1、第3讲 热力学定律与能量守恒定律时间：60分钟满分：100分一、选择题(本题共9小题，每小题5分，共45分。其中 1题为单选，29题为多选)1(2019湖北荆门第五次检测)奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成，当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧。则以下说法不正确的是()A燃气由液态变为气态的过程中要对外做功B燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能增加C燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程D燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用答案D解析燃气由液态变为气态的过程中体积增大，要对外做功，分子势能增大，故
2、A、B正确；根据热力学第二定律，燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程，故C正确；燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量变为品质低的大气内能，能量耗散了，很难再被回收利用，故D错误。2(2019湖南三湘名校教育联盟三模)能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的。然而，无数事实告诉我们，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生。下列说法正确的是()A科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机B第二类永动机不违反能量守恒定律C对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机D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E气体向真空的自由膨胀是不可逆的答案BDE解
3、析根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故A错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故B正确；对能源的过度消耗将形成能源危机，但自然界的总能量守恒，故C错误；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，但要引起其他变化，故D正确；根据熵增加原理可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故E正确。3.(2019辽宁葫芦岛一模)回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程：已知状态A和B的温度均为27 ，状态C和D的温度均为133 ，下列判断正确的
4、是()A气体由状态A到B的过程，温度先升高后降低B气体由状态B到C的过程，内能保持不变C气体由状态C到D的过程，分子间的平均间距减小D气体由状态C到D的过程，气体对外做功E气体由状态D到A的过程，其热力学温度与压强成正比答案ADE解析状态A和B的温度相等，根据C，经过A、B的等温线应是过A、B的双曲线，沿直线由A到B，pV先增大后减小，所以温度先升高后降低，故A正确；气体由状态B到C温度降低，内能减小，故B错误；气体由状态C到D，体积增大，分子间的平均间距增大，故C错误；气体由状态C到D，体积增大，气体对外做功，故D正确；气体由状态D到A，体积不变，根据C，其热力学温度与压强成正比，故E正确。
5、4下列说法中错误的是()A一定量气体经过不同物理过程而温度没有改变，气体与外界可以不做功B功可以全部转化为热量，热量也可以全部转化为功C第二类永动机无法制成是因为它违背了热力学第一定律D在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行E熵值越大，说明系统的分子运动越无序答案BCD解析一定量的气体可以先吸热而后又放热，气体与外界不做功，最后温度保持不变，A正确；功是能量转化的量度，不能说功转化成热量，只能说机械能转化为内能，B错误；第二类永动机无法制成是因为它违背了热力学第二定律，C错误；在任何自然过程中，一个孤立系统的熵总是向增加的方向进行，D错误；熵是系统内分子运动无序程度的量度，熵越大，
6、分子运动无序程度越大，E正确。本题选错误的，故答案为B、C、D。5下列关于热力学定律的说法，正确的是()A热量可以从低温物体传递到高温物体B一切宏观热现象的过程一定是从无序状态慢慢向有序状态过渡C无论科技多么先进，热力学温度的0 K一定不可能达到D一绝热汽缸中封闭一定质量的理想气体，当气体体积膨胀时，其温度一定降低E一导热汽缸中封闭一定质量的理想气体，当缸外温度缓慢升高时，气体可能对外界做功答案ACE解析热量可以从低温物体传递到高温物体，但会引起其他变化，A正确；一切宏观热现象的过程一定是从有序状态慢慢向无序状态过渡，B错误；热力学温度的0 K永远不能达到，C正确；绝热汽缸中理想气体与外界没有
7、热交换，当气体自由膨胀时，不对外做功，其内能不变，则温度不变，D错误；导热汽缸外温度缓慢升高时，气体内能增加，气体可能对外界做功，且气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量，E正确。6(2019广东深圳二模)恒温环境中，在导热良好的注射器内，用活塞封闭了一定质量的理想气体。用力缓慢向外拉活塞，此过程中()A封闭气体分子间的平均距离增大B封闭气体分子的平均速率减小C活塞对封闭气体做正功D封闭气体的内能不变E封闭气体从外界吸热答案ADE解析对于一定质量的理想气体，气体的内能和分子平均速率只取决于温度，由题目可知，温度不变，则封闭气体的内能不变，封闭气体分子的平均速率也不变，故B错误，D正确；用力向
8、外缓慢拉动活塞的过程中，气体体积增大，则分子间的平均距离增大，气体对活塞做正功，则活塞对气体做负功，故A正确，C错误；根据UWQ可知，温度不变，则内能U不变，即U0，用力向外缓慢拉动活塞，则W0，故Q0，即气体从外界吸收热量，故E正确。7(2019山西高三二模)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、cd、de四个过程到达状态e，其中ba的延长线经过原点，bc连线与横轴平行，de连线与纵轴平行。下列说法正确的是()Aab过程中气体从外界吸热Bbc过程中气体内能不变Ccd过程中气体从外界吸热Dde过程中外界对气体做功E状态a的气体体积比状态d的气体体积小答案ACE解析由理想气体
9、状态方程C可知，图线与原点连线的斜率与体积的倒数成正比，ab过程中图线与原点连线的斜率不变，故气体的体积不变，气体不做功，又温度升高，内能增大，由WQU，可知Q0，即气体从外界吸热，故A正确；bc过程为等压过程，温度升高，气体内能增大，故B错误；cd过程减小，则气体体积增大，气体对外做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律WQU可知，Q为正值，即气体要从外界吸热，故C正确；de段为等温过程，压强降低，气体体积增大，对外做功，D错误；由于图线与原点连线的斜率与体积的倒数成正比，由图可知，Oa的斜率大于Od的斜率，则状态a的气体体积小于状态d的气体体积，故E正确。8(2019广东汕头高三一模
10、)如图是某种喷雾器示意图，在贮液筒内装入一些药液后将密封盖盖好。多次拉压活塞充气，然后打开喷嘴开关，活塞位置不再改变，药液可以持续地喷出，贮液筒内的空气可视为理想气体，设充气和喷液过程筒内的空气温度可视为不变，下列说法正确的是()A充气过程中，贮液筒内的气体内能增大B充气过程中，贮液筒内的气体分子平均动能增大C充气过程中，贮液筒内的气体压强增大，体积也变大D喷液过程中，贮液筒内的气体吸收热量全部用来对外做功E喷液过程中，贮液筒内的气体压强减小，气体内能不变答案ADE解析充气过程筒内的空气温度可视为不变，则分子的平均动能不变，充气的过程中筒内气体分子的总个数增加，则内能增加，故A正确，B错误；充
11、气的过程中筒内气体的体积不变，故C错误；喷液过程筒内的空气温度可视为不变，气体的内能也不变，气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律，可知贮液筒内的气体吸收的热量全部用来对外做功，根据理想气体状态方程C，温度不变，体积增大，压强减小，故D、E正确。9.如图，一定质量理想气体从状态A依次经状态B和C后再回到状态A，对此气体下列说法正确的是()AAB过程中气体对外界做功BAB过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功CBC过程中气体分子对器壁单位面积碰撞的平均冲力减少DCA过程中气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量EBC过程中气体放出的热量大于CA过程中吸收的热量答案ADE解析AB过程中为等温变
12、化，压强减小，由公式pVC可知，体积增大，气体对外做功，故A正确；由热力学第一定律UQW可知，AB过程温度不变，U0，QW，故气体要吸收热量且等于气体对外做的功，故B错误；BC过程为等压变化，由p可知气体分子对器壁单位面积碰撞的平均冲力不变，故C错误；CA过程为等容变化，温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量，故D正确；BC过程为等压变化，由热力学第一定律可知，U1Q1W1，其中U1为负值，W1为正值，所以Q10，气体吸收热量，又U1U2，故Q1WQ2，即BC过程中气体放出的热量大于CA过程中气体吸收的热量，故E正确。二、非选择题(本题共4小题，共5
13、5分)10(10分)(2019山东四校联合一模)一定质量的理想气体，沿如图所示折线由状态A依次变化到状态B、C、A，已知在状态A时，温度为360 K，取1 atm105 Pa，求：(1)气体在C状态的温度是TC_ K。(2)经过一个循环，气体_(填“吸收”或者“放出”)_ J热量。答案(1)180(2)吸收300解析(1)A、C两状态体积相等，根据查理定律得：，又TA360 K、pA4 atm、pC2 atm解得：TC180 K。(2)整个循环过程气体对外做的功等于三角形ABC包围的面积，根据热力学第一定律有：UQWW(42)105(41)103 J300 J而U0解得：Q300 J，即吸收3
14、00 J热量。11(15分)(2019安徽安庆高三二模)一定质量的理想气体经过如图所示的变化过程：ABC。已知气体在初始A状态的压强为p0，体积为V0，温度为T0，BA连线的延长线经过坐标原点，AB过程中，气体从外界吸收热量为Q，B状态温度为T。试求：(1)气体在B状态时的体积和在C状态时的压强；(2)气体从ABC整个过程中内能的变化。答案(1)TT(2)Qp0V0解析(1)气体从A变化到B时，发生等压变化，设B状态时的体积为V，根据盖吕萨克定律得解得VT气体从B变化到C时，发生等温变化，设C状态时的压强为p，根据玻意耳定律，p0VpV0解得pT。(2)气体从BC过程中温度不变，内能不变。气体
15、从AB过程中，体积变大，气体对外做功，Wp0(VV0)p0V0气体从外界吸收热量为Q，根据热力学第一定律，内能的变化UQWQp0V0。12(15分)(2019湖南省长沙市长郡中学第一次适应性考试)绝热汽缸A和导热汽缸B固定在水平地面上，由刚性杆连接的两个等大活塞封闭着两部分体积均为V的理想气体，此时气体的压强与外界大气压强p0相同，气体的温度与环境温度T0也相同。已知理想气体的内能U与温度T的关系为UT，为常量且0。现给汽缸A的电热丝通电，当电热丝放出的热量为Q1时汽缸B内气体的体积减为原来的一半。若加热过程是缓慢的，不计摩擦，求：(1)汽缸A内气体的压强；(2)汽缸B在该过程中放出的热量Q2
16、。答案(1)2p0(2)Q12T0解析(1)设A、B内气体末态压强为p，对B中气体由玻意耳定律得：p0Vp解得：p2p0。(2)对A中气体由理想气体状态方程得：解得：T3T0汽缸A内气体升温时内能增加：UA(TT0)2T0汽缸B内气体温度不变，内能不变，UB0；以汽缸A、B内两部分气体为研究对象，由热力学第一定律得：UAQ1W，UBWQ2解得汽缸B内气体放出热量为：Q2Q12T0。13(15分)(2019四省名校高三第二次联考)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，汽缸内有一导热活塞，活塞底面与汽缸底面平行，一定量的气体被密封在汽缸内。当平台倾角为37时，汽缸内气体体积
17、为V，然后将平台顺时针缓慢转动直至水平，该过程中，可以认为汽缸中气体温度与环境温度相同，始终为T0，平台转至水平时，汽缸内气体压强为大气压强p0的2倍。已知sin370.6，cos370.8。(1)当平台处于水平位置时，求汽缸内气体的体积；(2)若平台转至水平后，经过一段时间，环境温度缓慢降至0.9T0(大气压强p0保持不变)，该过程中汽缸内气体放出0.38p0V的热量，求该过程中气体内能的变化量U。答案(1)0.9V(2)0.2p0V解析(1)设活塞质量为m，活塞面积为S，当平台倾角为37时汽缸内气体的压强为p1p0气体的体积V1V当平台水平时，汽缸内气体的压强p22p0p0解得p11.8p0平台从倾斜转至水平过程中，由玻意耳定律：p1V1p2V2解得V20.9V。(2)降温过程，汽缸内气体压强不变，由盖吕萨克定律：解得V30.81V活塞下降过程，外界对气体做功Wp2(V2V3)已知汽缸内气体吸收的热量Q0.38p0V由热力学第一定律得汽缸内气体内能变化量UWQ解得U0.2p0V，即气体的内能减小了0.2p0V。
