盖的装置, 它主要由汽缸和活塞组 成．开箱时,密闭于汽缸 内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示． 在此过程中,若缸内气体与外界无热交换, 忽略气体分子间相互作用,则缸内气体 (　　) A．对外做正功,分子的平均动能减小 B．对外做正功,内能增大 C．对外做负功,分子的平均动能增大 D．对外做正功,内能减小 二、非选择题 ９．在如图所示的坐标系中,一定质量的某种理 想气体先后发生以下两种状态变化过程:第 一种变化是从状态A 到状态B,外界对该气 体做功为６J;第二种变化是从状态A 到状 态C,该气体从外界吸收的热量为９J．图线 AC的反向延长线通过坐标原点O,B、C 两 状态的温度相同,理想气体的分子势能为 零．求: 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ８２ (１)从状态A 到状态C 的过程,该气体对外 界做的功W１ 和其内能的增量ΔU１; (２)从状态A 到状态B 的过程,该气体内能 的增量ΔU２ 及其从外界吸收的热量Q２． １．(多选)(２０２３􀅰山东卷,９T)一定质量的理 想气体,初始温度为３００K,压强为１×１０５ Pa．经等容过程,该气体吸收４００J的热量 后温度上升１００K;若经等压过程,需要吸 收６００J的热量才能使气体温度上升１００ K．下列说法正确的是 (　　) A．初始状态下,气体的体积为６L B．等压过程中,气体对外做功４００J C．等压过程中,气体体积增加了原体积的１４ D．两个 过 程 中,气 体 的 内 能 增 加 量 都 为 ４００J ２．(２０２２􀅰湖南卷,１５(１)T)利用“涡流效应” 可实现冷热气体的分离．如图,一冷热气体 分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板 和冷热两端管等构成．高压氮气由喷嘴切向 流入涡流室中,然后以螺旋方式在环形管中 向右旋转前进,分子热运动速率较小的气体 分子将聚集到环形管中心部位,而分子热运 动速率较大的气体分子将聚集到环形管边 缘部位．气流到达分离挡板处时,中心部位 气流与分离挡板碰撞后反向,从A 端流出, 边缘部位气流从B 端流出．下列说法正确 的是　　　(选对１个得２分,选对２个得４ 分,选对３个得５分．每选错１个扣３分,最 低得分为０分)． A．A 端为冷端,B 端为热端 B．A 端流出的气体分子热运动平均速率一 定小于B 端流出的 C．A 端流出的气体内能一定大于B 端流 出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定 律,但违背了热力学第二定律 E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒 定律,也满足热力学第二定律 ３．(２０２４􀅰湖北卷,１３T)如图所 示,在竖直放置、开口向上的 圆柱形容器内用质量为m 的 活塞密封一部分理想气体, 活塞横截面积为S,能无摩擦 地滑动．初始时容器内气体的温度为T０,气 柱的高度为h．当容器内气体从外界吸收一 定热量后,活塞缓慢上升１ ５h 再次平衡．已 知容器内气体内能变化量 ΔU 与温度变化 量ΔT 的关系式为 ΔU＝CΔT,C 为已知常 数,大气压强恒为p０,重力加速度大小为g, 所有温度为热力学温度．求 (１)再次平衡时容器内气体的温度． (２)此过程中容器内气体吸收的热量． 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ９２ ２．解析:(１)由题意可知缓慢地将汲液器竖直提出液面过程 封闭气体发生等温变化,根据玻意耳定律p１(H－x)S１ ＝p２HS１, 又因为p１＝p０,p２＋ρgh＝p０, 代入数据联立解得x＝２cm． (２)当外界气体进入后,以所有气体为研究对象有p０V＋ p２HS１＝p３ HS１＋ h ２S２( ), 又因为p３＋ρg􀅰 h ２＝p０ , 代入数据联立解得V＝８．９２×１０－４m３． 答案:(１)x＝２cm　(２)V＝８．９２×１０－４m３ ３．解析:(ⅰ)因两活塞的质量不计,则当环境温度升高时, Ⅳ内的气体压强等于大气压强,则该气体进行等压变化, 则当B的活塞刚到达汽缸底部时,由盖􀅰吕萨克定律可 得 ３ ４V０ T０ ＝ V０ T ,解得T＝４３T０ ; (ⅱ)设当 A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为 p,则此时Ⅳ内的气体压强也等于p,设此时Ⅳ内的气体 的体积为V,则Ⅱ、Ⅲ两部分气体被压缩的体积为V０－V,则 对气体Ⅳ: p０􀅰 ３V０ ４ T０ ＝pV２T０ , 对Ⅱ、Ⅲ两部分气体 p０ V０ ８＋ V０ ４ æ è ç ö ø ÷ T０ ＝p (V０－V) ２T０ , 联立解得V＝２３V０ ,p＝９４p０． 答案:(ⅰ)T＝４３T０　 (ⅱ)p＝９４p０ 假期作业１０ 情境辨析 (１)×　(２)×　(３)√　(４)√　(５)√ 技能提升 素能提升 １．B　２．CD　３．AD　４．C ５．A　[热量和功是过程量,内能是状态量,它们具有不同的 物理意义,热量只有在涉及能量转移或转化时才有意义, 因此说某个物体含多少热量是错误的;热量和功都可量 度内能改变的多少,而不能量度内能的多少,故只有选项 A正确．] ６．D　[在液体内部,分子间的距离在r０ 左右,分子力约为 零,而在表面层,分子比较稀疏,分子间的距离大于r０,因 此分子间的作用表现为相互吸引,从而使液体表面绷紧, 所以能总体反映该表面层里的水分子之间相互作用的是 C位置,故 A、C错误;分子间距离从大于r０ 减小到r０ 左 右的过程中,分子力表现为引力,做正功,则分子势能减 小,所以“水桥”表面层中水分子距离与其内部水分子相 比偏大,故B错误;王亚平放开双手,“水桥”在表面张力 作用下收缩,而“水桥”与玻璃板接触面的水分子对玻璃 板有吸引力作用,在两玻璃板靠近过程中分子力做正功, 故 D正确．] ７．AB ８．AD　[若缸内气体与外界无热交换,由于气体膨胀将箱 盖顶起过程中气体对活塞的作用力方向与活塞的运动方 向一致,气体对外做正功,故缸内气体的内能一定减小; 由于忽略气体分子间的相互作用,故气体分子的平均动 能一定减小,综上可知,选项 A、D正确,选项B、C错误．] ９．解析:(１)从状态A 到状态C 的过程,气体发生等容变化, 该气体对外界做的功为W１＝０, 根据热力学第一定律有 ΔU１＝W１＋Q１, 内能的增量 ΔU１＝Q１＝９J． (２)从状态A 到状态B 的过程,体积减小,温度升高,该气 体内能的增量 ΔU２＝ΔU１＝９J, 根据热力学第一定律有 ΔU２＝W２＋Q２, 从外界吸收的热量Q２＝ΔU２－W２＝３J． 答案:(１)０　９J　(２)９J　３J 高考在线 １．AD　[设理想气体的初始状态的压强,体积和温度分别 为p１＝p０,V１＝V０,T１＝３００K, 等容过程为状态二,p２＝?,V２＝V１＝V０,T２＝４００K, 等压过程为状态三,p３＝p０,V３＝?,T３＝４００K, 由理想气体状态方程可得p１V１ T１ ＝p２ V２ T２ ＝p３ V３ T３ , 解得p２＝ ４ ３p０ ,V３＝ ４ ３V０ ,体积增加了原来的 １ ３ ,C 错 误;等容过程中气体做功为零,由热力学第一定律 ΔU＝ W＋Q＝４００J, 两个过程的初末温度相同即内能变化相同,因此内能增 加都为４００J,D正确;等压过程内能增加了４００J,吸收热 量为６００J,由热力学第一定律可知气体对外做功为２００J, 即做功的大小为W＝p０ ４ ３V０－V０( )＝２００J, 解得V０＝６L,A正确,B错误．] ２．ABE　[依题意,中心部位为热运动速率较低的气体,与挡板 相作用后反弹,从A端流出,而边缘部分热运动速率较高的 气体从B端流出;同种气体分子平均热运动速率较大、其对 应的温度也就较高,所以A 端为冷端、B 端为热端,故 A 正确; 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ９４ 依题意,A 端流出的气体分子热运动速率较小,B 端流出 的气体分子热运动速率较大,所以从A 端流出的气体分 子热运动平均速率小于从B 端流出的,故B正确; A端流出的气体分子热运动速率较小,B端流出的气体分子 热运动速率较大,则从A端流出的气体分子平均动能小于从 B端流出的气体分子平均动能,内能的多少还与分子数有 关;依题意,不能得出从A 端流出的气体内能一定大于从B 端流出的气体内能,故C错误; 该装置将冷热不均气体进行分离,喷嘴处有高压,即通过外 界做功而实现的,并非是自发进行的,没有违背热力学第二 定律;温度较低的从A端出、较高的从B端出,也符合能量守 恒定律,故D错误,E正确．故选ABE．] ３．解析:(１)气体进行等压变化,则由盖Ｇ吕萨克定律得 V０ T０ ＝ V１ T１ , 即hS T０ ＝ h＋１５h( )S T１ , 解得T１＝ ６ ５T０． (２)此过程中气体内能增加 ΔU＝CΔT＝１５CT０ , 气体对外做功W＝pSΔh＝１５h (p０S＋mg), 此过程中容器内气体吸收的热量Q＝ΔU＋W＝１５h (p０S ＋mg)＋１５CT０． 答案:(１)６５T０　 (２)１５h (p０S＋mg)＋ １ ５CT０ 假期作业１１ 情境辨析 (１)×　(２)×　(３)√　(４)×　(５)×　(６)√　(７)× 技能提升 素能提升 １．BC ２．D　[当发生光电效应时,增大入射光的强度,则光电流会 增大,故 A错误;入射光的频率不低于金属的极限频率, 就会发生光电效应,与入射光的强度无关,故 B错误;在 光电效应中,根据光电效应方程知,Ekm＝ hc λ －W０ ,改用 波长大于λ的光照射,光电子的最大初动能变小,或者可 能不发生光电效应,故C错误,D正确．] ３．AD　[根据光电效应现象的实验规律,只有入射光频率 大于极限频率才能发生光电效应,故 A、D 正确．根据光 电效应方程,最大初动能与入射光频率为线性关系,但非 正比关系,B错误;根据光电效应现象的实验规律,光电子 的最大初动能与入射光强度无关,C错误．] ４．D　[本题考查光电效应,涉及光电流大小,明确在发生光电 效应的前提下,光电流的大小与电路中的电压和入射光的强 度均有关．滑动变阻器滑片向右移动,电压虽然增大,但已达 到饱和电流,则电流表的示数可能不变,故A错误;如果改用 紫光照射该金属时,因频率的增加,导致光电子最大初动能 增加,则电流表的示数增大,故B错误;只增加光照强度,从 而增加了光子的个数,则产生的光电子数目增多,光电流增 大,使通过电流表的电流增大,故C错误;电源的正负极调 换,仍用相同的绿光照射时,将滑动变阻器滑片向右移动一 些,此时的电压仍小于反向截止电压,则电流表仍可能有示 数,故D正确．] ５．B　[由hν＝W０＋Ek,变形得Ek＝hν－W０,可知图线的斜 率为普朗克常量,即h＝ba ,故 A 错误;断开开关S后,仍 有光电子产生,所以电流表 G 的示数不为零,故 B正确; 只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能, 与光的强度无关,故 C错误;保持照射光强度不变,仅提 高照射光频率,单个光子的能量增大,而光的强度不变, 那么光子数一定减少,发出的光子数也减少,电流表 G的 示数要减小,故 D错误．] ６．AD　[根据光的强度越强,则光电子数目越多,对应的光 电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项 A 正确;由光 电效应方程 １ ２mv ２＝hν－W０, １ ２mv ２＝Uce,结合题图可 知,甲、乙的遏止电压相同,故甲、乙的频率相同,选项 B 错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc,选 项 C 错 误;根 据 １２mv ２ ＝hν－W０ ＝Uce,可 得 ν＝ Uce＋W０ h ,选项 D正确．] ７．ABC　[波粒二象性是微观世界特有的规律,一切运动的 微粒都具有波粒二象性,A 正确．由于微观粒子的运动遵 守不确定关系,所以运动的微观粒子与光子一样,当它们 通过一个小孔发生衍射时,都没有特定的运动轨道,B正 确．波粒二象性适用于微观高速领域,C 正确．宏观物体 运动形成的德布罗意波的波长很小,很难被观察到,但它 仍有波粒二象性,D错误．] 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ０５