基礎(chǔ)課3熱力學(xué)定律與能量守恒定律一、選擇題(以下每小題均為多項(xiàng)選擇題)1下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說(shuō)法中正確的是()A所有符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能真的發(fā)生B一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的C機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能D氣體向真空的自由膨脹是可逆的E熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過(guò)程有一定的方向性解析符合能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律的宏觀過(guò)程不能發(fā)生，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，選項(xiàng)B正確；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，選項(xiàng)C正確；氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過(guò)程有一定的方向性，選項(xiàng)E正確。答案BCE2下列對(duì)熱學(xué)相關(guān)知識(shí)的判斷中正確的是()A對(duì)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(shí)，物體內(nèi)的每個(gè)分子的速率都將增大C對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)它的壓強(qiáng)、體積都增大時(shí)，其內(nèi)能一定增大D功轉(zhuǎn)化為熱的實(shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)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 解析氣體內(nèi)能變化由做功和熱傳遞共同決定，A錯(cuò)誤；溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，部分分子速率也會(huì)減小，B錯(cuò)誤；理想氣體壓強(qiáng)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(guò)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(guò)程中，品質(zhì)逐漸降低，可利用的能量在逐漸減少，故要節(jié)約能源，E正確。答案CDE3關(guān)于物體的內(nèi)能，以下說(shuō)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(shí)對(duì)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質(zhì)量相同的0 的水的內(nèi)能比0 的冰的內(nèi)能大解析物體吸收熱量，若同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少，選項(xiàng)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(xiàng)C正確；可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，但是?huì)引起其他變化，選項(xiàng)D錯(cuò)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(xiàng)E正確。答案BCE4夏天，小明同學(xué)把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時(shí)候，會(huì)覺得從輪胎里噴出的氣體涼，如果把輪胎里的氣體視為理想氣體，則關(guān)于氣體噴出的過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A氣體的內(nèi)能減少B氣體的內(nèi)能不變C氣體來(lái)不及與外界發(fā)生熱交換，對(duì)外做功，溫度降低D氣體膨脹時(shí)，熱量散得太快，使氣體溫度降低了E氣體分子的平均動(dòng)能減小解析氣體噴出時(shí)，來(lái)不及與外界交換熱量，發(fā)生絕熱膨脹，Q0，對(duì)外做功，熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為WU，內(nèi)能減少，溫度降低，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，則A、C、E正確。答案ACE5(2017河南、河北、山西聯(lián)考)下列說(shuō)法正確的是()A分子間距離增大時(shí)，分子間的引力減小，斥力增大B當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為引力時(shí)，隨分子間距離的增大分子勢(shì)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(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度解析分子間距離增大時(shí)，分子間的引力和斥力均減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為引力時(shí)，隨分子間距離的增大分子勢(shì)能增大，選項(xiàng)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(duì)外做功，一定從外界吸收熱量，選項(xiàng)C正確；一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等壓膨脹，對(duì)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(xiàng)D錯(cuò)誤；熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度，其大小可以反映物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度，選項(xiàng)E正確。答案BCE6下列有關(guān)熱學(xué)的說(shuō)法中正確的是()A氣體放出熱量，其分子的平均動(dòng)能一定減小B氣體溫度升高，分子的平均動(dòng)能一定增大C隨著科技的進(jìn)步，物體的溫度可以降低到300 D熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體E對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能可能減小 解析由熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，其內(nèi)能不一定減小，溫度不一定降低，故分子平均動(dòng)能不一定減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動(dòng)能越大，選項(xiàng)B正確；根據(jù)熱力學(xué)第三定律可知，絕對(duì)零度(273 )是不可能達(dá)到的，所以300 是不可能達(dá)到的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在一定的條件下，熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，選項(xiàng)D正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，對(duì)物體做功的同時(shí)，若物體向外界放出熱量，其內(nèi)能可能減小，選項(xiàng)E正確。答案BDE7在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，1 g水在沸騰時(shí)吸收了2 260 J的熱量后變成同溫度的水蒸氣，對(duì)外做了170 J的功。已知阿伏加德羅常數(shù)NA6.01023 mol1，水的摩爾質(zhì)量M18 g/mol。下列說(shuō)法中正確的是()A分子間的平均距離增大B水分子的熱運(yùn)動(dòng)變得更劇烈了C水分子總勢(shì)能的變化量為2 090 JD在整個(gè)過(guò)程中能量是不守恒的E1 g水所含的分子數(shù)為3.31022個(gè)解析液體變成氣體后，分子間的平均距離增大了，選項(xiàng)A正確；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志，由于兩種狀態(tài)下的溫度是相同的，故兩種狀態(tài)下水分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度是相同的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；水發(fā)生等溫變化，分子平均動(dòng)能不變，因水分子總數(shù)不變，分子的總動(dòng)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UQW，可得水的內(nèi)能的變化量U2 260 J170 J2 090 J，即水的內(nèi)能增大2 090 J，則水分子的總勢(shì)能增大了2 090 J，選項(xiàng)C正確；在整個(gè)過(guò)程中能量是守恒的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；1 g水所含的分子數(shù)為nNA6.010233.31022(個(gè))，選項(xiàng)E正確。答案ACE二、非選擇題8如圖1所示，為測(cè)量大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)裝置，將一定質(zhì)量的氣體密封在燒瓶?jī)?nèi)，燒瓶通過(guò)細(xì)玻璃管與注射器和裝有水銀的U形管連接，最初豎直放置的U形管兩臂中的水銀柱等高，燒瓶中氣體體積為800 mL；現(xiàn)用注射器緩慢向燒瓶中注入200 mL的水，穩(wěn)定后兩臂中水銀面的高度差為25 cm，不計(jì)玻璃管中氣體的體積，環(huán)境溫度不變。求圖1(1)大氣壓強(qiáng)p0(用“cmHg”做壓強(qiáng)單位)；(2)此過(guò)程中外界對(duì)燒瓶?jī)?nèi)的氣體_(填“做正功”、“做負(fù)功”、“不做功”)，氣體將_(填“吸熱”或“放熱”)。解析(1)設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0初狀態(tài)：p1p0，V1800 mL注入水后：p2p0p，V2600 mL由玻意耳定律得：p1V1p2V2解得：p075 cmHg。(2)氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功，溫度不變，氣體的內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知，應(yīng)對(duì)外放熱。答案(1)75 cmHg(2)做正功放熱9一定質(zhì)量的氣體，在從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的過(guò)程中，吸收熱量280 J，并對(duì)外做功120 J，試問(wèn)：(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(lái)的狀態(tài)，并放出了240 J熱量，那么在返回的過(guò)程中是氣體對(duì)外界做功，還是外界對(duì)氣體做功？做功多少？解析(1)由熱力學(xué)第一定律可得UWQ120 J280 J160 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(guò)程中內(nèi)能應(yīng)減少，其減少量應(yīng)等于從狀態(tài)1到狀態(tài)2的過(guò)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(yīng)減少160 J，即U160 J，又Q240 J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界對(duì)氣體做功80 J。答案(1)增加160 J(2)外界對(duì)氣體做功80 J10(2016山西忻州一中等四校聯(lián)考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過(guò)程的pV圖像如圖2所示。已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 。圖2(1)求該氣體在狀態(tài)B、C時(shí)的溫度；(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中是吸熱還是放熱？傳遞的熱量是多少？解析(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B做等容變化，由查理定律有，解得TB200 K，即tB73 ；氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C做等壓變化，由蓋呂薩克定律有，解得TC300 K，即tC27 。(2)因?yàn)闋顟B(tài)A和狀態(tài)C溫度相等，且理想氣體的內(nèi)能是所有分子的動(dòng)能之和，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以在這個(gè)過(guò)程中U0，由熱力學(xué)第一定律UQW得QW。在整個(gè)過(guò)程中，氣體在B到C過(guò)程對(duì)外做功，故WpBV200 J。即QW200 J，是正值，所以氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C過(guò)程中是吸熱，吸收的熱量Q200 J。答案(1)73 27 (2)吸收熱量200 J11(2017濰坊模擬)如圖3所示在絕熱汽缸內(nèi)，有一絕熱輕活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，開始時(shí)缸內(nèi)氣體溫度為27 ，封閉氣柱長(zhǎng)9 cm，活塞橫截面積S50 cm2。現(xiàn)通過(guò)汽缸底部電阻絲給氣體加熱一段時(shí)間，此過(guò)程中氣體吸熱22 J，穩(wěn)定后氣體溫度變?yōu)?27 。已知大氣壓強(qiáng)等于105 Pa，求：圖3(1)加熱后活塞到汽缸底端的距離；(2)此過(guò)程中氣體內(nèi)能改變了多少。解析(1)取被封閉的氣體為研究的對(duì)象，開始時(shí)氣體的體積為L(zhǎng)1S，溫度為：T1(27327) K300 K，末狀態(tài)的體積為：L2S，溫度為：T2(273127) K400 K氣體做等壓變化，則：代入數(shù)據(jù)得：L212 cm。(2)在該過(guò)程中，氣體對(duì)外做功：WFLp0S(L2L1)10550104(129)102 J15 J，由熱力學(xué)第一定律：UQW22 J15 J7 J。答案(1)12 cm(2)7 J