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- 2021-04-25 发布
课练35 热力学定律与能量守恒
1.
(多选)如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中如果环境保持恒温，下列说法正确的是( )
A．每个气体分子的速率都不变
B．气体分子平均动能不变
C．水平外力F逐渐变大
D．气体内能减小
2．某同学将一气球打好气后，不小心碰到一个尖利物体而迅速破裂，则在气球破裂过程中( )
A．气体对外界做功，温度降低
B．外界对气体做功，内能增大
C．气体内能不变，体积增大
D．气体压强减小，温度升高
3.
(多选)如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态．现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是( )
A．气体A吸热，内能增加
B．气体B吸热，对外做功，内能不变
C．气体A分子的平均动能增大
D．气体A和气体B内每个分子的动能都增大
E．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少
4.
一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示，AB为一条直线，则气体从状态A到状态B的过程中( )
A．气体分子平均动能保持不变
B．气体分子平均动能先增大后减小到初始状态
C．整个过程中气体对外不做功
D．气体的密度在不断增大
5.
如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，在这一过程中，下列说法正确的是( )
A．气体体积变小
B．气体温度降低
C．气体从外界吸收热量
D．气体的内能不变
6.
(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，在这一过程中，下列表述正确的是( )
A．气体从外界吸收热量
B．气体分子的平均动能减小
C．外界对气体做正功
D．气体分子撞击器壁的作用力增大
7．关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．在一定条件下物体的温度可以降到0 K
B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C．吸收了热量的物体，其内能一定增加
D．压缩气体总能使气体的温度升高
8.
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
9.
如图所示为常见的家用保温瓶，头一天用软木塞密封了半瓶开水，过了一夜后软木塞很难取出，则( )
A．瓶里所有气体分子的动能都变小了
B．外界对瓶内气体没有做功，瓶内气体的内能不变
C．瓶内气体温度降低，气体内能减小
D．瓶内气体温度降低，压强增大
10．(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是( )
A．气体分子间的作用力增大 B．气体分子的平均速率增大
C．气体分子的平均动能减小 D．气体组成的系统一定吸热
(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中的气泡________(填“吸收”或“放出”)的热量是________J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________J.
11.
如图所示的p—V图象中，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280 J，吸收热量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200 J．则：
(1)ACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
(2)BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？
12.
如图所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h.现通过电热丝给气体加热一段时间，结果活塞缓慢上升了h，若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，则：
(1)容器中气体的压强是多少？
(2)这段时间内气体的内能增加了多少？
(3)这段时间内气体的温度升高了多少？
1．(2016·课标Ⅰ)(1)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
(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp＝，其中σ＝0.070 N/m.现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g＝10 m/s2.
①求在水下10 m处气泡内外的压强差；
②忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值．
2．(2016·课标Ⅱ)(1)
一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是__________．
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
(2)一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压．某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气．若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天．
3．(2016·课标Ⅲ)(1)关于气体的内能，下列说法正确的是( )
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．气体被压缩时，内能可能不变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
(2)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞．初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示．用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止．求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离．已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p0＝75.0 cmHg.环境温度不变．
4．(多选)(2017·河南八市质检)下列说法中不正确的是( )
A．气体压强的大小与单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关
B．布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子在永不停息地做无规则热运动
C
．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响
D．水蝇可以停在水面上是因为液体具有表面张力
E．温度升高，物体所有分子的动能都增大
5．(多选)(2017·广东佛山二模)以下说法中正确的是( )
A．物体的体积增大，其分子的总势能一定增大
B．从微观来看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能以及分子的密集程度有关
C．用油膜法可以估测分子的直径
D．一定质量的理想气体，气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程无关
E．英国物理学家焦耳通过实验测定了功与热量间的定量关系
6．(2017·江苏连云港模拟)关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A．在能源利用的过程中，能量在数量上并未减少
B．由于自然界中总的能量守恒，所以不需要节约能源
C．能量耗散说明能量在转化过程中不断减少
D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
7．(多选)(2017·湖南长沙模拟)关于第二类永动机，下列说法中正确的是( )
A．第二类永动机没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机
B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成
C．第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成
D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能
E．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化
8．(多选)(2017·东北三省四市模拟)下列说法中正确的是( )
A．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
B．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上．其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小
C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向
D．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
E．随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机
9．(2017·重庆模拟)卡诺循环是由法国工程师卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩．下列相关说法中正确的是( )
A．随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%
B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，气缸内气体的内能保持不变
C．等温压缩过程中，因外界对气体做功，故气缸内气体内能增大
D．等温膨胀过程中，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少
10．(多选)(2017·安徽五校联考)下列说法正确的是( )
A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大
B．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
C．气体对容器壁的压强是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的
D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
11．(多选)(2017·广西调研)
如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V－t图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是( )
A．气体的内能增大
B．气体的内能不变
C．气体的压强减小
D．气体的压强不变
E．气体对外做功，同时从外界吸收能量
12．(多选)(2017·重庆南开中学考试)下列说法中正确的是( )
A．利用氧气的摩尔质量、密度以及阿伏加德罗常数就可以算出氧气分子体积
B．一定质量的理想气体，内能只与温度有关而与体积无关
C．固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用
D．只要物体与外界不发生热量交换，其内能就一定保持不变
E．物体温度升高，内能可能降低
课练35 热力学定律与能量守恒
1．BC 由状态①到状态②是封闭气体等温膨胀过程，由于温度是分子平均动能的标志，故分子热运动的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，所以A错误，B正确；温度不变，体积增大，根据＝C，则压强p减小，以活塞为研究对象，根据平衡条件有p0S＝pS＋F，得F＝p0S－pS，压强p减小，则F增大，C正确；理想气体的内能只与温度有关，温度不变，则内能不变，故D错误．
2．A 在气球破裂过程中，体积增大，对外做功，由于气球破裂过程的时间比较短，气体来不及吸收热量，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体的内能减小，温度降低，根据理想气体状态方程可知气体压强减小．
3．ACE A气体经历等容变化，W＝0，而吸收热量，由ΔU＝W＋Q知，内能增加，A正确；B气体经历等压变化，W<0，由＝C可知，T增大，则B气体吸收热量，内能增加，B错误；A、B气体温度都升高，则气体分子的平均动能都增大，但并不是每个分子的动能都增大，故C正确、D错误；由于气体B压强不变而温度升高，即分子每次碰撞器壁的冲量增加，则分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少，E正确．
4．B pV先增大后减小，故气体温度和分子平均动能先增大后减小，A错误、B正确．p—V图线与坐标横轴所围面积代表气体做的功，C错误．V增加，气体的密度减小，D错误．
5．C 由图可知气体压强不变，温度升高，则V增大，内能增加，根据ΔU＝W＋Q，ΔU>0，W<0，故Q>0，气体吸热，C正确，A、B、D错误．
6．AD a→b气体体积增大，对外做功，W<0，C错误．pV增大，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力增大，故B错误、D正确．根据ΔU＝W＋Q知，Q>0，气体吸热，A正确．
7．B 0 K是绝对零度，不可能达到，A选项错误；由热力学第一定律可知，C、D选项错误，B选项正确．
8．A 由于筒内气体不与外界发生热交换，外界对气体做功改变气体的内能，在M向下滑动的过程中，外界压缩气体对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能增大．选项A正确．
9．C 经过一个夜晚后，保温瓶内气体温度下降，分子平均动能减小，但并不是所有气体分子的动能都减小，气体温度降低，内能减小，故A、B错误，C正确；由＝C知，V不变，T降低，则p减小，故D错误．
10．解题思路：(1)考虑气体分子间作用力时，分子力表现为引力，气泡膨胀，分子间距增大，分子力减小，A错误；气泡上升过程中温度不变，分子的平均动能不变，分子的平均速率也不变，B、C错误；气泡上升过程中体积膨胀，温度不变，而气体对外做功，故气体一定吸收热量，D正确．
(2)将气体视为理想气体时，其内能只与温度有关．气泡上升过程中温度不变，ΔU＝0，对外做功，W＝－0.6 J，由ΔU＝Q＋W有Q＝ΔU－W＝0.6 J>0，即需从外界吸收0.6 J的热量．气泡到达湖面后，由ΔU＝Q＋W得ΔU′＝(0.3－0.1) J＝0.2 J.
答案：(1)D (2)吸收 0.6 0.2
11．解题思路：(1)ACB过程中W1＝－280 J，Q1＝410 J，
由热力学第一定律得UB－UA＝W1＋Q1＝130 J，
故ACB过程中气体的内能增加了130 J.
(2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，BDA过程中气体内能的变化量UA－UB＝－130 J
由题意知W2＝200 J，由热力学第一定律得
UA－UB＝W2＋Q2，
代入数据解得Q2＝－330 J，
即BDA过程中气体放出热量330 J.
答案：(1)增加 130 J (2)放热 330 J
12．解题思路：(1)以活塞为研究对象，对其进行受力分析，由平衡条件有
mg＋p0S＝pS，得容器中气体的压强
p＝p0＋.
(2)根据功的定义知：气体对外做功为
W＝－pSh，
得W＝－(p0S＋mg)h.
根据热力学第一定律得：这段时间内气体的内能增加量
ΔU＝Q＋W＝Q－(p0S＋mg)h.
(3)在加热过程中活塞缓慢上升，压强保持不变，是等压变化，由盖·吕萨克定律有＝，即＝
得t′＝273.15 K＋2t，
所以这段时间内气体的温度升高了Δt＝t′－t＝273.15 K＋t.
答案：(1)p0＋ (2)Q－(p0S＋mg)h (3)273.15 K＋t
加餐练
1．解题思路：(1)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；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，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．
(2)①当气泡在水下h＝10 m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为Δp1，则
Δp1＝①
代入题给数据得
Δp1＝28 Pa②
②设气泡在水下10 m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，内外压强差为Δp2，其体积为V2，半径为r2.
气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有
p1V1＝p2V2③
由力学平衡条件有
p1＝p0＋ρgh＋Δp1④
p2＝p0＋Δp2⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1＝πr⑥
V2＝πr⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
3＝⑧
由②式知，Δpi≪p0，i＝1,2，故可略去⑧式中的Δpi项．代入题给数据得
＝≈1.3⑨
答案：(1)BDE (2)①28 Pa ②1.3
2．解题思路：(1)由理想气体状态方程＝C知，p＝T，因此气体在a、c两状态的体积相等，故A项正确；对理想气体而言，内能由温度决定，因Ta>Tc，故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，选项B正确；过程cd为等温变化，内能不变(ΔU＝0)，压强变大，体积减小，外界对气体做功(W>0)，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q<0，故为放热过程且W＝|Q|，C选项错误；过程da为等压变化，温度升高，体积变大，气体的内能增大，ΔU>0，对外做功，W<0，由ΔU＝W＋Q，知该过程吸热且Q>|W|，选项D错误；bc和da过程中温度改变量相同，故体积变化量与压强的乘积相同，由W＝Fl＝pSl＝p·ΔV知，选项E正确．
(2)设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2.根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2①
重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为
V3＝V2－V1②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有
p2V3＝p0V0③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，则氧气可用的天数为N＝V0/ΔV④
联立①②③④式，并代入数据得
N＝4(天)⑤
答案：(1)ABE (2)4天
3．解题思路：(1)由于非理想气体分子间作用力不可忽略，内能包括分子势能，则气体的内能与体积有关，再者即使是理想气体，内能取决于温度和分子数目，质量相同的气体，当分子数目不同、温度相同时，内能也不相同，故A项错误；物体的内能与其机械运动无关，B项错误；由热力学第一定律知，气体被压缩时，若同时向外散热，则内能可能保持不变，C项正确；对于一定量的某种理想气体，体积变化时分子势能不变，其内能只取决于分子平均动能的变化，而温度是分子平均动能的标志，所以D项正确；由理想气体状态方程＝C知，p不变V增大，则T增大，故E项正确．
(2)设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2＝p0，长度为l2.活塞被下推h
后，右管中空气柱的压强为p′1，长度为l′1；左管中空气柱的压强为p′2，长度为l′2.以cmHg为压强单位．由题给条件得
p1＝p0＋(20.0－5.00)cmHg①
l′1＝ cm②
由玻意耳定律得p1l1＝p′1l′1③
联立①②③式和题给条件得
p′1＝144 cmHg④
依题意p′2＝p′1⑤
l′2＝4.00 cm＋ cm－h⑥
由玻意耳定律得p2l2＝p′2l′2⑦
联立④⑤⑥⑦式和题给条件得h＝9.42 cm⑧
答案：(1)CDE (2)144 cmHg 9.42 cm
4．ACD 布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，并不是分子的运动，布朗运动间接地反映了液体分子运动的无规则性，则B错．温度升高，分子的平均动能增大，并非所有分子的动能都增大，则E错．
5．BCE 物体的体积增大，其分子的总势能不一定增大，例如一定质量的0 ℃的水变成0 ℃的冰，体积变大了，但是分子的总势能是减小的，所以A错误；根据热力学第一定律可知，一定质量的理想气体，气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关，则D错误．
6．A 根据能量守恒定律可知，在能源使用过程中，能量在数量上并未减少，故A正确、C错误；虽然自然界中的总能量不会减少，但是能源的品质会降低，无法再利用，故还需要节约能源，故B错误；根据能量守恒可知，能量不会被创造，也不会消失，故D错误．
7．ACE 没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机，故A正确；第二类永动机违反了热力学第二定律，故B错误、C正确；机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，故E正确、D错误．
8．BCD 相互间达到热平衡的两物体的温度相同，内能不一定相等，故A错误；火罐内气体压强小于大气压强，所以火罐能“吸”
在皮肤上，故B正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故C正确；根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确；根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为100%的热机，故E错误．
9．D 由热力学第二定律可知，热机效率不可能达到100%，选项A错；绝热膨胀和绝热压缩过程中，与外界没有热量交换，而气缸体积改变，气缸内气体的内能因做功而改变，选项B错；等温压缩过程中，温度不变，气缸内气体内能不变，选项C错；等温膨胀过程中，温度不变，体积增大，单位体积内分子数目减少，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少，选项D对．
10．AC 本题考查物体的内能、热力学第一定律及气体压强的微观解释等，意在考查考生的综合应用能力．气体放出热量，若外界对气体做功，温度升高，其分子的平均动能增大，A正确；相互间达到热平衡的两物体的温度相同，但内能不一定相等，B错误；气体分子对容器壁的频繁碰撞是气体压强产生的原因，C正确；气体压强与物质的量、温度、体积有关，因未知体积变化，故不能确定压强变化，D错误．
11．ACE 本题考查理想气体的内能、热力学第一定律和图象问题的综合运用，意在考查考生的逻辑分析能力．由题图可知，理想气体从状态A到状态B的过程中，温度升高，内能增大，故A正确、B错误；在V－t图象中等压线是延长线过－273.15 ℃的直线，斜率越大，压强越小，如图所示，气体从状态A到状态B的过程中，压强减小，故C正确、D错误；从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功，W<0，温度升高，内能增大，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即气体从外界吸收热量，故E正确．
12．BCE 利用气体的摩尔质量、密度及阿伏伽德罗常数，只能求出每个气体分子平均占有的空间体积，由于气体分子间距大于等于气体分子直径的10倍，故无法求出每个气体分子的体积，故A错误；由分子动理论知B、C正确；由热力学第一定律知D错误、E正确．