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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.（2020天津等级号）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M 打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（）A.压强变大 B.对外界做功C.对外界放热 D.分子平均动能变大解析：B在水不断向外喷出的过程中，罐内气体体积增大，则气体对外做功，根据玻意耳定律可知，罐内气体的压强减小，选 项 A 错误，B 正确；由于罐内气体温度不变，则内能不变，因气体对外做功，根据热力学第一定律知，此过程吸收热量，选 项 C 错误；温度是分子平均
2、动能的标志，温度不变，分子的平均动能不变，选项D 错误。2.（多选）如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（）A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析：B C 由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗
3、电能，故 B 项正确，A 项错误。热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故 C 项正确，D 项错误。3.（多选）（2021湖前海考）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为5,和 5 封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A 下降”高度到3 位置时，活塞上细沙的总质量为机。在此过程中，用外力尸作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p。保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A 7777777777777777777
4、77.I 赤细沙IB”么物双砌以勿J-7A.整个过程，外力尸做功大于()，小于mg/rB.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变C.整个过程，理想气体的内能增大D.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(poS洗+?g/i)E.左端活塞到达8 位置时，外 力 尸 等 于 吟解析：B D E 根据做功的两个必要因素为有力和在力的方向上有位移，又由于右端活塞没有移动，可知整个过程，外力厂做功等于0,A 错误；根据汽缸导热且环境温度没有变,可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，B 正确，C 错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做
5、的功，即 Q=WpoS历+,gm D 正确；左端活塞到达8 位置时，根据压强平衡可得p o+=po+卷，即尸=噤，E 正确。4.(2020山东等级者)一定质量的理想气体从状态a开始，经a-*b、C-a 三个过程后回到初始状态”，其 p-V 图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(%,2po)、b(2V0,po)、c(3%,2pn).以下判断正确的是()A.气体在a-b过程中对外界做的功小于在b-c过程中对外界做的功B.气体在a-b过程中从外界吸收的热量大于在b-c过程中从外界吸收的热量C.在 c-a 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D.气体在c-a 过程中内能的减少量大于A-
6、C 过程中内能的增加量解析：C气体在a-6 过程中体积增大，气体对外做功，在 b-c 过程中体积增大，气体对外做功，根 据p-V图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A 错误。气体在a-b 过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状杰方程可知，明 分两个状杰温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在b-c 过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，c 状态的温度高于b 状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在a-b过程中吸收的热量小于气体在b过程中吸收的热量
7、，选项B 错误。气体在c-a 的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选 项 C 正确。由理想气体状态方程可知，*8 两个状态温度相等，内能相等，所以气体在C f a 的过程中内能的减少量等于气体在6-c 过程中内能的增加量，选项D 错误。5.一定量的理想气体的压强p 与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是（）A.4-8 的过程中，气体对外界做功，气体内能增加B.A-B 的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量C.8 f C 的过程中，气体体积增大，对外做功D.8-C 的过程中，气体对外界放热，内能减小
8、解析：B从 A 到 B 的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故 A 错误，B 正确；从 6 到 C 的过程是等温压缩过程，压强增大,体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，故 C、D 错误。6.（多选）一定质量的理想气体从状态a 变化到状态从 有如图所示、两个过程，则下列说法正确的是（）A.状态a 的体积大于状态b 的体积B .在过程中，气体对外界做功，同时气体也向外界放热C.过程、中气体都对外界放出热量，但过程中气体对外界放出的热量比过程中要少D.过程、中外界都对气体做功，但过程中外界对气体做的功比过程中要少E.过程中气体内能的减少量比过程
9、中要少解析：A C D 一定质量的理想气体从状态a 变化到状态从压强增大，温度降低，由竿=C,可知，状态a 的体积大于状态b 的体积，选项 A 正确；在过程中，气体体积减小，外界对气体做功，气体内能减小，根据热力学第一定律，气体向外界放热，选 项 B 错误；过程、中气体都对外界放出热量，根据内能只与温度有关，过程、内能变化相同，选 项 E 错误；外界对气体做功可表示为W=p V,对于每一个体积相等的状杰，过程的压强小于过程的压强，所以过程外界对气体做功大于过程外界对气体做功，根据热力学第一定律，过程中气体对外界放出的热量比过程中要少，选项C、D 正确。7.（2021广东高考）在高空飞行的客机上
10、某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高空客舱内 的 气 体 压 强（选 填“大于”“小于”或“等 于 ）机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿 泉 水 瓶 内 气 体 的 分 子 平 均 动 能（选 填“变大”“变小”或“不变”）.解析：机场地面温度与高空客舱温度相同，由题意知瓶内气体体积变小，以瓶内气体为研究对象，根据理想气体状态方程爷=c,可知高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强。由于温度是平均动能的标志，气体的平均动能只与温度有关，机场地面温度与高空客舱温度相同，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动
11、能不变。答案：小 于 不 变8.如图所示,一定质量的理想气体在状态A 时压强为2.0X105 pa,|v/(xio 3m3)经历A-8-C-A 的过程，整个过程中对外界放出61.4 J 热量。求2 厂 7 f该气体在A-B过程中对外界所做的功。解析：整个过程中，外界对气体做功W=WA B+WCA,且WCA=PA(VC VA),由热力学第一定律A U=Q+W,得 WAB=(Q+WCA),代入数据得WM=-138.6 J,即气体对外界做的功为138.6JO答案：138.6 J150 300 T/K =-9.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
12、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，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度7o=3OOK,压强p=la tm,封闭气体的体积=3 n?,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。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 99()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 AU0,由 A
13、U=Q+W 知，Q W。(2)当汽缸下潜至990 m 时，设封闭气体的压强为，温度为7,体积为V,由题意可知p=100 atm根据理想气体状杰方程得喈=竿代入数据得V=2.8X10-2m答案：放 热 大 于 2.8X10-21 0.如图甲所示，用面积为S 的活塞在汽缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一祛码，活塞和祛码的总质量为m.现对汽缸缓缓加热，使汽缸内的空气温度从乃升高到芯，空气柱的高度增加了 L,已知加热时气体吸收的热量为Q,外界大气压强为po,重力加速度为g。求：(1)汽缸内温度为八时，气柱的长度为多少？(2)此过程中被封闭气体的内能变化了多少？(3)请在图乙的V-7图上大致作出该过程
14、的图像(在图线上标出过程的方向)。解析：汽缸内封闭的一定质量的空气做等压变化，由盖一吕萨克定律得空=乎,L S (L+E)S即 T T2(2)对活塞和祛码有 2g+poS=pS,解得p=po+等气体对外做功W=pSAL=(pS+mg)L由热力学第一定律W+Q=U得 At/=Q(poS+/ng)ALo(3)V-T图像如图所示。答案：(1)元 二 元(2)Q(PoS+?g)AL(3)见解析图1 1.如图所示，可在竖直平面内转动的平台上固定着一个内壁 光滑的汽缸，汽缸内有一导热性能良好的活塞，活塞面积为s,活 塞底面与汽缸底面平行，一定质量的理想气体密封在汽缸内。当平台倾角为37。时，汽缸内气体体积
15、为V,将平台顺时针缓慢转动直至/水平，稳定时汽缸内气体的体积为().9 V,该过程中环境温度始终-为 G，外界大气压强为po。已知就1137。=0.6,cos 37=0.8。重力加速度为g。(1)求活塞的质量；(2)若平台转至水平后，经过一段时间，环境温度缓慢降至0.97。(大气压强po保持不变)，该过程中汽缸内气体内能的减少量为0.14匕求该过程中汽缸内气体放出的热量Q。解析：(1)设活塞质量为机，当平台倾角为37。时汽缸内气体的压强为m=p0+监 弋37气体的体积为Vi=v平台水平时，汽缸内气体压强的大小P2=po+管气体的体积丫2=0.9V由玻意耳定律有pih=p2 v2联立得m=噜。(
16、2)降温过程，汽缸内气体压强不变，由盖一吕萨克定律有辛=忐7io U.y/o解得匕=0.81V活塞下降过程，外界对气体做功为W=P2(V2-V3)已知汽缸内气体内能减小了 A7,A l/=-0.14Poy由热力学第一定律AU=W+Q解得 Q=-0.32Poy所以汽缸内气体放出的热量为0.32p(,Vo答案：(1 呼(2)0.32Poy12.一定质量的理想气体由状态C 经状态B变化到状态A 的 p-y 图像如图所示。(1)若已知在状态C 时，理想气体的温度为127 C,求处于状态5 时气体的摄氏温度；(2)从状态C 变化到状态A 气体是吸热还是放热？并求出吸收或放出的热量的数值。(已知 1 atm=lX105Pa)解析：(1)由状态8 到状态C 过程有PcVc PBVBTC=TB解得 T“=900K所以加=627 o(2)由竿=C 可知，状态C 和状态A 温度相等，直接从状态C 到状态A 的过程，气体等温压缩，AL7=0,W 0,由/U=W+Q 知 Q V 0,所以气体放热，由热力学第一定律有Q气体做功等于P-V图像的面积W=；X(3+1)X 1X 105X10-3 J+1X(3+4)X2X105X10-3 J=900 J所以 Q=-W=-9 0 0 Jo答案：(1)627 (2)放热，900 J