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1、第十四章 第4讲热力学定律与能量守恒定律基础巩固1(2021江苏扬州期末)(多选)下列说法正确的是()A一锅水中撒一点花粉，加热时发现水中的花粉在翻滚，这说明温度越高布朗运动越激烈B温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大C气体的体积增大，内能有可能保持不变D空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律解析：BC本题考查内能、热力学第二定律等布朗运动是液体内部分子做无规则运动时，对悬浮小颗粒碰撞作用的不平衡所引起的，花粉的运动是由于水的对流形成的，不是布朗运动，故A错误；温度高的物体内能不一定大，因为内能不仅与温度有关，还与质量有
2、关；温度是分子平均动能的标志，故温度高的物体，分子平均动能一定大，故B正确；气体的体积增大，气体对外做功，但如果此时气体吸收热量，内能有可能保持不变，故C正确；空调机作为制冷机使用时，在压缩机做功的情况下，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，并不违反热力学第二定律，故D错误2(2021山东卷)如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮上浮过程中，小瓶内气体()A内能减少B对外界做正功C增加的内能大于吸收的热量D增加的内能等于吸收的热量解析：B小瓶内的空气可视为理想气体，在
3、小瓶缓慢上浮的过程中，瓶内空气的温度升高，内能增加，故A错误；同时，瓶内空气的压强减小，由理想气体的状态方程C，可知体积增大，气体对外界做正功，故B正确；根据热力学第一定律UWQ，由于U0，W0，可见气体吸收的热量大于增加的内能，故C、D错误3(2021山东潍坊模拟)如图所示，导热的汽缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现将沙桶底部钻一个小洞，让沙子慢慢漏出汽缸外部温度恒定不变，则()A缸内的气体压强减小，内能减小B缸内的气体压强增大，内能减小C缸内的气体压强增大，内能不变D外界对气体做功，缸内的气体内能增加解析
4、：C本题考查热力学第一定律的应用设活塞以及沙桶(含沙子)的质量为m，对活塞以及沙桶(含沙子)整体为研究对象，由平衡条件可得p0SpSmg，则当m减小时，p增大，由理想气体状态方程可知，气体体积变小，外界对气体做功，由于气体的温度不变，则U0，气体的内能不变，选项C正确4(2021福建莆田二模)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，该过程气体的压强p与体积V的关系如图所示，则从A到B的过程()A气体的温度降低B气体的内能减小C外界对气体做功D气体从外界吸收热量解析：D本题考查热力学第一定律的应用由题图可知，从A到B的过程，气体的pV乘积变大，则气体的温度升高，内能增加，选项A、B错误；从A到B
5、的过程，气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误；根据热力学第一定律可知，气体内能不变，且气体对外界做功，则气体从外界吸收热量，选项D正确5如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态B()A可通过等容变化实现B不可能经过体积减小的过程C气体一定从外界吸热D外界一定对气体做正功解析：C根据C(常数)，可得pT，由此可知A、B与O点的连线表示等容变化，直线AO斜率大，则A状态下气体体积小，即A状态体积小于B状态的体积，所以气体自状态A到状态B的过程中，体积必然变大，A错误；由于具体气体变化的过程未知，故可能经过体积减小的过程，B错误；整个过程，气体体积增大，气体对外界做功，W为负值，从
6、图中看出气体温度升高，所以Q必须为正数，即气体必须从外界吸热，C正确、D错误6(2021河北邯郸市高三三模)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后再回到状态A.A状态的体积是2 L，温度是300 K，B状态的体积为4 L，C状态的体积是3 L，压强为2105 Pa.(1)在该循环过程中B状态的温度TB和A状态的压强pA是多少？(2)AB过程如果内能变化了200 J，该理想气体是吸热还是放热，热量Q是多少焦耳？解析：(1)AB过程由题图可知是等压变化，由盖吕萨克定律TB600 KBC过程由题图可知是等温变化，所以TCTB600 KCA过程根据理想气体状态方程pA1.5105 P
7、a(2)AB过程理想气体温度升高，内能增加U200 J体积膨胀，气体对外界做功WpAV300 J根据热力学第一定律UWQQ500 J即该理想气体吸热，吸收热量Q为500 J答案：(1)600 K，1.5105 Pa(2)吸收热量，500 J能力提升7(2021全国高三专题练习)(多选)如图所示，一定质量的理想气体经历了ab、bc、cd三个状态变化过程，其中纵坐标表示理想气体压强p、横坐标表示理想气体的热力学温度T.则下列结论正确的是()Aab过程，理想气体对外界做正功Bbc过程，理想气体向外界放出热量Ccd过程，理想气体内能不变D三个状态变化过程对比，cd过程是理想气体对外界做正功最多的过程解
8、析：ABDab过程为等温变化，且压强减小，由公式pVC知，体积增大，气体对外界做正功，故A正确，bc过程为等容变化，且温度降低，理想气体内能减小，气体做功为零，由热力学第一定律可知，气体应放热，故B正确；cd过程为等压变化，温度升高，理想气体内能增大，故C错误；根据C可得VT，设b处的体积为Vb，则a处的体积为，c处的体积为Vb，d处的体积为6Vb，根据WpV可知三个状态变化过程对比，cd过程是理想气体对外界做正功最多的过程，故D正确8.(多选)一定质量的理想气体发生状态变化的pV图像如图所示，图线1、2是两条等温线，A、B是等温线1上的两点，C、D是等温线2上的两点，图线AD、BC均与V轴平
9、行，则下列说法正确的是()A等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度高B从状态A变化到状态B，气体一定吸收热量C从状态B变化到状态C，气体吸收的热量比气体对外界做功多D从状态C变化到状态D，单位体积的气体分子数增大，但气体分子的平均动能不变解析：BCD从CB为等压变化，由公式C可知，等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度低，故A错误；从状态A到状态B为等温变化，内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得UQW，所以气体一定吸收热量，故B正确；从状态B变化到状态C，气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得UQW，所以气体吸收的热量比气体对外界做
10、功多，故C正确；从状态C到状态D为等温变化，所以分子的平均动能不变，体积减小，单位体积的气体分子数增大，故D正确9(2021湖南卷改编)(多选)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S1和S2)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h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m.在此过程中，用外力F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p0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整个过程，外力F做功大于0，小于mghB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
11、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(p0S1hmgh)解析：BD本题考查理想气体分子平均动能、内能、热力学第一定律和平衡条件整个过程，右端活塞位置始终不变，所以外力F不做功，故A错误；由于汽缸导热，整个过程环境温度保持不变，所以汽缸内气体温度不变，理想气体的分子平均动能保持不变，由于汽缸内气体是理想气体，不考虑分子势能，所以整个过程，理想气体的内能不变，故B正确，C错误；整个过程，大气压力做功为W1p0S1h，活塞上的细沙质量不断增加，活塞上细沙的重力做功小于W2mgh，根据能量守恒和热力学第一定律可得理想气体向外界放出的热量小于(p0S1hmgh)，故D正确10如图甲所示，
12、一圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，通过绝热活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内，活塞质量m1 kg、横截面积S5104 m2，原来活塞处于A位置现通过电热丝缓慢加热气体，直到活塞缓慢到达新的位置B，在此过程中，缸内气体的VT图像如图乙所示，已知大气压强p01.0105 Pa，忽略活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度g10 m/s2.(1)求缸内气体的压强和活塞到达位置B时缸内气体体积；(2)若缸内气体原来的内能U072 J，且气体内能与热力学温度成正比，求缸内气体变化过程中从电热丝吸收的总热量解析：(1)活塞从A位置缓慢到达B位置，活塞受力平衡，气体经历等压变化过程，以活塞为研究对象，有pSp0
13、Smg解得pp01.2105 Pa由盖吕萨克定律，有解得VB6104 m3.(2)由气体的内能与热力学温度成正比，有解得UB108 J外界对气体做功Wp(VBVA)24 J由热力学第一定律得UUBU0QW解得气体变化过程中从电热丝吸收的总热量Q60 J.答案：(1)1.2105 Pa6104 m3(2)60 J11(2021辽宁适应考)某民航客机在距地面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41.机舱内有一导热汽缸，活塞质量m2 kg、横截面积S10 cm2，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l18 cm；
14、客机在距地面高度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l210 cm，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距地面高度的变化规律如图c所示，地面大气压强p01.0105 Pa，地面重力加速度g10 m/s2.(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)求高度h处的大气压强，并根据图c估测出此时客机的飞行高度解析：本题通过空气压缩机考查热力学第一定律、玻意耳定律(1)根据热力学第一定律UWQ从图a到图b气体体积膨胀，气体对外做功，W0，气体从外界吸热(2)初态封闭气体的压强p1p01.2105 Pa根据玻意耳定律，得p1l1Sp2l2S解得p20.96105 Pa由题意知机舱内外气体压强之比为41，因此舱外气体压强为p2p20.24105 Pa.对应题图c可知此时客机的飞行高度为104 m.答案：(1)吸热原因见解析(2)0.24105 Pa104 m