課時分層作業(yè) 三十八熱力學定律與能量守恒(45分鐘100分)一、選擇題(本題共7小題,每小題6分,共42分)1.如圖,一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達狀態(tài)c。設氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc,在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac。則()A.Tb>Tc,Qab>QacB.Tb>Tc,Qab<QacC.Tb=Tc,Qab>QacD.Tb=Tc,Qab<Qac【解析】選C。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有:=,所以有Ta<Tb=Tc,在ab過程中,吸收的熱量Qab=U-W,其中W<0,在ac過程中,吸收的熱量Qac=U,所以Qab>Qac,所以C正確,A、B、D錯誤。2.某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時的,且車胎體積增大。若這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體,那么()A.外界對胎內(nèi)氣體做功,氣體內(nèi)能減小B.外界對胎內(nèi)氣體做功,氣體內(nèi)能增大C.胎內(nèi)氣體對外界做功,內(nèi)能減小D.胎內(nèi)氣體對外界做功,內(nèi)能增大【解析】選D。以胎內(nèi)氣體為研究對象,由于氣體溫度升高,內(nèi)能增大,體積增大,胎內(nèi)氣體對外做功,故D正確。【規(guī)律總結(jié)】判定物體內(nèi)能變化的方法(1)內(nèi)能的變化都要用熱力學第一定律進行綜合分析。(2)做功情況看氣體的體積:體積增大,氣體對外界做功,W為負;體積縮小,外界對氣體做功,W為正。(3)與外界絕熱,則不發(fā)生熱傳遞,此時Q=0。(4)如果研究對象是理想氣體,則由于理想氣體沒有分子勢能,所以當它的內(nèi)能變化時,主要體現(xiàn)在分子動能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。3.(多選)(2018昆明模擬)關(guān)于熱力學第一定律和熱力學第二定律,下列論述錯誤的是()A.熱力學第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化,而熱力學第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能,故這兩條定律是相互矛盾的B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能,只是會產(chǎn)生其他影響,故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律,它們不但不矛盾,而且沒有本質(zhì)區(qū)別D.能量守恒定律已包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律E.熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的【解析】選A、C、D。熱力學第一定律是能量守恒在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn),而熱力學第二定律則指出內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化的方向性,二者并不矛盾,故A、C、D錯誤,B正確;熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的,各自描述了熱現(xiàn)象中不同方面的規(guī)律,E正確。4.(多選)(2018石家莊模擬)下列說法中正確的是()A.相互間達到熱平衡的兩物體的內(nèi)能一定相等B.民間常用“拔火罐”來治療某些疾病,方法是將點燃的紙片放入火罐內(nèi),當紙片燃燒完時,迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上,火罐就會緊緊地“吸”在皮膚上。其原因是火罐內(nèi)的氣體體積不變時,溫度降低,壓強減小C.空調(diào)既能制熱又能制冷,說明在不自發(fā)的條件下,熱傳遞可以逆向D.自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的E.隨著科學技術(shù)的發(fā)展,人類終會制造出效率為100%的熱機【解析】選B、C、D。相互間達到熱平衡的兩物體的溫度相同,內(nèi)能不一定相等,故A錯誤;火罐內(nèi)氣體壓強小于大氣壓強,所以火罐能“吸”在皮膚上,故B正確;根據(jù)熱力學第二定律可知,熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體,但不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體,故C正確;根據(jù)熱力學第二定律可知,自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的,故D正確;根據(jù)熱力學第二定律可知,人類不可能制造出效率為100%的熱機,故E錯誤。5.(多選)(2018滄州模擬)用兩種不同的金屬絲組成一個回路,接觸點1插在熱水中,接觸點2插在冷水中,如圖所示,電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象,正確的說法是 ()A.這一實驗過程不違反能量守恒定律B.這一實驗過程不違反熱力學第二定律C.在實驗過程中,熱水一定降溫、冷水一定升溫D.在實驗過程中,熱水內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為電能,電能則部分轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能E.在實驗過程中,熱水的內(nèi)能只有部分轉(zhuǎn)化為電能,電能則全部轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能【解析】選A、B、C。該實驗過程遵守能量守恒定律,A正確;溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因為熱水中的內(nèi)能減少,一部分轉(zhuǎn)化為電能,一部分傳遞給冷水,轉(zhuǎn)化效率低于100%,不違反熱力學第二定律。熱水溫度降低,冷水溫度升高,故選項B、C正確,選項D、E錯誤。6.(多選)下列對熱學相關(guān)知識的判斷中正確的是()A.對一定質(zhì)量的氣體加熱,其內(nèi)能一定增大B.物體溫度升高時,物體內(nèi)的每個分子的速率都將增大C.對一定質(zhì)量的理想氣體,當它的壓強、體積都增大時,其內(nèi)能一定增大D.功轉(zhuǎn)化為熱的實際宏觀過程是不可逆過程E.自然界中的能量雖然是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,故要節(jié)約能源【解析】選C、D、E。氣體內(nèi)能變化由做功和熱傳遞共同決定,A錯誤;溫度升高,分子的平均動能增大,部分分子速率也會減小,B錯誤;理想氣體壓強和體積增大,溫度一定增大,內(nèi)能一定增大,C正確;一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都是不可逆的,D正確;自然界中的能量在數(shù)量上是守恒的,但能量在轉(zhuǎn)化過程中,品質(zhì)逐漸降低,可利用的能源在逐漸減少,故要節(jié)約能源,E正確?！炯庸逃柧殹?多選)關(guān)于物體的內(nèi)能,以下說法中正確的是()A.物體吸收熱量,內(nèi)能一定增大B.物體放出熱量,同時對外做功,內(nèi)能一定減少C.物體體積改變,內(nèi)能可能不變D.不可能從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?E.質(zhì)量相同的0 的水的內(nèi)能比0 的冰的內(nèi)能大【解析】選B、C、E。物體吸收熱量,若同時對外做功,其內(nèi)能可能減少,選項A錯誤;根據(jù)熱力學第一定律U=W+Q,物體放出熱量,同時對外做功,內(nèi)能一定減少,選項B正確;物體體積改變,例如理想氣體體積改變,只要溫度不變,其內(nèi)能不變,選項C正確;可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?但是會引起其他變化,選項D錯誤;0 的水變成0 的冰需要放出熱量,故質(zhì)量相同的0 的水的內(nèi)能比0 的冰的內(nèi)能大,選項E正確。7.(多選)(2018焦作模擬)下列說法正確的是 ()A.分子間距離增大時,分子間的引力減小,斥力增大B.當分子間的作用力表現(xiàn)為引力時,隨分子間距離的增大,分子勢能增大C.一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等溫膨脹,一定從外界吸收熱量D.一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等壓膨脹,一定向外界放出熱量E.熵的大小可以反映物體內(nèi)分子運動的無序程度【解析】選B、C、E。分子間距離增大時,分子間的引力和斥力均減小,選項A錯誤;當分子間的作用力表現(xiàn)為引力時,隨分子間距離的增大,分子勢能增大,選項B正確;一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等溫膨脹,溫度不變,內(nèi)能不變,對外做功,一定從外界吸收熱量,選項C正確;一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等壓膨脹,對外做功,根據(jù)蓋-呂薩克定律,等壓膨脹,溫度一定升高,內(nèi)能增大,一定吸收熱量,選項D錯誤;熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度,其大小可以反映物體內(nèi)分子運動的無序程度,選項E正確。二、計算題(本題共4小題,共58分。需寫出規(guī)范的解題步驟)8.(12分)一定質(zhì)量的氣體,在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過程中,吸收熱量280 J,并對外做功120 J,試問:(1)這些氣體的內(nèi)能怎樣發(fā)生變化?變化了多少?(2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài),并放出了240 J熱量,那么在返回的過程中是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做功多少?【解析】(1)由熱力學第一定律可得U=W+Q=-120 J+280 J=160 J,氣體的內(nèi)能增加了160 J。(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān),所以氣體從狀態(tài)2回到狀態(tài)1的過程中內(nèi)能應減少,其減少量應等于從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過程中內(nèi)能的增加量,則從狀態(tài)2到狀態(tài)1的內(nèi)能應減少160 J,即U=-160 J,又Q=-240 J,根據(jù)熱力學第一定律得:U=W+Q,所以W=U-Q=-160 J-(-240 J)=80 J,即外界對氣體做功80 J。答案:(1)增加160 J(2)外界對氣體做功80 J9.(14分)一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從ABCDA的變化過程可用如圖所示的p-V圖線描述,其中DA為等溫線,氣體在狀態(tài)A時溫度為300 K,求:(1)氣體在狀態(tài)C時溫度TC。(2)若氣體在AB過程中吸熱1 000 J,則在AB過程中氣體內(nèi)能如何變化?變化了多少?【解析】(1)DA為等溫線,則TA=TD=300 K,C到D過程由蓋-呂薩克定律得:=所以TC=375 K。(2)AB過程壓強不變,由:W=-pV=-2105310-3 J=-600 J由熱力學第一定律,得:U=Q+W=1 000 J-600 J=400 J則氣體內(nèi)能增加,增加了400 J。答案:(1)375 K(2)氣體內(nèi)能增加400 J10.(16分)如圖所示,A,B兩個汽缸中裝有體積均為10 L,壓強均為1 atm(標準大氣壓)、溫度均為27 的空氣,中間用細管連接,細管容積不計。細管中有一絕熱活塞,現(xiàn)將B汽缸中的氣體升溫到127 ,若要使細管中的活塞仍停在原位置。(不計摩擦,A汽缸中的氣體溫度保持不變,A汽缸截面積為500 cm2)(1)求A中活塞應向右移動的距離。(2)A中氣體是吸熱還是放熱,為什么?【解析】(1)對B:由=得pB=pB=pB=pB對A:由pAVA=pAVA得VA=且:pA=pB,pA=pB解得VA=VA所以l=5 cm。(2)放熱,在向右推活塞過程中,A中氣體溫度不變,氣體內(nèi)能不變;體積減小,外界對氣體做功,由熱力學第一定律U=W+Q,可知氣體應放熱。答案:(1)5 cm(2)見解析11.(16分)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ABCDA循環(huán),該過程每個狀態(tài)視為平衡態(tài),各狀態(tài)參數(shù)如圖所示。A狀態(tài)的壓強為1105 Pa,求:(1)B狀態(tài)的溫度。(2)完成一個循環(huán),氣體與外界交換的熱量?！窘馕觥?1)理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中,壓強保持不變,根據(jù)蓋-呂薩克定律有=代入數(shù)據(jù)解得TB=600 K。(2)理想氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中,外界對氣體做的功W1=-pA(VB-VA)=-100 J氣體從B狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中,體積保持不變,根據(jù)查理定律有=解得pC=2.5105 Pa,從C狀態(tài)到D狀態(tài)的過程中,外界對氣體做功W2=pC(VB-VA)=250 J一次循環(huán)過程中外界對氣體所做的總功W=W1+W2=150 J理想氣體從A狀態(tài)完成一次循環(huán),回到A狀態(tài),始末溫度不變,所以內(nèi)能不變。根據(jù)熱力學第一定律有U=W+Q解得Q=-150 J,故完成一個循環(huán),氣體放出的熱量為150 J。答案:(1)600 K(2)放出熱量150 J