1、第3讲 热力学定律与能量守恒定律A组基础题组一、单项选择题1下列对热学相关知识的判断中正确的是( )A对一定质量的气体加热，其内能一定增大B物体温度升高时，物体内的每个分子的速率都将增大C对一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能可能不变D功转化为热的实际宏观过程是不可逆过程解析：气体内能变化由做功和热传递共同决定，A错误；温度升高，分子的平均动能增大，部分分子速率也会减小，B错误；理想气体压强和体积增大，温度一定增大，内能一定增大，C错误；一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，D正确。答案：D2关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是( )A对气体做功可以改变其内能B质量和温
2、度都相同的气体，内能一定相同C热量不可能从低温物体传到高温物体D一定量的理想气体在等压膨胀过程中，内能不一定增加解析：做功和热传递都能改变物体的内能，所以对气体做功可以改变其内能，故A正确；质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故B错误；根据热力学第二定律可知，热量可以从低温物体传到高温物体但会引起其他的变化，故C错误；由盖吕萨克定律可知，一定量的理想气体在等压膨胀过程中气体温度升高，气体内能增加，故D错误。答案：A3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机械能不可能全部转化为内能B凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体
3、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：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错误；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，第二类永动机不违背能量守恒定律
4、，但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。答案：C4如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1 mol氧气，b部分气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体。解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是( )AVaVb，TaTbBVaVb，TaTbCVaVb，TaTb DVaVb，TaTb解析：a、b两部分的体积相等，温度相等，a部分气体为1 mol氧气，b部分气体为2 mol氧气，所以b部分气体分子更加稠密，压强更大
5、。解除锁定后，活塞向a方向移动，所以VaVb。根据热力学第一定律：UWQ，由于活塞绝热，Q0，对于a部分气体，外界对其做功，内能增加，温度升高。对于b部分的气体，对外做功，内能减少，温度降低，所以TaTb，故D正确，A、B、C错误。答案：D5一定质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V-T图象如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是( )A过程ab中气体一定放热BpcpbpaC过程bc中分子势能不断增大D过程bc中每一个分子的速率都减小解析：由题图知，该理想气体从a到b为等容变化，外界对气体做功为零，温度升高，内能增大，根据UQW
6、，可知气体一定吸热，选项A错误；从b到c为等压变化，故pcpb，而从a到b为等容变化，根据查理定律，可知温度升高，压强变大，故pbpa，选项B正确；理想气体没有分子势能，选项C错误；从b到c，温度降低，分子的平均动能降低，平均速率减小，但不是每一个分子的速率都减小，选项D错误。答案：B二、多项选择题6对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( )A一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 JB物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高
7、温物体D第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律解析：根据热力学第一定律知UWQ100 J120 J20 J，选项A正确；根据热力学第一定律UWQ，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，选项D正确。答案：AD7(2021湖北省荆州中学高三检测)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、
8、cd和da这四段过程在pT图象上都是直线段，ab和dc的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，ad平行于纵轴，由图可以判断 ( )Aab过程中气体体积不断减小，气体向外放出热量Bbc过程中气体体积不断减小，单位时间内撞击器壁的分子数增多Ccd过程中气体体积不断增大，气体对外做功Dda过程中气体体积不断增大，气体从外界吸收热量解析：ab为过坐标原点的一条倾斜直线，a到b为等容过程，即VaVb，体积不变，外界对气体不做功，温度降低，气体内能减小，放热，故A错误；b到c图线上各点与坐标原点的连线斜率越来越大，体积越来越小，单位体积内的分子数增多，即VbVc，b到c温度降低，分子的平均动能减小，压强增
9、大，故单位时间内撞击器壁的分子数增多，故B正确；c到d图线为过坐标原点的一条倾斜直线，直线斜率不变，体积不变，气体对外界不做功，故C错误；d到a图线上各点与坐标原点的连线斜率越来越小，体积越来越大，即VdVa，气体对外界做正功，温度不变，内能不变，故需要吸收热量，故D正确。答案：BD8(2021河北衡水高三检测)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再到状态C，最后变化到状态A，完成循环。下列说法正确的是( )A状态A到状态B是等温变化B状态A时所有分子的速率都比状态C时的小C状态A到状态B，气体对外界做功为p0V0D整个循环过程，气体从外界吸收的热量是p0V0解析：从状态A到状态
10、B，体积和压强都增大，根据理想气体状态方程C，温度一定升高，A错误；从状态C到状态A，压强不变，体积减小，根据理想气体状态方程C，温度一定降低，分子平均速率减小，但平均速率是统计规律，对于具体某一个分子并不适应，故不能说状态A时所有分子的速率都比状态C时的小，B错误；从状态A到状态B，压强的平均值p0，气体对外界做功大小为W1(VBVA)p0V0，C正确；从状态B到状态C为等容变化，气体不做功，即W20，从状态C到状态A为等压变化，体积减小，外界对气体做功W3p0(2V0V0)p0V0，对于整个循环过程，内能不变，U0，根据热力学第一定律UWQ，得QW1W2W30，代入数据解得Qp0V0，D正
11、确。答案：CDB组能力题组9.(2021适应性测试江苏卷)某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体( )A在状态a和c时的内能可能相等B在ab过程中，外界对其做的功全部用于增加内能Cbc过程中增加的内能小于da过程中减少的内能D在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量解析：从c到d为绝热膨胀，则Q0，W0，则内能减小，U0，Q0，则UW，即外界对其做的功全部用于增加内能，故B正确；bc过程系统从外界吸收热量，cd过程系统对外做功，da过程系统放出热量，ab过程外界对系统做功，根据pV图像下面积即为气
12、体做功大小可知，图像中bcda围成的图形的面积为整个循环气体对外做的功，整个过程气体能内能变化为零，则WQ，即Q吸Q放W0，即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则bc过程中增加的内能大于da过程中减少的内能，故C、D错误。答案：B10(2021山东德州模拟)一定质量的理想气体自状态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。已知该气体在状态A时的温度为27 。求：(1)该气体在状态B时的温度为多少摄氏度？(2)该气体自状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。解析：(1)状态A：TA300 K。从状态A到状态B的过程，有，代入数据得TB900 K，tBTB273
13、627 。(2)从状态A到状态C的过程，由得TATC，故从状态A到状态C的过程，气体的内能变化量U0从状态A到状态C的过程中仅从状态A到状态B时气体对外做功WpA(VBVA)600 J，又由热力学第一定律UWQ，得Q600 J，即气体从外界吸收的热量为600 J。答案：(1)627 (2)600 J11.如图所示，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 ，外界大气压强取p01.0105 Pa。 (1)若在活塞上放一个质量为m0.1 kg的砝码，保持
14、气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？ (g取10 m/s2)(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为p1p01.0105 Pa，V1LS42 cm3，T1280 K。末状态为p2p01.05105 Pa，V2L2S，T2T1280 K。根据玻意耳定律，有p1V1p2V2，即p1LSp2L2S，得L220 cm。(2)对气体加热后，气体的压强不变，p3p2，V3L3S，T3350 K，T2T1280 K。根据盖吕萨克定律，有，即，得L325 cm。
15、(3)外界对气体做的功Wp2Shp2S(L3L2)1.05 J，根据热力学第一定律UQW得U10 J(1.05 J)8.95 J，即气体的内能增加了8.95 J。答案：(1)20 cm(2)25 cm(3)8.95 J12如图甲所示，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B位置，在此过程中，缸内气体的VT图象如图乙所示，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g取10 m/s2。(1)求缸内气体的压强和活塞到达B位置时缸内气体的体积；(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B位置，活塞受力平衡，气体为等压变化，以活塞为研究对象，有pSp0Smg，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，外界对气体做的功Wp(VBVA)24 J，由热力学第一定律得UUBU0QW，得气体变化过程中从电热丝吸收的总热量为Q60 J。答案：(1)1.2105 Pa6104 m3(2)60 J
