2024年高考物理二轮专题复习：热力学定律（优生加练）

更新时间：2024-02-27 浏览次数：127 类型：二轮复习

一、多项选择题

1. (2023高二下·哈尔滨期末) 如下图，是以状态a为起始点、在两个恒温热源之间工作的卡诺逆循环过程（制冷机）的 $\text{[math]}$ 图像，虚线 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 为等温线。该循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成，该过程以理想气体为工作物质，工作物质与低温热源或高温热源交换热量的过程为等温过程，脱离热源后的过程为绝热过程。下列说法正确的是（　　）

A . $\text{[math]}$ 过程气体压强减小完全是由于气体的温度降低导致的 B . 一个循环过程完成后，气体对外放出热量 C . $\text{[math]}$ 过程向低温热源释放的热量等于 $\text{[math]}$ 过程从高温热源吸收的热量 D . $\text{[math]}$ 过程气体对外做的功等于 $\text{[math]}$ 过程外界对气体做的功

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2. (2023高二下·辽宁期末) 某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉。如图所示，鱼鳔结构可简化为通过阀门相连的A、B两个密闭气室，A室壁厚、可认为体积恒定，B室壁簿，体积可变；两室内气体视为理想气体，可通过阀门进行交换。质量为M的鱼静止在水面下H处。B室内气体体积为V ，质量为m ，设B室内气体压强与鱼体外压强相等、鱼体积的变化与B室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼鳔内气体温度不变。水的密度为 $\text{[math]}$ ，重力加为g ，大气压强为 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（　　）

A . 开始时鱼静止在水面下H处，此时鱼的所受的浮力等于自身重力 B . 鱼通过增加B室气体体积获得大小为a的加速度，需从A室充入B室的气体质量为 $\text{[math]}$ C . 鱼静止于水面下 $\text{[math]}$ 处时，其所受到的压强为 $\text{[math]}$ D . 鱼静止于水面下 $\text{[math]}$ 处时，B室内气体质量为 $\text{[math]}$

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3. (2019·四川模拟) 下列叙述，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 . 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 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 E . 物体从单一热源吸收的热量在不引起外界变化的情况下可全部用于做功

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二、非选择题

4. (2023高二下·苏州期末) 如图所示，竖直放置气缸由截面积不同的两圆筒连接而成 $\text{[math]}$ 截面积 $\text{[math]}$ 的活塞 $\text{[math]}$ 和质量为 $\text{[math]}$ 、截面积 $\text{[math]}$ 的活塞 $\text{[math]}$ 间用一原长 $\text{[math]}$ 遵循胡克定律的弹性细线连接，其间封闭一定质量的理想气体，它们可在筒内无摩擦地上下滑动且不漏气 $\text{[math]}$ 初始时，缸内气体温度 $\text{[math]}$ 、压强 $\text{[math]}$ . ，此时活塞 $\text{[math]}$ 的静止位置距圆筒连接处 $\text{[math]}$ ，弹性细线长 $\text{[math]}$ 。大气压强 $\text{[math]}$ ，重力加速度 $\text{[math]}$ 取 $\text{[math]}$ 。
1. （1）求活塞 $\text{[math]}$ 的质量 $\text{[math]}$ ；
2. （2）若缸内气体温度缓慢升高，直到活塞 $\text{[math]}$ 即将脱离小圆筒，求此时缸内气体温度 $\text{[math]}$ ；
3. （3）若缸内气体温度缓慢降低，直到细线的张力恰好为0，已知缸内气体内能变化量 $\text{[math]}$ ，求此过程缸内气体与外界交换的热量 $\text{[math]}$ 。
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5. (2024高三上·重庆市期末) 研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56℃时，30分钟就可以灭活。如图，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热气缸下部a内，气缸顶端有一绝热阀门K，气缸底部接有电热丝E。a缸内被封闭气体初始温度t₁=27℃，活塞位于气缸中央，与底部的距离h₁=60cm，活塞和气缸间的摩擦不计。
1. （1）若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h₂=66cm，持续30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否被灭活?
2. （2）若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a缸内气体传递了Q=1.0×10⁴J的热量，稳定后气体a内能增加了△U=8.5×10³J，求此过程气体b的内能增加量。
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6. (2023高三下·杭州月考) 如图所示，绝热容器A中有一根阻值为R=10 $\text{[math]}$ 的电阻丝与电源相连，电源电动势为5V，电源内阻不计。A容器的体积为V₀=2L。设电阻丝自身升温所需热量以及所占的体积忽略不计。A容器通过一绝热细管与一竖直的横截面积为S=100cm²的绝热容器C相连，容器C上有质量为m=10kg的绝热活塞封闭，活塞与C容器间无摩擦。现有一定质量理想气体封闭在两容器中，开始时容器内气体温度为T₀=300K，活塞离容器底高度为h₀=10cm，大气压强为P₀=1.01×10⁵Pa，接通电源对电阻丝加热放出热量，使C中活塞缓慢移动，当稳定时容器气体温度为2T₀ ，用时6分钟。不考虑容器吸收热量。试求：
1. （1）达到平衡时容器C中活塞移动的位移；
2. （2）容器中气体增加的内能；
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7. (2023高二下·杭州期末) 如图1所示，内壁光滑、导热性能良好的气缸（气缸口足够高）竖直放置在水平桌面上，气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体。开始时环境温度 $\text{[math]}$ ，活塞与气缸底部的距离， $\text{[math]}$ 。已知活塞的质量 $\text{[math]}$ 、横截面积 $\text{[math]}$ ，大气压强 $\text{[math]}$ ，重力加速度 $\text{[math]}$ ，不计气缸和活塞的厚度。
1. （1）若环境温度从 $\text{[math]}$ 缓慢上升至 $\text{[math]}$ ，这个过程中缸内气体吸收了 $\text{[math]}$ 的热量，求：
  ①稳定时活塞离气缸底部的距离h₁；
  ②这个过程中气体内能的变化量ΔU₁；
2. （2）若环境温度 $\text{[math]}$ 保持不变，将气缸缓慢调整成水平放置，如图2所示，求：
  ①稳定时活塞离气缸底部的距离h₂；
  ②这个过程中气体内能的变化量ΔU₂。
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8. (2023高三上·浙江开学考) 一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。问：
1. （1）已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出的热量是多少？
2. （2）试判断气体在状态B、C的温度是否相同；如果知道气体在状态C时的温度T_C＝300 K，则气体在状态A时的温度为多少？
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9. (2023高三上·南通开学考) 如图所示为一内壁光滑且导热良好的汽缸，用活塞封闭一定质量的理想气体，该汽缸可按甲图竖直放置或按乙图水平放置。环境温度升高，按甲图放置时汽缸内气体对外功为W，已知活塞的质量为m，横截面积为S，重力加速度为g。求：
1. （1）两种放置方法，汽缸内气体的压强差 $\text{[math]}$ ；
2. （2）按乙图放置时，上述升温过程气体对外做功 $\text{[math]}$ 。
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10. (2023高三上·济南月考) 一定质量的理想气体经历了如图所示的 $\text{[math]}$ 的变化过程。已知气体在状态 $\text{[math]}$ 时的温度为 $\text{[math]}$ 。求
1. （1）气体在状态 $\text{[math]}$ 时的温度；
2. （2）请说明在该理想气体经历的 $\text{[math]}$ 的变化过程中，气体向外界放出热量还是从外界吸收热量？并计算该过程中传递的热量。
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11. (2023高二下·郑州期末) 某位同学想用如图所示的装置做一个气体温度计，有一导热容器 $\text{[math]}$ ，体积为 $\text{[math]}$ ，充有一定质量的理想气体， $\text{[math]}$ 上连有一细 $\text{[math]}$ 形管 $\text{[math]}$ 形管内气体的体积忽略不计)，他发现，当室温为 $\text{[math]}$ 时，两边水银柱高度差为 $\text{[math]}$ 。若气体的温度缓慢变化， $\text{[math]}$ 形管两边水银柱高度差也会发生变化：(外界大气压等于 $\text{[math]}$ 汞柱，水银柱不会全部进入左管中)
1. （1）请你列出室温 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 形管两边水银柱高度差 $\text{[math]}$ h的关系式；
2. （2）若某时 $\text{[math]}$ ， A内气体的内能如何变化?从外界吸热还是放热?请简单说明理由。
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12. (2023高二下·南山期末) 一定质量的理想气体，在初始状态A时，体积为V₀ ，压强为p₀ ，温度为T₀。该理想气体从状态A经一系列变化，最终还回到原来状态A，其变化过程的p-V图像如图所示，其中AB是反比例函数图象的一部分。求：
1. （1）气体在状态C时的温度；
2. （2）从状态B经状态C，最终回到状态A的过程中，气体与外界交换的热量。
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13. (2023高二下·温州期末) 一定质量理想气体的压强体积（ $\text{[math]}$ ）图像如图所示，其中a到b为等温过程，b到c为等压过程，c到a为等容过程。已知气体状态b的温度 $\text{[math]}$ 、压强 $\text{[math]}$ 、体积 $\text{[math]}$ ，状态a的压强 $\text{[math]}$ 。
1. （1）求气体状态a的体积V以及状态c的温度T；
2. （2）若b到c过程中气体内能改变了 $\text{[math]}$ ，求该过程气体放出的热量Q。
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14. (2023高考模拟·温州) 如图所示是用导热性能良好的材料制成的空气压缩引火仪，活塞的横截面积 $\text{[math]}$ ；开始时封闭的空气柱长度为 $\text{[math]}$ 、温度为 $\text{[math]}$ 、压强为大气压强 $\text{[math]}$ ；现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为 $\text{[math]}$ ，不计活塞的质量、活塞与器壁的摩擦以及漏气。
1. （1）若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强；
2. （2）若以适当的速度压缩气体，压强达到 $\text{[math]}$ 时，求空气柱的温度
3. （3）若压缩气体过程中，人对活塞做功为 $\text{[math]}$ ，气体向外散失的热量为 $\text{[math]}$ ，求气体的内能增加值。
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15. (2023高二下·闵行期末) 某升降椅简化结构如图所示，座椅和圆柱形导热气缸固定在一起，与粗细均匀的圆柱形气缸杆密封住长度为 $\text{[math]}$ 的理想气体。质量为 $\text{[math]}$ 的人坐到座椅上并双脚悬空，座椅下降一段距离后稳定。已知座椅和气缸总质量为 $\text{[math]}$ ，圆柱形气缸杆的横截面积为 $\text{[math]}$ ，座椅下降过程中气缸内气体无泄漏，气缸下端不会触碰到底座。若不计气缸与气缸杆间的摩擦力，大气压强恒为 $\text{[math]}$ ，环境温度不变，取重力加速度 $\text{[math]}$ 。求：
1. （1）人未坐上座椅时，气缸内气体的压强大小；
2. （2）人坐上座椅到稳定，座椅下降的距离。
3. （3）试分析上述的过程中，筒内气体吸放热和做功的关系？
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16. (2023高三上·荔湾开学考) 某兴趣小组设计了一温度报警装置，原理图如图。一定质量的理想气体被一上表面涂有导电物质的活塞密封在导热汽缸内，活塞厚度不计，质量 $\text{[math]}$ ，横截面积 $\text{[math]}$ ，开始时活塞距汽缸底部的高度为 $\text{[math]}$ ，缸内温度为 $\text{[math]}$ 。当环境温度上升，活塞缓慢上移 $\text{[math]}$ ，活塞上表面与a、b两触点恰好接触，报警器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，求：
1. （1）该报警装置的报警温度 $\text{[math]}$ ；
2. （2）若上述过程气体的内能增加12.96J，则气体吸收的热量Q为多少。
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17. (2022高三上·三明期末) 某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内外气体压强之比为4∶1。机舱内有一导热汽缸，活塞质量m=2kg、横截面积S=10cm² ，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面静止时，汽缸如图（a）所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l₁=8cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图（b）所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l₂=10cm。汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变。已知大气压强随高度的变化规律如图（c）所示地面大气压强p₀=1.0×10⁵Pa，地面重力加速度g=10m/s²。
1. （1）判断汽缸内气体由图（a）状态到图（b）状态的过程是吸热还是放热，并说明原因；
2. （2）客机在地面静止时，汽缸内封闭气体的压强p₁；
3. （3）求高度h处大气压强，并根据图（c）估测出此时客机的飞行高度。
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18. (2023高二下·海南期末) 如图所示，将一个绝热的汽缸竖直放在水平桌面上，在汽缸内用一个活塞封闭一定质量的气体 $\text{[math]}$ 在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为m，活塞的横截面积为 $\text{[math]}$ 已知外界的大气压为 $\text{[math]}$ ，不计活塞和汽缸之间摩擦 $\text{[math]}$ 在汽缸内部有一阻值为R的电阻丝，电源的电压为U，在接通电源t时间后，发现活塞缓慢上升h高度 $\text{[math]}$ 已知重力加速度为g，求：
1. （1）外界对气体做多少功；
2. （2）在这一过程中气体的内能改变了多少？
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