1、课时规范练40热力学定律与能量守恒定律 一、基础对点练1.(多选)(热力学定律)关于热力学规律,下列说法正确的是()A.热力学第一定律和热力学第二定律从不同角度阐述了能量守恒定律B.从微观意义上讲,在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小C.从微观意义上讲,热力学第二定律是一个统计规律D.一定质量的理想气体放出热量,则分子的平均动能不一定减少E.一定质量的理想气体等温压缩,外界对气体做正功,内能一定增加2.(多选)(热力学第一定律与气体图象的综合)(2021安徽马鞍山高三模拟)一定量的理想气体发生状态变化,其压强p随热力学温度T的变化如图所示,气体经历了ABCDA的循环过程,下列说法正确的
2、是()A.AB过程中气体对外做功B.BC过程气体体积不变C.C状态下的单位体积气体分子数一定比D状态下的大D.DA过程中气体放出热量E.A状态下的气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数一定比C状态下的大3.(多选)(热力学第一定律)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
3、做功E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变二、素养综合练4.(多选)气闸舱是载人航天器中可供航天员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。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.气体扩散前后内能相同B.由热力学定律可知气体向真空扩散的过程是可逆过程C.气体等温膨胀,压强减小D.气体绝热过程,对外做功,内能减小E.气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少5.(多选)(2021安徽蚌埠高三月考)一定质量的理想气体由状态
4、a经状态b、状态c到状态d,最后回到状态a,其压强p与温度T的变化关系如图所示,图中ab延长线过原点,bc、ad平行T轴,cd平行p轴。下列说法正确的是()A.气体在a、b两状态的体积相等B.从b到c,每个气体分子的动能都增大C.从c到d,单位体积中气体分子数增加D.从d到a,外界对气体做功,气体放出热量E.在过程bc中气体对外界做功小于过程da中外界对气体做的功6.(2021河南焦作一模)如图所示,导热性能良好的圆筒形汽缸开口向上放在水平地面上,缸内两个活塞A、B将缸内封闭成两段气柱、,静止时两段气柱的高均为h,活塞横截面积均为S,质量均为m。两活塞与汽缸内壁无摩擦且气密性好,大气压强为p0
5、,环境温度为T0,保持大气压不变,缓慢降低环境温度,使活塞A下降h的高度。重力加速度为g,不计活塞的厚度。(1)求降低温度后稳定时的环境温度为多少。(2)若此过程两段气柱减少的内能总量为U,则两段气柱放出的总热量为多少。课时规范练40热力学定律与能量守恒定律1.BCD解析:热力学第一定律是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律,而热力学第二定律则是反映自然过程的方向性的定律,故A错误;根据熵增加原理,从微观意义上讲,在任何自然过程中,一个独立系统的总熵不会减小,故B正确;从微观意义上讲,热力学第二定律是一个统计规律,故C正确;热力学第一定律U=W+Q,其中W是外界对热力学系统做的功,Q是外界向
6、热力学系统传递的热量。一定质量的理想气体放出热量的同时,如果外界对气体做了功,气体的内能不一定减少,所以分子的平均动能不一定减少,故D正确;理想气体的内能只与温度有关,所以一定质量的理想气体等温压缩,内能不变,故E错误。2.ADE解析:AB过程压强不变,温度升高,体积变大,则气体对外做功,选项A正确;BC过程压强减小,温度升高,则气体体积变大,选项B错误;因C、D两态的压强相等,C态温度较高,则C态体积较大,则C状态下的单位体积气体分子数一定比D状态下的小,选项C错误;DA过程中温度不变,内能不变,压强变大,则体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体放出热量,选项D正确;因A态压
7、强大于C态压强,A态温度低于C态,A态分子平均速率小于C态,A态体积小于C态体积,A态分子数密度大于C态,则A状态下的气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数一定比C状态下的大,选项E正确。3.ABD解析: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项正确,C项错误;气体在被压缩的过程中,外界对气体做功,D项正确;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项正确,E项错误。4.ACE解析:由于气闸舱B内为真空,可知气体进入B的过程中不对外做功;又因为此过程中
8、系统与外界没有热交换,根据热力学第一定律可知气体的内能不变,故A正确,D错误;根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性,故B中气体不可能自发地全部退回到A中,故B错误;因为内能不变,故温度不变,平均动能不变,因为气闸舱B内为真空,对于座舱A中充满的空气,根据玻意耳定律pV=C,可知扩散后压强p减小,体积V增大,所以气体的密集程度减小,根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数将变少,故C、E正确。5.ADE解析:a、b处同一等容线上,则气体在a、b两状态的体积相等,所以A正确;从b到c,温度升高,分子平均动能增大,但并不是每个气体分子的动能都增大,所以B错误;从c
9、到d,是等温过程,压强与体积成反比,压强减小,则体积增大,所以单位体积中气体分子数减小,则C错误;从d到a,气体体积减小,外界对气体做功,但是气体的温度降低,气体的内能减小,由热力学第一定律U=W+Q可知,气体放出热量,所以D正确;在过程bc中气体对外界做功为Wbc=pbc(Vc-Vb),过程da中外界对气体做的功为Wda=pda(Vd-Va),过程cd为等温变化,有pbcVc=pdaVd联立可得Wbc-Wda=pdaVa-pbcVb,由图象可知pdapbc,Va=Vb,则Wbc-Wda0,所以在过程bc中气体对外界做功小于过程da中外界对气体做的功,则E正确。6.答案:(1)T0(2)U+p
10、0Sh+mgh解析:(1)由题知保持大气压不变,缓慢降低环境温度,A、B活塞均将下移;假设B活塞下移x,则使活塞A下降h的高度,稳定时,A、B部分气体体积分别为VA=(h+x-h)S=(h+x)S,VB=h-x环境温度缓慢降低,活塞也缓慢降低,分别以活塞A、B为研究对象,由平衡条件有pA=p0+,pB=pA+=p0+两段气柱的压强不变,由盖吕萨克定律,对于、部分气体分别有求解出x=h,T=T0。(2)A、B活塞都向下移动,外界对A做功WA=pASh=p0Sh+mghB活塞向下移动x=h,则A对外做功WA=pASx=p0Sh+mgh外界对B做功WB=pBSx=p0Sh+mgh则缓慢降低环境温度使活塞A下降h的高度时,外界对两段气柱做功W=WA-WA+WB=p0Sh+mgh此过程两段气柱减少的内能总量为U,根据热力学第一定律可得两段气柱放出的总热量Q=W+U=U+p0Sh+mgh。