1、核心素养测评 三十五热力学定律与能量守恒(45分钟100分)一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分)1.下列说法中不正确的是()A.第一类永动机无法制成是因为它违背了能量守恒定律B.教室内看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章的运动,这是布朗运动C.地面附近有一正在上升的空气团(视为理想气体),它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低,则该空气团在此上升过程中体积增大,温度降低D.随着低温技术的发展,我们可以使温度逐渐降低,但最终不能达到绝对零度【解析】选B。由于第一类永动机是指不消耗能量,而能获取能量的永动机,可见它是违背能量守恒定律的,选项A正确;粉尘颗粒的杂乱无
2、章的运动,是由空气的流动所带动的,不是布朗运动,布朗运动是指分子撞击微小颗粒而使颗粒运动,选项B错误;地面附近有一正在上升的空气团(视为理想气体),它与外界的热交换忽略不计,则在上升时,外界压强变小,故空气团会膨胀,则它对外做功,由于不计与外界的热交换,根据热力学第一定律,则其内能会减少,故温度降低,选项C正确;绝对零度是热力学的最低温度,该温度实际永远无法达到,只能无限接近,选项D正确。2.(多选)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体,在此压缩过程中()A.气体温度升高,压强不变B.气体温度升高,压强变大C.外界对气体
3、做正功,气体内能增加D.外界对气体做正功,气体内能减少【解析】选B、C。压缩气体时,外界对气体做功,内能增加,温度升高,体积变小,压强增大,故B、C正确,A、D错误。3.(多选)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()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【解析】选A、C。气体喷出时,来不及与外界交换热量,发生绝热膨胀,Q=0,对外做功,根据热力学第一定律U=W+Q,可知内能减少,温度降低,温
4、度是分子平均动能的标志,则A、C正确。4.关于一定质量的气体,下列说法正确的是()A.气体放出热量,其内能一定减小B.气体对外做功,其内能一定减小C.气体的温度降低,每个分子热运动的动能一定减小D.气体的温度降低,分子热运动的平均动能一定减小【解析】选D。根据热力学第一定律U=Q+W可知,单纯的一方面即气体放出热量或者气体对外做功,不能推出其内能一定减小,故选项A、B均错误;温度是气体分子热运动平均动能的标志,气体的温度降低,分子热运动的平均动能一定减小,但每个分子热运动的动能不一定减小,故选项C错误,D正确。5.(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态A开始,经历ABCDE过程到达状态E,
5、其中BA的延长线经过原点,BC与横轴平行,DE与纵轴平行。下列说法正确的是()A.AB过程中气体的体积逐渐减小B.BC过程中气体从外界吸热C.CD过程气体内能不变D.DE过程气体对外界做功【解析】选B、D。由理想气体状态方程整理得:p=T,AB过程中图象的斜率不变,故气体的体积不变,A错误;BC过程为等压过程,压强不变,T增大,气体体积增大,气体对外做功,理想气体的内能随温度升高而增大,由热力学第一定律U=W+Q,知气体从外界吸热,B正确;CD过程气体温度升高,内能增大,C错误;DE段为等温过程,温度不变,压强降低,由=C可知,气体体积增大,对外界做功,D正确。6.(多选)气闸舱是载人航天器中
6、供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置,其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K,座舱A中充满空气,气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时,打开阀门K,A中的气体进入B中,最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换,舱内气体可视为理想气体,下列说法正确的是()A.气体并没有对外做功,气体内能不变B.B中气体可自发地全部退回到A中C.气体温度不变,体积增大,压强减小D.气体体积膨胀,对外做功,内能减小【解析】选A、C。座舱A中空气进入处于真空状态的气闸舱B,气体并没有对外做功,即W=0,由热力学第一定律U=W+Q,假设此过程中系统与外界没有热交换,则Q=0,U= 0,则气体内
7、能不变,选项A正确,D错误;按照熵增加原理,B中气体不可以自发地全部退回到A中,选项B错误;作为理想气体,由于气体内能不变,所以气体温度不变,由理想气体状态方程=C,温度T不变,体积V增大,则压强p减小,选项C正确。【加固训练】(多选)(2019东莞模拟)一定质量的理想气体被活塞封闭在透热的汽缸中,如图所示。不计活塞与汽缸的摩擦,当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中,环境温度保持不变。下列判断正确的是()A.外力对气体做正功,气体内能增加,吸收热量B.气体对外做功,内能不变,吸收热量C.外界对气体做功,内能不变,放出热量D.气体吸收的热量等于气体对活塞做的功【解析】选B、D。活塞缓慢上移的过程中,
8、气体膨胀对活塞做功,而气体温度保持不变,内能不变,由热力学第一定律U=W+Q=0知,Q0,即吸收热量,故B、D正确。7.(多选)一定质量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图所示,下列说法正确的是()A.AB的过程中,气体对外界做功,气体内能增加B.AB的过程中,气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量C.BC的过程中,气体体积增大,对外做功D.BC的过程中,气体对外界放热,内能不变【解析】选B、D。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;B到C的过程是等温压缩过程,压强增大,体积减小,外界对该气体做功,内能不改变,则气体对外
9、界放热,故C错误,D正确。8.(多选)(2019南昌模拟)一定质量的理想气体,从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的p-V图象如图所示。已知气体处于状态A时的温度为300 K,则下列判断正确的是()A.气体处于状态B时的温度是900 KB.气体处于状态C时的温度是300 KC.从状态A变化到状态C过程气体内能一直增大D.从状态A变化到状态B过程气体放热【解析】选A、B。由题意知:TA=300 K,AB过程为等压变化,则有=,代入数据解得:TB=900 K,选项A正确;BC过程是等容变化,则有=,代入数据解得:TC=300 K,选项B正确;从状态A变化到状态C过程,气体的温度先升
10、高后降低,则气体的内能先增大后减小,选项C错误;由AB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U=W+Q知,气体吸热,选项D错误。【总结提升】1.气体做功特点:(1)一般计算等压变化过程的功,即W=pV,然后结合其他条件,利用U=W+Q进行相关计算。(2)注意符号正负的规定。若研究对象为气体,对气体做功的正负由气体体积的变化决定。气体体积增大,气体对外界做功,W0。2.两点注意:(1)一定质量的理想气体的内能只与温度有关:与热力学温度成正比。(2)理想气体状态变化与内能变化的关系:V增大,对外做功(W0)T升高,内能增大T降低,内能减小9.(多选)(2020荆州模拟)
11、如图所示,p-V图中的每个方格均为正方形,一定质量的理想气体从a状态沿直线变化到b状态,再沿直线变化到c状态,最后沿直线回到a状态,则下列说法正确的是()A.从a状态变化到b状态的过程中气体分子的平均动能先增大后减小B.从a状态变化到b状态的过程中气体的密度不断增大C.从b状态变化到c状态的过程中气体一定吸热D.从c状态变化到a状态的过程中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功【解析】选A、C、D。根据理想气体状态方程=C,从a状态变化到b状态的过程中pV值先增大后减小,温度T也先增大后减小,对理想气体,温度越高,分子平均动能越大,选项A正确;从a状态变化到b状态的过程中气体的体积V不断增大,
12、气体的密度不断减小,选项B错误;从b状态变化到c状态的过程中气体做等容变化,外界对气体做的功W=0,根据查理定律知气体温度不断升高,U0,由热力学第一定律U=Q+W得Q0,即气体一定吸热,选项C正确;从c状态变化到a状态的过程中,气体等压压缩,外界对气体做的功W0,根据盖吕萨克定律知温度降低,U0,由热力学第一定律U=Q+W,得QW,选项D正确。二、计算题(16分,需写出规范的解题步骤)10.如图所示的p-V图象中,一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B,气体对外做功280 J,吸收热量410 J;气体又从状态B经BDA过程回到状态A,这一过程中外界对气体做功200 J。则:(1)A
13、CB过程中气体的内能是增加还是减少?变化量是多少?(2)BDA过程中气体是吸热还是放热?吸收或放出的热量是多少?【解析】(1)ACB过程中W1=-280 J,Q1=410 J,由热力学第一定律得UB-UA=W1+Q1=130 J,故ACB过程中气体的内能增加了130 J。(2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关,BDA过程中气体内能的变化量UA-UB=-130 J,由题意知W2=200 J,由热力学第一定律得UA-UB=W2+Q2,代入数据解得Q2=-330 J,即BDA过程中气体放出热量330 J。答案:(1)增加130 J(2)放热330 J【加固训练】(2018江苏高考)如图所示,
14、一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0105 Pa,经历ABCA的过程,整个过程中对外界放出61.4 J热量。求该气体在AB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=WAB+WCA,且WCA=pA(VC-VA)由热力学第一定律U=Q+W,得WAB=-(Q+WCA)代入数据得WAB=-138.6 J,即气体对外界做的功为138.6 J。答案:138.6 J11.(14分)某同学利用废旧物品制作了一个简易气温计:在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管,玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱,瓶口处用蜡密封,将酒瓶水平放置,如图所示。已知该酒瓶容积为480 cm3,玻璃管内部横截面
15、积为0.4 cm2,瓶口外的有效长度为48 cm。当气温为7 时,水银柱刚好处在瓶口位置。(1)求该气温计能够测量的最高气温;(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中,密封气体从外界吸收了3 J热量,则在这一过程中该气体的内能变化了多少?(已知大气压强p0=1.0105 Pa)【解析】(1)封闭气体发生等压变化,则=即=,解得:T2=291.2 K=18.2 。(2)根据热力学第一定律U=Q+W,外界对气体做功W=-p0V=-1.92 J,解得U=1.08 J。答案:(1)18.2 (2)增加了1.08 J12.(16分)(2019黄冈模拟)如图所示,一定质量的理想气体从A状态经过一系
16、列的变化,最终回到A状态,已知A状态的温度为27 ,求C状态的温度以及全过程中气体吸(放)热量。【解析】气体由A到B过程:初状态:pA=1105 Pa,TA=300 K,VA=10 L末状态:pB=2105 Pa,VB=20 L由理想气体状态方程得=可得TB=1 200 KB到C过程为等容变化,有=可得TC=2 400 KtC=(2 400-273) =2 127 整个过程中气体温度不变,即U=Q+W=0由p-V图象可知外界对气体做的功等于A、B、C、D四点所组成的四边形的面积,由几何知识知W=1.5103 J则Q=-1.5103 J,即气体放出热量为1.5103 J答案:2 127 气体放出热量为1.5103 J关闭Word文档返回原板块
