1、第3讲 热力学定律和能量守恒定律1.关于能量的转化，下列说法正确的是（A）A.摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的B.空调既能制热又能制冷说明热传递不存在方向性C.第二类永动机不存在的原因是违背了能量守恒定律D.由于能量的转化过程符合守恒定律，所以不会发生能源危机解析根据热力学第二定律可知，摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的，A正确；空调既能制热又能制冷，但是消耗电能，说明在不自发的条件下热传递方向可以逆向，不违背热力学第二定律，B错误；第二类永动机不存在的原因是违背了热力学第二定律，C错误；由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是还会产生能源危机，D错误.2.2024福建宁德
2、一中模拟根据热力学定律，下列说法正确的是（D）A.热量既能自发地从高温物体传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体B.一定质量的理想气体吸收了热量，则温度一定升高C.一定质量的理想气体，如果体积增大，就会对外做功，所以内能一定减少D.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功解析根据热力学第二定律，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故A错误；根据热力学第一定律UWQ，可知物体内能的改变是外界对物体做功与物体吸收的热量的和，所以气体吸收热量，又对外做功时，气体的内能可能减少，温度不一定升高，故B错误；一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大对外
3、做功，根据理想气体状态方程可知，温度一定升高，内能增加，故C错误；根据热力学第二定律可知，物体不可能从单一热源吸收热量全部用于做功而不产生其他影响，也就是说在引起其他变化的情况下，物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，故D正确.3.情境创新/2024湖北武汉部分学校调研车辆减震装置中的囊式空气弹簧由橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气组成，当车辆剧烈颠簸时，气囊内的气体体积快速变化，以降低车辆的振动幅度.若上述过程可视为绝热过程，气囊内的气体可视为理想气体，在压缩气体的过程中，下列说法正确的是（D）A.气体温度保持不变B.每个气体分子的动能都增大C.气体分子对单位面积器壁的压力减小D.单位时间内单
4、位面积上气体分子碰撞器壁的次数增多解析由题意可知此过程为理想气体的绝热压缩过程，则Q0，W0，由热力学第一定律UQW可知U0，气体的温度升高，A错误；由于温度是分子平均动能的标志，所以此过程中气体分子的平均动能增大，但并不是每个气体分子的动能都增大，B错误；由于气体分子的平均动能增大，气体体积减小，所以单位时间内单位面积上气体分子碰撞器壁的次数增多，气体分子对单位面积器壁的压力增大，C错误，D正确.4.2022北京如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c.下列说法正确的是（D）A.从a到b，气体温度保持不变B.从a到b，气体对外界做功C.从b到c，气体内能减少D.
5、从b到c，气体从外界吸热解析5.2023湖南长沙摸底考试如图所示，导热性能良好的汽缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体，汽缸固定不动.一条细线一端连接在活塞上，另一端跨过光滑的定滑轮后连接在一个小桶上，开始时活塞静止.现不断向小桶中添加细砂，使活塞缓慢向右移动（活塞始终未被拉出，汽缸周围环境温度不变）.则在活塞移动的过程中，下列说法正确的是（C）A.汽缸内气体分子的平均动能变大B.汽缸内气体的内能变小C.汽缸内气体的压强变小D.汽缸内气体向外界放热解析6.2024辽宁锦州模拟一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其VT图像如图所示.下列说法正确的是（B）A.AB的过程中，气体对外界做
6、功B.AB的过程中，气体放出热量C.BC的过程中，气体压强变小D.ABC的过程中，气体内能增加解析由图可知，AB的过程中，气体的温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，故A错误，B正确；BC的过程中，VT图线的延长线过原点，则为等压变化，气体压强不变，故C错误；ABC的过程中，气体温度先不变后降低，内能先不变后减少，故D错误.7.2023山东/多选一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为1105Pa.经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600J的热量才能使气体温度上升100K.下列说法正确的是（AD）A.
7、初始状态下，气体的体积为6LB.等压过程中，气体对外做功400JC.等压过程中，气体体积增加了原体积的14D.两个过程中，气体的内能增加量都为400J解析理想气体初始状态的温度为T0300 K，压强为p01105 Pa，体积设为V0，经等容过程，温度变为T1400 K，由查理定律有p0T0p1T1，解得p1T1T0p043p0，经等压过程，温度变为T1400 K，由盖吕萨克定律有V0T0V1T1，解得V1T1T0V043V0，故等压过程中，气体体积增加了原体积的13，C错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律得UQW400 J，两个过程的初、末温度相同，则内能变化相同，因此内能增加量都为
8、400 J，D正确；等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J，即Wp0(43V0V0)200 J，解得V06 L，A正确，B错误.8.2023广东在驻波声场的作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内的气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的pV图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C的过程外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W
9、.求：（1）pB的表达式；（2）TC的表达式；（3）B到C的过程，气泡内气体内能的变化.答案（1）pBp05（2）TC1.9T0（3）内能增加了W解析（1）由题意可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，由玻意耳定律有p0V0pB5V0解得pBp05（2）由图可知，若从状态A沿虚线到状态C，则气体发生等容变化，由查理定律有p0T01.9p0TC解得TC1.9T0（3）由题意可知从状态B到状态C，气体发生绝热收缩，Q0根据热力学第一定律有UQWW故B到C的过程，气泡内气体的内能增加了W.9.某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示.在竖直放置的圆柱形容器内用面积S100cm2、质量m1kg的活
10、塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动.开始时气体处于温度TA300K、活塞与容器底的距离h030cm的状态A.环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d3cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体到达状态B.活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC363K的状态C时触动报警器.从状态A到状态C的过程中气体内能增加了U158J.取大气压p00.99105Pa，重力加速度g10m/s2，求气体（1）在状态B的温度；（2）在状态C的压强；（3）由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q.答案（1）330K（2）1.1105Pa（3）188J解析（1）从状态A到状态B，封闭气体发生等压变化由盖吕萨克定
11、律可得VATAVBTB其中VAh0S，VB（h0d）S解得TB330K（2）从状态A到状态B，活塞缓慢上升，则有pBSp0Smg解得pB1105Pa由状态B到状态C，封闭气体发生等容变化由查理定律可得pBTBpCTC解得pC1.1105Pa（3）从状态A到状态C过程中，气体对外做功，则WpBSd30J由热力学第一定律有UQW解得Q188J.10.渗透实验思想/2023广东广州二中模拟制作“吸管潜水艇”是深受小朋友喜爱的科学实验，如图甲所示，将吸管对折后用回形针固定，然后管口竖直向下插入装有水的矿泉水瓶中，使吸管顶部露出水面，最后用盖子封紧矿泉水瓶（如图乙）.实验时，用力挤压瓶身，“潜水艇”就会
12、沉入水底，松开手后，“潜水艇”又浮出水面.设未挤压时水面上方封闭气体的体积为V0，压强为p0，吸管内封闭气体的体积为V，“潜水艇”的质量为m，水的密度恒为，环境温度始终保持不变，所有气体视为理想气体.（1）缓慢挤压瓶身时，瓶内封闭气体的内能如何变化？吸热还是放热？（2）挤压瓶身使“潜水艇”恰好悬浮在水中时（如图丙），水面上方的气体体积减小了多少？（不考虑吸管厚度和回形针的体积，吸管内、外液面高度差产生的压强远小于大气压强，即吸管内、外气体的压强始终相等）答案（1）内能不变放热（2）V0（1mV）解析（1）环境温度不变，则瓶内封闭气体发生等温变化，故内能保持不变，即U0挤压瓶身时，水面上方气体体积减小，外界对气体做功，即W0根据热力学第一定律UQW则Q0，即气体对外放热（2）设“潜水艇”悬浮时，吸管内部封闭气体的压强为p1，体积为V1，根据平衡条件得gV1mg解得V1m对吸管内的气体，根据玻意耳定律有p0Vp1V1解得p1p0Vm设水面上方的气体体积减小V，对水面上方的气体，根据玻意耳定律有p0V0p1（V0V）解得VV0（1mV）.
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