热力学定律与能量守恒定律

练案[37]第十三章热学第3讲热力学定律与能量守恒定律一、选择题(本题共8小题，均为多选)1．(2018·重庆一诊)关于热现象的描述，下列说法正确的是(ACE)A．漂浮在水面上的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越不明显B．气体的温度越高，每个气体分子的动能都越大C．零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰分子势能大D．对于一定质量的理想气体，如果体积增大，就会对外做功，所以内能一定减少E．热量既能够从高温物体传递到低温物体，也能够从低温物体传递到高温物体[解析]悬浮在液体中的小颗粒周围有大量的液体分子，由于液体分子对小颗粒无规则撞击，造成小颗粒受到的冲力不平衡而引起小颗粒的运动，撞击它的分子数越多，布朗运动越不明显，故A正确；温度是分子平均动能的标志，对个别分子没有意义，温度越高，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，故B错误；零摄氏度的冰变化成零摄氏度的水需要吸热，说明水比冰的内能大。由于温度相同，分子平均动能相同，所以水的分子势能更大，故C正确；气体体积增大时，对外做功，但有可能吸收热量，故无法判断内能变化情况，故D错误；热量既能够从高温物体传递到低温物体，但在一定条件下，热量也能够从低温物体传递到高温物体，故E正确。2．(2018·福建漳州质检)关于热现象，下列说法中正确的是(ABE)A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性B．扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动C．自然界中所有宏观过程都具有方向性D．可利用高科技手段，将流散的内能全部收集并加以利用，而不引起其他变化E．对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度都不可能达到[解析]显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这属于布朗运动，反映了液体分子运动的无规则性，故A正确；扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动，故B正确；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，不涉及热现象的宏观过程不一定具有方向性，故C错误；根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热而不产生其他影响，故D错误；对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度都不可能达到，故E正确。3．(2018·安徽皖西教学联盟质检)下列说法中正确的是(ABD)A．玻璃管的裂口烧熔后会变钝是表面张力的作用引起的B．0℃的氢气和0℃的氧气，它们的分子平均动能相同C．第二类永动机违背了能量守恒定律D．水的饱和汽压随温度的升高而增大E．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性减小的方向进行[解析]由于熔融的液态玻璃存在表面张力，使表面收缩，因此玻璃管的裂口尖端被烧熔后变成圆形，故A正确；温度是分子平均动能的标志，氧气和氢气的温度相同，则它们的分子平均动能相同，故B正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；水在不同温度下有不同的饱和汽压，并随着温度的升高而增大，故D正确；根据热力学第二定律可知，一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故E错误。4．(2019·内蒙古包头四中质检)如图所示，电路与一绝热汽缸相连，R为电热丝，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，外界大气压强恒定，闭合电键后，绝热活塞K缓慢且无摩擦地向右移动，则下列说法正确的是(ADE)A．气体的内能增加B．气体分子平均动能不变C．电热丝放出的热量等于气体对外所做的功D．气体的压强不变E．气体分子单位时间内对器壁单位面积的撞击次数减少[解析]活塞可无摩擦滑动，外界大气压强不变，故气体等压变化；活塞缓慢向右移动过程中，气体体积增大，故温度一定升高，气体内能增加，故A正确，D正确；电阻丝向气体放热气体温度升高，而理想气体内能只取决于分子动能，气体温度升高，分子平均动能增大，故B错误；气体内能增大，由热力学第一定律可知，电阻丝向气体放出的热量一定大于对外做功，故C错误；气体体积变大，故气体单位体积内的分子数减小，故单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减小，故E正确。故选ADE。5．(2018·黑龙江哈师大附中模拟)下列说法正确的是(ACD)A．温度是分子平均动能的标志B．若物体温度升高，则该物体一定吸热C．一定质量的理想气体的等温膨胀过程一定是吸热过程D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E．温度高的物体具有的内能一定多[解析]温度是分子热运动的平均动能的标志，A正确；对物体做功，物体温度也可能升高，B错误；一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，对外做功，由W＋Q＝ΔU可知W0，ΔU＝0，则Q0，C正确；根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确；内能与温度、体积和物质的量有关，所以温度高的物体具有的内能不一定多，E错误。6．(2019·肇庆市联考)一定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p－T图象如图所示，下列判断正确的是(ABE)A．a和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同B．a、b和c三个状态中，状态b分子的平均动能最大C．过程bc中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．过程ca中气体既不吸热也不放热E．过程ab中气体一定吸热[解析]由图可知，a、c状态气体的温度是相等的，所以分子运动的激烈程度相同；c状态的压强大，结合气体压强的微观意义可知，a和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故A正确；由图象可知，b状态温度最高，分子平均动能最大，故B正确；由图象可知，bc过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，ΔU＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程bc中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由图象可知，ca过程气体温度不变，压强减小，由玻意尔定律可知，其体积增大，气体对外界做功，W＜0，气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体要吸收热量，故D错误；由图示可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故E正确。7．(2018·福建龙岩质检)关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是(ADE)A．对气体做功可以改变其内能B．质量和温度都相同的气体，内能一定相同C．热量不可能从低温物体传到高温物体D．一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加E．一定质量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大[解析]做功和热传递都能改变物体的内能；所以对气体做功可以改变其内能，故A正确；质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，内能还与气体的体积有关，故B错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他的变化，故C错误；由盖－吕萨克定律可知，一定质量的理想气体在等压膨胀过程中气体温度升高，气体内能增加，故D正确；一定质量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，而气体内能只与温度有关，故温度越高，其内能越大，故E正确。8．(2018·河南许昌质检)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是(AB)A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少D．D→A过程中，气体吸热[解析]A→B过程，体积增大，气体对外界做功，W0，气体等温变化，内能不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律可知气体吸热，Q0，故A正确；B→C过程，气体绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，故B正确；C→D过程，等温压缩，体积变小，分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C错误；D→A过程，绝热压缩，Q＝0，故D错误。二、非选择题9．(2019·浙江宁波模拟)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为AC。A．压强变小B．压强不变C．一直是饱和汽D．变为未饱和汽(2)如图1所示，在斯特林循环的p－V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成，B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目不变(选填“增大”、“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态A对应的是①(选填“①”或“②”)。(3)如图1所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和30J。在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J。求气体完成一次循环对外界所做的功。[答案](3)8J[解析](1)高压锅在密封的状态下缓慢冷却，在冷却过程中气体发生等容变化，温度降低，压强变小，A项正确，B项错误；锅内的水蒸气始终处于饱和汽状态，C项正确，D项错误。(2)从B→C的过程中，气体的体积不变，因此单位体积中气体分子数目不变，从状态D到状态A，气体的体积不变，压强减小，温度降低，分子平均动能减小，因此A状态对应的是①。(3)气体完成一次循环，其内能不变，即ΔU＝0吸收的热量Q＝(20＋12－4－20)J＝8J由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8J，则气体对外做功为8J。10．(2018·山西吕梁一模)如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2cm2且足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L＝21cm的气柱，气体的温度为t1＝7℃，外界大气压为p0＝1.0×105Pa(相当于75cm高汞柱产生的压强)。(1)若在活塞上放一个质量为m＝0.1kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？(取g＝10m/s2)(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t2＝77℃，此时气柱为多长？(3)若在(2)的过程中，气体吸收的热量为10J，则气体的内能增加多少？[答案](1)20cm(2)25cm(3)8.95J[解析](1)被封闭气体的初状态：p1＝p0＝1.0×105PaV1＝LS＝42cm3，T1＝280K末状态：p2＝p0＋mgS＝1.05×105PaV2＝L2S，T2＝T1＝280K根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2得L2＝20cm(2)对气体加热后，气体的压强不变，p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350K根据盖－吕萨克定律，有V2T2＝V3T3，即L2T2＝L3T3得L3＝25cm(3)气体对外做的功W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05J根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝10J＋(－1.05J)＝8.95J即气体的内能增加了8.95J11．(2018·黑龙江七台河模拟)绝热汽缸倒扣在水平地面上，缸内装有一电热丝和一光滑的绝热活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞下吊着一重为G的重物，活塞重为G0，活塞的横截面积为S，开始时封闭气柱的高为h，气体的温度为T1，大气压强为p0，活塞下方气体与大气相通。现给电热丝缓慢加热，若气体吸收热量Q时，活塞下降了h，求：(1)气体的温度升高了多少？(2)气体的内能增加了多少？[答案](1)T1(2)Q＋(G＋G0)h－p0Sh[解析](1)活塞下降的过程中，气体发生的是等压膨胀则V1T1＝V2T2即hST1＝2hST2，求得T2＝2T1气体的温度升高了ΔT＝T2－T1＝T1(2)汽缸内气体的压强为p＝p0－G＋G0S活塞向下运动的过程中，对外做功W＝pSh＝p0Sh－(G＋G0)h根据热力学第一定律可知，气体的内能增加量为ΔU＝Q－W＝Q＋(G＋G0)h－p0Sh