第4课时热力学定律与能量守恒定律

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1、课时规范训练(单独成册)基础巩固题组1.(多选)下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是()A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律B.能量耗散过程中能量不守恒C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功解析:选ADE.第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器,违背了能量守恒定律,A正确;能量耗散过程中能量仍是守恒的,B错误;电冰箱在电机做功情况下,不断地把冰箱内的热量传到外界,没有违背热力学第二定律,C错误;能量耗散具有方向性,D正确;物

2、体在引起其他变化时可以从单一热源吸收热量并全部用于做功,E正确.2 .(多选)关于热现象和热力学定律,下列说法中正确的是()A.甲物体自发传递热量给乙物体,说明甲物体的内能比乙物体的多B,煤、石油、天然气等能源所储存的能量最初来源可追溯到太阳能C.一定质量的气体经历等容过程,如果吸热则其内能一定增大D.物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关E.压缩气体,对其做2.0X105J的功,同时气体向外界放出1.5X105J的热量,则气体的内能增加了0.5X105JD错;压缩气体,对其做解析:选BCE.甲物体自发传递热量给乙物体,说明甲物体的温度比乙物体的温度高,选项A错;煤、石油、天然气等能源所储存的

3、能量最初来源可追溯到太阳能,选项B对;一定质量的气体经历等容过程,不对外做功,根据热力学第一定律,如果吸热则其内能一定增大,选项C对;物体的内能在宏观上不但与其温度和体积有关,而且还与分子数有关,选项2.0X105J的功,同时气体向外界放出1.5X105J的热量,根据热力学第一定律,则气体的内能增加了0.5X105J,选项E对.3 .(多选)如图,将一空的铝制易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中,则金属罐在水中缓慢下降过程中,罐内空气(可视为理想气体)()二三三产三丞,空气二二:二二二A.内能增大B.分子间的平均距离减小C.向外界放热D,对外界做正功解析:选BC.由于温度不变,故气体内能不变(S

4、!想气体内能取决于温度),A选项错误;取金属罐中封闭的理想气体为研究对象,金属罐向下压入恒温游泳池中的过程,可视为等温过程,由题意知压强变大,根据玻意耳定律PV1=p2V2,可知体积变小,故分子平均间距变小,B选项正确;内能不变AU=0,体积变小,W0,根据热力学第一定律AU=W+Q,可知Q0,即向外放热,故C选项正确、D选项错误.4.(多选)下列说法中正确的是()A.一定质量的理想气体温度升高时,分子的平均动能一定增大B.不可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,而不产生其他变化C.不可能使热量从低温物体传向高温物体D.当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大E.分子间距离增大

5、时,分子力一定减小解析:选ABD.温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子平均动能增大,A正确.热力学第二定律可以表示为:不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其他变化,B正确.通过做功的手段可以使热量从低温物体传向高温物体,C错误.当分子力表现为引力时,增大分子间的距离,需要克服分子间的引力做功,所以分子势能增大,D正确.分子间的作用力随分子间的距离增大先增大后减小,因此分子力可能增大,也可能减小,E错误.5.(多选)下列说法正确的是()A.气体总是充满容器,说明气体分子间只存在斥力B.对于一定质量的理想气体,温度升高,气体内能一定增大C.温度越高布朗运动越剧烈

6、,说明水分子的运动与温度有关D.物体内能增加,温度一定升高E.热量可以从低温物体传到高温物体解析:选BCE.气体总是充满容器,说明气体分子在做无规则热运动,而气体分子之间既存在引力也存在斥力,A错误.由于理想气体的内能只与温度有关,所以对于一定质量的理想气体,温度升高,气体内能一定增大,B正确.温度越高布朗运动越剧烈,说明水中悬浮的微粒的运动与温度有关,而悬浮微粒的运动是由水分子运动对微粒的碰撞造成的,即水分子的运动与温度有关,C正确.物体内能增加,例如冰吸热熔化,内能增加,但是温度不变,D错误.热量可以从低温物体传到高温物体,例如电冰箱中热量从低温物体传到高温物体,E正确.6 .(多选)下列

7、说法正确的是()A.分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都减小B.布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动C.食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布,具有空间上的周期性D.做功和热传递在改变系统内能方面是不等价的E.第二类永动机虽不违背能量守恒定律,但也是不可能制成的解析:选ACE.分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都减小,故A正确;布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动,是液体分子的无规则运动的反映,不是分子的运动,故B错误;食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布,具有空间上的周期性,C正确;做功和热传递在改变系统内能方面是等价的,故D错误;第二类永动机虽不违背能量守恒定律,但违反热力学

8、第二定律,仍不可能制成,故E正确.7 .(多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度变化关系的Vt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()v/Xor/rA.气体的内能增大8 .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,同时从外界吸收热量解析:选ACE.由状态A到状态B,温度升高,内能增大,A正确,B错误;由理想气体状态方程可知,由状态A到状态B,压强减小,C正确、D错误;气体内能增加,从外界吸收热量,压强减小,对外做功,E正确.能力提升题组8.(2017高考全国卷H)(多选)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

9、侧与绝隔板理想气体真空活塞热活塞之间是真空.现将隔板抽开,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.气体向真空膨胀时不受阻碍,气体不对外做功,由于汽缸是绝热的,没有热交换,所以气体扩散后内能不变,选项A正确.气体被压缩的过程中,外界对气体做功,且没有热交换,根据热力学第一定律,气体的内能增大,选项B、D正确.气体在真空

10、中自发扩散的过程中气体不对外做功,选项C错误.气体在压缩过程中,内能增大,由于一定质量的理想气体的内能完全由温度决定,温度越高,内能越大,气体分子的平均动能越大,选项E错误.9 .(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

11、壁单位面积碰撞总次数减少解析:选ACE.A气体经历等容变化,W=0,而吸收热量,由AU=W+QV,知,内能增加,A正确;B气体经历等压变化,W0,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.10.(2017高考全国卷田)(多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是()A

12、.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量解析:选ABD.ab过程中气体压强增大,体积不变,则温度升高,内能增加,A项正确;ab过程发生等容变化,气体对外界不做功,C项错误;一定质量的理想气体内能仅由温度决定,bc过程发生等温变化,内能不变,bc过程中气体体积增大,气体对外界做正功,根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,D项正确;ca过程发生等压变化,气体体积减小,外界对气体做功,B项正确;ca过程中气体温度降低,内能减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知气体向外界放热,

13、E项错误.11.(多选)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,AB和CD为等温过程,BC为等压过程,DA为等容过程,则在该循环过程中,热-百下列说法正确的是()A. AB过程中,气体放出热量B. BC过程中,气体分子的平均动能增大C. CD过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D. DA过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化E.若气体在BC过程中内能变化量的数值为2kJ,与外界交换的热量为7kJ,则在此过程中气体对外做的功为5kJ解析:选ABE.因为AB为等温过程,压强变大,体积变小,故外界对气体做功,根据热力学第一定律有AU=W+Q,温

14、度不变,则内能不变,故气体一定放出热量,选项A正确;BC为等压过程,因为体积增大,由理想气体状态方程半=C可知,气体温度升高,内能增加,故气体分子的平均动能增大,选项B正确;CD为等温过程,压强变小,体积增大,因为温度不变,故气体分子的平均动能不变,压强变小说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少,选项C错误;DA为等容过程,体积不变,压强变小,由牛=C可知,温度降低,气体分子的平均动能减小,故气体分子的速率分布曲线会发生变化,选项D错误;BC为等压过程,体积增大,气体对外做功,该过程中气体的温度升高,则气体的内能增加2kJ,气体从外界吸收的热量为7kJ,气体对外界做功为5kJ,故选项E正确

15、.12 .如图所示,固定的光滑斜面倾角为仁30。,一质量为M=4kg,底面积为S=2cm2的汽缸放在斜面上.导热活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸中,活塞通过一根细杆固定在斜面底端,细杆与斜面平行,活塞和汽缸内壁间光滑.初始时汽缸内、外气体压强均为大气压强p0=1X105Pa,活塞与汽缸底部距离为1o=0.2m,将汽缸由静止释放,经过足够长时间后汽缸静止,重力加速度g取10m/s2(1)求汽缸最终静止时活塞与汽缸底部距离.(2)整个过程中,汽缸内气体是从外界吸收热量还是向外界释放热量?数值为多少?解析:(1)释放汽缸时,汽缸内气体压强为P0,体积为10S;汽缸最终静止时,设汽缸内气体压强为p,活塞与汽缸底部距离为1,对汽缸受力分析如图所示.由平衡条件有pS=poS+Mgsin0坛Mgsin0解彳3p=p0+飞由玻意耳定律得poloS=plS解彳#l=述=0.1m.poS+Mgsin0(2)汽缸下降过程中,内部气体被压缩,外界对气体做功,最终静止时温度与外界相同,内能不变,所以整个过程中,缸内气体向外界释放热量.始末状态,对汽缸由动能定理,有

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