1、第三节 热力学定律与能量守恒(建议用时：40分钟)一、选择题1某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A外界对胎内气体做功，气体内能减小B外界对胎内气体做功，气体内能增大C胎内气体对外界做功，内能减小D胎内气体对外界做功，内能增大解析：选D.中午比清晨时温度高，所以中午胎内气体分子平均动能增大，理想气体的内能由分子动能决定，因此内能增大；车胎体积增大，则胎内气体对外界做功，D正确2根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()A机械能可以全部转化为内能B凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高
2、温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量D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，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来解析：选AC.机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；由能量守恒定律知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量，C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机
3、不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误3下列说法正确的是()A热平衡是指一个系统内部的状态不再改变时所处的状态B布朗运动的规律反映出分子热运动的规律，即小颗粒的运动是液体分子无规则运动C分子质量不同的两种气体，温度相同时，其分子的平均动能一定相同D物块在自由下落过程中，分子的平均动能增大，分子势能减小解析：选C.处于热平衡的系统温度保持不变，但是压强和体积等物理量可以改变，故A错误；布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的运动，反映的是液体分子热运动的规律，故B错误；温度是分子平均动能的标志，分子质量不同的两种气体，温度相同时，其分子的平均动能一定相同，选
4、项C正确；分子动能与分子势能都与机械能无关，物块在自由下落过程中，动能增加，重力势能减小，而分子平均动能和分子势能不变，故D错误4地球上有很多海水，它的总质量约为1.41018 t，如果这些海水的温度降低0.1 ，将要放出约5.881023 J的热量有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是()A内能不能转化成机械能B内能转化成机械能不满足热力学第一定律C只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律D上述三种原因都不正确解析：选C.内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定
5、律，B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确，D错误5下列说法中正确的是()A悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动就越明显B用气筒给自行车打气，越打越费劲，说明气体分子之间的分子力表现为斥力C当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小D一定质量的理想气体，温度升高，体积减小，则单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加E内能全部转化为机械能的热机是不可能制成的解析：选ADE.悬浮在液体中的固体小颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数就越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动就越明显，A正确；用
6、气筒给自行车打气，越打越费劲，不能说明气体分子之间的分子力表现为斥力，B错误；当分子之间表现为引力时，分子势能随着分子之间距离的增大而增大，C错误；一定质量的理想气体，温度升高，体积减小时，单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加，所以其压强增大，D正确；热力学第二定律指出，任何热机的效率都不可能达到100%，E正确6如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气() A内能增大B压强增大C分子间引力和斥力都减小D所有分子运动速率都增大解析：选AB.在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，A正确；根据C知
7、，气体的压强增大，B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，D错误7(2017高考全国卷)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，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
8、.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正确，C错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做正功，D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，气体分子的平均动能增大，B正确，E错误8(2017高考全国卷)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回到初态a.下列说法正确的是() A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
9、界吸收热量解析：选ABD.ab过程，气体压强增大，体积不变，则温度升高，内能增加，A正确；ab过程发生等容变化，气体对外界不做功，C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，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热，D正确；ca过程发生等压变化，气体体积减小，外界对气体做正功，B正确；ca过程，气体温度降低，内能减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，E错误9夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是
10、()A气体的内能减少B气体的内能不变C气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低D气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了E气体分子的平均动能减小解析：选ACE.气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q0，对外做功，热力学第一定律的表达式为WQU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确10一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pT图象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
11、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.由pT图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab中气体一定吸热，A正确；过程bc中温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，B错误；过程ca中压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，C错误；温度是分子平均动能的标志，由pT图象可知，a状态气体温度最低，则分子平均动能最小，D正确；b、c两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面
12、积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，E正确二、非选择题11.一定质量的理想气体，状态从ABCDA的变化过程可用如图所示的pV图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量(1)气体状态从A到B是_过程(选填“等容”“等压”或“等温”)；(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度_(选填“升高”“不变”或“降低”)；(3)状态从C到D的变化过程中，气体_(选填“吸热”或“放热”)；(4)状态从ABCD的变化过程中，气体对外界所做的总功为_解析：(1)AB，对应压强值恒为p2，即为等压过程(2)BC，由恒量，V不变，p减小，T降低(3)CD，由恒量，p不变，V减小，可知T降低外界对气体做功，
13、内能减小，由UWQ可知CD过程放热(4)AB，气体对外界做功WABp2(V3V1)BC，V不变，气体不做功CD，V减小，外界对气体做功WCDp1(V3V2)状态从ABCD的变化过程中，气体对外界做的总功WWABWBCWCDp2(V3V1)p1(V3V2)答案：(1)等压(2)降低(3)放热(4)p2(V3V1)p1(V3V2)12.如图所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口h50 cm，活塞面积S10 cm2，封闭气体的体积为V11 500 cm3，温度为0 ，大气压强p01.0105 Pa，物体重力G50 N，活塞重力及一切摩擦不计缓慢升高
14、环境温度，封闭气体吸收了Q60 J的热量，使活塞刚好升到缸口求：(1)活塞刚好升到缸口时，气体的温度；(2)汽缸内气体对外界做的功；(3)气体内能的变化量解析：(1)封闭气体初态：V11 500 cm3，T1273 K末态：V21 500 cm35010 cm32 000 cm3缓慢升高环境温度，封闭气体做等压变化则有解得T2364 K.(2)设封闭气体做等压变化的压强为p对活塞：p0SpSG汽缸内气体对外界做功WpSh解得W25 J.(3)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量UQW得U35 J故汽缸内的气体内能增加了35 J.答案：(1)364 K(2)25 J(3)35 J13如图所
15、示，一根两端开口、横截面积为S2 cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L21 cm的气柱，气体的温度为t17 ，外界大气压取p01.0105 Pa(相当于75 cm高的汞柱的压强)g取10 m/s2.(1)若在活塞上放一个质量为m0.1 kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t277 ，此时气柱为多长？(3)若在(2)过程中，气体吸收的热量为10 J，则气体的内能增加多少？解析：(1)被封闭气体的初状态：p1p01.0105 Pa，V1LS42 cm3，T1280 K末状态：p2p01.05105 Pa，V2L2S，T2T1280 K根据玻意耳定律，有p1V1p2V2，即p1Lp2L2得L2L20 cm.(2)对气体加热后，气体的压强不变p3p2，V3L3S，T3350 K根据盖吕萨克定律，有，即得L3L225 cm.(3)气体对外做的功Wp2Shp2S(L3L2)1.05 J根据热力学第一定律得UWQ1.05 J10 J8.95 J即气体的内能增加8.95 J.答案：(1)20 cm(2)25 cm(3)8.95 J