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1、 课时跟踪检测（四十二）热力学定律与能量守恒定律 1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0104 J，气体内能减少1.3105 J，则此过程()A气体从外界吸收热量 2.0105 J B气体向外界放出热量 2.0105 J C气体从外界吸收热量 6.0104 J D气体向外界放出热量 6.0104 J 解析：选 B 由热力学第一定律 UWQ 得 QUW1.3105 J7.0104 J2.0105 J，即气体向外界放出热量 2.0105 J，B 正确。2.(多选)(2017全国卷)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开
2、，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是()A气体自发扩散前后内能相同 B气体在被压缩的过程中内能增大 C在自发扩散过程中，气体对外界做功 D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 解析：选 ABD 抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A 项正确，C 项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D 项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均
3、动能增大，B 项正确，E 项错误。3(多选)下列说法中正确的是()A热量可以从低温物体传递到高温物体 B科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 C能源危机指能量的过度消耗导致自然界的能量不断减少 D功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为功 E第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律 解析：选 ADE 电冰箱可以使热量从低温物体向高温物体传递，A 正确；由热力学第二定律知不可能有单一热源的热机，B 错误；能量是守恒的，C 错误；功可以全部转化为热量，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下，热量也可以全部转化为功，D 正确；第一 类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背
4、热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，E 正确。4(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是()A第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成 B效率为 100%的热机是不可能制成的 C电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 D从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段 E吸收了热量的物体，其内能也不一定增加 解析：选 BCE 第二类永动机不可能制成，是因它违背了热力学第二定律，故 A 错误；效率为 100%的热机是不可能制成的，故 B 正确；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故 C 正确；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，故
5、 D 错误；改变内能的方式有做功和热传递，吸收了热量的物体，其内能也不一定增加，E正确。5(多选)(2020福建省龙岩市模拟)关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是()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一定量的理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 E一定量的理想气体，温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大 解析：选 ADE 做功和热传递都能改变内能，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，还和气体的种类有关，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
6、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；一定量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，而理想气体内能只与温度有关，故温度越高，其内能越大，故 E 正确。6(多选)(2019东北三省四市二模)下列说法正确的是()A空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 B第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量的转化和守恒定律 C对于一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大 D用温度计测量温度是根据热平衡的原理 E随着科技的发展，热机的效率定能达到 100%解析：选 BCD 热传递存在方向性是说热量只能
7、自发的从高温物体传向低温物体，空调的制冷过程是热量从温度较高的室内传到温度较低的制冷剂，再通过压缩制冷剂将热量传到室外，而制热过程也是这样进行的。故 A 错误。第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量的转化和守恒定律。故 B 正确。理想气体内分子之间的相互作用忽略不计，所以理想气体的内能仅仅与温度有关，对于一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大。故 C 正确。用温度计测量温度是根据热平衡的原理，故 D 正确。根据热力学第二定律可知，即使科学技术有长足进步，将来的热机的效率也达不到 100%。故 E 错误。7.(多选)(2019绵阳检测)如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，汽缸中间有
8、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。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次数减少 解析：选 ACE 由题意可知气体 A 发生等容变化，则 W0，根据 UWQ 可知气体 A 吸收热量，内能增加，温度升高，气体 A 分子的平均动能变大，但并不是每个分子的动能都增大
9、，选项 A、C 正确，D 错误；因为中间是导热隔板，所以气体 B 吸收热量，温度升高，内能增加，又因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，选项 B 错误；气体 B的压强不变，但是体积增大，分子平均动能增大，所以气体 B 分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，选项 E 正确。8.(多选)一定质量的理想气体，从状态 A 变化到状态 B，再变化到状态 C，其状态变化过程的 p-V 图像如图所示。已知气体处于状态 A 时的温度为 300 K，则下列判断正确的是()A气体处于状态 B 时的温度是 900 K B气体处于状态 C 时的温度是 300 K C从状态 A 变化到状态 C 过程气体内能一直
10、增大 D从状态 A 变化到状态 B 过程气体放热 E从状态 B 变化到状态 C 过程气体放热 解析：选 ABE 由题意知：TA300 K，AB 过程为等压变化，则有VATAVBTB，代入数据解得：TB900 K，选项 A 正确；BC 过程是等容变化，则有pBTBpCTC，代入数据解得：TC300 K，选项 B 正确；从状态 A 变化到状态 C 过程，气体的温度先升高后降低，则气体的内能先增大后减小，选项 C 错误；由 AB 气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律 UWQ 知，气体吸热，选项 D 错误；BC 过程气体的体积不变，不做功，温度降低，气体的内能减小，由热力
11、学第一定律 UWQ 知，气体放热，选项 E 正确。9(多选)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 图像如图所示。下列判断正确的是()A过程 ab 中气体一定吸热 B过程 bc 中气体既不吸热也不放热 C过程 ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热 Da、b 和 c 三个状态中，状态 a 分子的平均动能最小 Eb 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 解析：选 ADE 过程 ab，理想气体等容变化，温度升高，理想气体的内能增大，气体一定吸热，A 正确；过程 bc，理想气体等温变化，压强减小，容器壁单位面积单
12、位时间内受到分子撞击的次数减小，而体积变大，气体对外做功，气体一定吸热，B 错误，E 正确；过程 ca，理想气体的压强不变，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，气体对外放出的热量大于外界对气体做的功，C 错误；根据上述三过程可知：在 a、b、c 三个状态中，状态 a 的温度最低，根据温度是分子平均动能的标志，其分子的平均动能最小，D 正确。10.我国“蛟龙”号载人潜水器下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到 990 m 深处的海水温度为 280 K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的
13、质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度 T0300 K，压强 p01 atm，封闭气体的体积 V03 m3，如果将该汽缸下潜至 990 m 深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。(1)下潜过程中封闭气体_(选填“吸热”或“放热”)，传递的热量_(选填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。(2)求 990 m 深处封闭气体的体积(1 atm 相当于 10 m 深的海水产生的压强)。解析：(1)下潜过程中温度降低，则 U0，由 UQW 知，QW。(2)当汽缸下潜至 990 m 时，设封闭气体的压强为 p，温度为 T，体积为 V，由题意可知p100 atm 根据理想气体状态方程得p0V0T0pVT 代入
14、数据得 V2.8102 m3。答案：(1)放热 大于(2)2.8102 m3 11.(2020山东省威海质检)一定质量的理想气体经历了如图所示的 ABCDA 循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示。A 状态的压强为 1105 Pa，求：(1)B 状态的温度；(2)完成一次循环，气体与外界热交换的热量。解析：(1)理想气体从 A 状态到 B 状态的过程中，压强保持不变，根据盖吕萨克定律有 VATAVBTB 代入数据解得 TBVBVATA600 K。(2)理想气体从 A 状态到 B 状态的过程中，外界对气体做功 W1pA(VBVA)解得 W1100 J 气体从 B 状态到 C 状态的过
15、程中，体积保持不变，根据查理定律有 pBTBpCTC 解得 pC2.5105 Pa 从 C 状态到 D 状态的过程中，压强保持不变，外界对气体做功 W2pC(VCVD)pC(VBVA)解得 W2250 J 一次循环过程中外界对气体所做的总功 WW1W2150 J 理想气体从 A 状态完成一次循环，回到 A 状态，始末温度不变，所以内能不变。根据热力学第一定律有 UWQ 解得 Q150 J 故完成一次循环，气体向外界放热 150 J。答案：(1)600 K(2)放热 150 J 12.(2019河北省邯郸模拟)如图所示，竖直放置的光滑圆柱形绝热汽缸，上端开口，有一质量 m10 kg、横截面积 S
16、10 cm2的绝热活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，在汽缸内距缸底 h0.2 m 处有体积可忽略的卡环a、b，使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在 a、b 上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为 T0200 K。现通过内部电热丝缓慢加热汽缸内气体，直至活塞恰好离开 a、b。已知大气压强 p01.0105 Pa。求：(g 取 10 m/s2)(1)活塞恰要离开 a、b 时，缸内气体的压强 p1；(2)当活塞缓慢上升 h0.1 m 时(活塞未滑出汽缸)缸内气体的温度 T 为多少？(3)若从开始加热到活塞缓慢上升 h0.1 m 的全过程中电阻丝放热 52 J，求气体内能的变化量 U。解析：(1)活塞恰要离开 ab 时，由活塞平衡有：p0Smgp1S 可得缸内气体的压强为：p1p0mgS1.0105 Pa101010104 Pa2.0105 Pa。(2)当活塞缓慢上升 h0.1 m 时，缸内气体的压强为 p1，理想气体状态方程有：p0ShT0p1hhST 代入数据可得：T600 K。(3)从开始加热到活塞缓慢上升 h0.1 m 的全过程中，气体对外界做功为：Wp1Sh20 J 全过程中电阻丝放热 52 J，即气体吸收热量为：Q52 J 根据热力学第一定律：UWQ 可得：U32 J 即气体内能增加了 32 J。答案：(1)2.0105 Pa(2)600 K(3)32 J