第3講熱力學(xué)定律與能量守恒一、單項(xiàng)選擇題1.(2018連云港模擬)關(guān)于能量和能源,下列說法正確的是()A.在能源利用的過程中,能量在數(shù)量上并未減少B.由于自然界中總的能量守恒,所以不需要節(jié)約能源C.能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中不斷減少D.人類在不斷地開發(fā)和利用新能源,所以能量可以被創(chuàng)造答案A根據(jù)能量守恒定律可知,在能源使用過程中,能量在數(shù)量上并未減少,故A項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;雖然自然界中的總能量不會減少,但是能源的品質(zhì)會降低,無法再利用,故還需要節(jié)約能源,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)能量守恒可知,能量不會被創(chuàng)造,也不會消失,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列說法正確的是()A.保持氣體的壓強(qiáng)不變,改變其體積,可以實(shí)現(xiàn)其內(nèi)能不變B.保持氣體的壓強(qiáng)不變,改變其溫度,可以實(shí)現(xiàn)其內(nèi)能不變C.若氣體的溫度逐漸升高,則其壓強(qiáng)可以保持不變D.當(dāng)氣體體積逐漸增大時(shí),氣體的內(nèi)能一定減小答案C一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),溫度變化則其內(nèi)能一定變化,B項(xiàng)錯(cuò)誤;保持氣體的壓強(qiáng)不變,改變其體積,則其溫度一定改變,故內(nèi)能變化,A項(xiàng)錯(cuò)誤;氣體溫度升高的同時(shí),若其體積也逐漸變大,由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C可知,其壓強(qiáng)可以不變,C項(xiàng)正確;當(dāng)氣體做等溫膨脹時(shí),其內(nèi)能不變,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.(2018常州質(zhì)檢)如圖是某噴水壺示意圖。未噴水時(shí)閥門K閉合,壓下壓桿A可向瓶內(nèi)儲氣室充氣;多次充氣后按下按柄B打開閥門K,水會自動(dòng)經(jīng)導(dǎo)管從噴嘴處噴出。儲氣室內(nèi)氣體可視為理想氣體,充氣和噴水過程溫度保持不變,則()A.充氣過程中,儲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能增大B.充氣過程中,儲氣室內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大C.噴水過程中,儲氣室內(nèi)氣體放熱D.噴水過程中,儲氣室內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大答案A充氣過程中,儲氣室內(nèi)氣體的質(zhì)量增加,氣體的溫度不變,故氣體的平均動(dòng)能不變,氣體內(nèi)能增大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;噴水過程中,氣體對外做功,體積增大,而氣體溫度不變,則氣體吸熱,所以氣體壓強(qiáng)減小,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題4.一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過程,其中bc的延長線通過原點(diǎn),cd垂直于ab且與水平軸平行,da與bc平行。則氣體體積在()A.ab過程中不斷增加B.bc過程中保持不變C.cd過程中不斷增加D.da過程中保持不變答案AB由pVT=C可知p-T圖中斜率k=CV,C為定值。據(jù)此可知ab過程中體積增加,A項(xiàng)正確;bc過程中體積不變,B項(xiàng)正確;cd過程中體積減小,C項(xiàng)錯(cuò)誤;da過程中體積增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.(2018海南單科)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a等壓變化到狀態(tài)b,再從b等容變化到狀態(tài)c。a、c兩狀態(tài)溫度相等。下列說法正確的是()A.從狀態(tài)b到狀態(tài)c的過程中氣體吸熱B.氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能等于在狀態(tài)c的內(nèi)能C.氣體在狀態(tài)b的溫度小于在狀態(tài)a的溫度D.從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體對外做正功答案BD由p-V圖像可知,ab為等壓變化,體積增大對外做功,溫度升高內(nèi)能增大,由Q+W=U可知此過程吸收熱量;bc為等容變化,壓強(qiáng)減小溫度降低,內(nèi)能減小放出熱量。選項(xiàng)A、C錯(cuò)D項(xiàng)正確;由于a、c溫度相等,故理想氣體內(nèi)能相等,B項(xiàng)正確。三、非選擇題6.(2018鹽城三模)如圖所示,在汽缸右側(cè)封閉一定質(zhì)量的理想氣體,壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)相同。把汽缸和活塞固定,使汽缸內(nèi)氣體升高到一定的溫度,氣體吸收的熱量為Q1,氣體的內(nèi)能為U1。如果讓活塞可以自由滑動(dòng)(活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣),也使汽缸內(nèi)氣體升高相同溫度,其吸收的熱量為Q2,氣體的內(nèi)能為U2,則Q1Q2,U1U2。(均選填“大于”“等于”或“小于”) 答案小于等于解析把汽缸和活塞固定,使汽缸內(nèi)氣體升高到一定的溫度,氣體做等容變化,氣體吸收的熱量為Q1,氣體的內(nèi)能為U1,根據(jù)熱力學(xué)第一定律有U1=Q1,如果讓活塞可以自由滑動(dòng)(活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣),也使汽缸內(nèi)氣體升高相同溫度,同一氣體,溫度變化相同,氣體內(nèi)能相同U1=U2,但U2=W+Q2,因?yàn)闅怏w對外做功,W為負(fù),所以Q1<Q2。7.(2018鹽城中學(xué)模擬)一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生如圖所示的狀態(tài)變化,狀態(tài)A與狀態(tài)B的體積關(guān)系為VAVB(選填“大于”“小于”或“等于”);若從A狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中氣體對外做了50J的功,則此過程中(選填“吸熱”或“放熱”)。 答案小于吸熱解析狀態(tài)A到狀態(tài)B,壓強(qiáng)不變,溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程知,體積增大,所以VA小于VB。從A狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中,溫度不變,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=Q+W,知此過程中吸熱,吸收的熱量為50J。8.(2018江蘇單科)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為2.0×105Pa,經(jīng)歷ABCA的過程,整個(gè)過程中對外界放出61.4J熱量。求該氣體在AB過程中對外界所做的功。答案138.6J解析整個(gè)過程中,外界對氣體做功W=WAB+WCA,且WCA=pA(VC-VA)由熱力學(xué)第一定律Q+W=U,得WAB=-(Q+WCA)代入數(shù)據(jù)得WAB=-138.6J,即氣體對外界做的功為138.6J。9.(2018常州檢測)某次測量中在地面釋放一體積為8L的氫氣球,發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣球升高到1600m時(shí)破裂。實(shí)驗(yàn)表明氫氣球內(nèi)外壓強(qiáng)近似相等,當(dāng)氫氣球體積膨脹到8.4L時(shí)即破裂。已知地面附近大氣的溫度為27,常溫下當(dāng)?shù)卮髿鈮弘S高度的變化如圖所示。求高度為1600m處大氣的攝氏溫度。答案17解析由題圖得,在地面球內(nèi)氣體壓強(qiáng):p1=76cmHg1600m處球內(nèi)氣體壓強(qiáng):p2=70cmHg由理想氣體狀態(tài)方程得:p1V1T1=p2V2T2,解得T2=p2V2p1V1T1=70×8.476×8×300K290Kt2=(290-273)=17。10.(2018江蘇六市一調(diào))如圖所示,某同學(xué)制作了一個(gè)簡易的氣溫計(jì),一導(dǎo)熱容器連接橫截面積為S的長直管,用一滴水銀封閉了一定質(zhì)量的氣體,當(dāng)溫度為T0時(shí)水銀滴停在O點(diǎn),封閉氣體的體積為V0。大氣壓強(qiáng)不變,不計(jì)水銀與管壁間的摩擦。(1)設(shè)封閉氣體某過程從外界吸收0.50J的熱量,內(nèi)能增加0.35J,求氣體對外界做的功;(2)若環(huán)境溫度緩慢升高,求水銀滴在直管內(nèi)相對O點(diǎn)移動(dòng)的距離x隨封閉氣體熱力學(xué)溫度T的變化關(guān)系。答案(1)0.15J(2)x=V0TST0-V0S解析(1)由熱力學(xué)第一定律有U=Q+W代入數(shù)據(jù)得:W=-0.15J所以氣體對外做功為:W'=-W=0.15J(2)氣體做等壓變化,由蓋-呂薩克定律有:V0T0=V0+xST解得:x=V0TST0-V0S。11.(2017南通模擬)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ABCDA循環(huán),p1、p2、V1、V2均為已知量。已知A狀態(tài)的溫度為T0,求:(1)C狀態(tài)的溫度T;(2)完成一個(gè)循環(huán),氣體與外界熱交換的熱量Q。答案(1)p2V2p1V1T0(2)(p2-p1)(V2-V1)解析(1)設(shè)狀態(tài)D的溫度為TDC到D過程由查理定律:p2T=p1TD;D到A過程由蓋-呂薩克定律:V2TD=V1T0解得T=p2V2p1V1T0。(直接用氣態(tài)方程求解同樣給分)(2)由C到D過程與由A到B過程氣體體積不變,氣體不做功,從B到C過程氣體對外做功:WBC=-p2(V2-V1)從D到A過程外界對氣體做功:WDA=p1(V2-V1)全過程有W=WBC+WDA=(p1-p2)(V2-V1)由熱力學(xué)第一定律U=Q+W=0解得Q=(p2-p1)(V2-V1)>0,氣體吸熱。7