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- 2021-05-24 发布
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练案[37] 第十三章 热 学
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
一、选择题(本题共8小题,均为多选)
1.(2018·重庆一诊)关于热现象的描述,下列说法正确的是( ACE )
A.漂浮在水面上的花粉颗粒越大,撞击花粉颗粒的水分子越多,布朗运动越不明显
B.气体的温度越高,每个气体分子的动能都越大
C.零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰分子势能大
D.对于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
E.热量既能够从高温物体传递到低温物体,也能够从低温物体传递到高温物体
[解析] 悬浮在液体中的小颗粒周围有大量的液体分子,由于液体分子对小颗粒无规则撞击,造成小颗粒受到的冲力不平衡而引起小颗粒的运动,撞击它的分子数越多,布朗运动越不明显,故A正确;温度是分子平均动能的标志,对个别分子没有意义,温度越高,分子的平均动能增大,并不是每个分子的动能都增大,故B错误;零摄氏度的冰变化成零摄氏度的水需要吸热,说明水比冰的内能大。由于温度相同,分子平均动能相同,所以水的分子势能更大,故C正确;气体体积增大时,对外做功,但有可能吸收热量,故无法判断内能变化情况,故D错误;热量既能够从高温物体传递到低温物体,但在一定条件下,热量也能够从低温物体传递到高温物体,故E正确。
2.(2018·福建漳州质检)关于热现象,下列说法中正确的是( ABE )
A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性
B.扩散现象说明分子之间存在空隙,同时分子在永不停息地做无规则运动
C.自然界中所有宏观过程都具有方向性
D.可利用高科技手段,将流散的内能全部收集并加以利用,而不引起其他变化
E.对大量事实的分析表明,不论技术手段如何先进,热力学零度都不可能达到
[解析] 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这属于布朗运动,反映了液体分子运动的无规则性,故A正确;扩散现象说明分子之间存在空隙,同时分子在永不停息地做无规则运动,故B正确;自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,不涉及热现象的宏观过程不一定具有方向性,故C错误;根据热力学第二定律可知,不可能从单一热源吸热而不产生其他影响,故D错误;对大量事实的分析表明,不论技术手段如何先进,热力学零度都不可能达到,故E正确。
3.(2018·安徽皖西教学联盟质检)下列说法中正确的是( ABD )
A.玻璃管的裂口烧熔后会变钝是表面张力的作用引起的
B.0℃的氢气和0℃的氧气,它们的分子平均动能相同
C.第二类永动机违背了能量守恒定律
D.水的饱和汽压随温度的升高而增大
E.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性减小的方向进行
[解析] 由于熔融的液态玻璃存在表面张力,使表面收缩,因此玻璃管的裂口尖端被烧熔后变成圆形,故A正确;温度是分子平均动能的标志,氧气和氢气的温度相同,则它们的分子平均动能相同,故B正确;第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,故C错误;水在不同温度下有不同的饱和汽压,并随着温度的升高而增大,故D正确;根据热力学第二定律可知,一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,故E错误。
4.(2019·内蒙古包头四中质检)如图所示,电路与一绝热汽缸相连,R为电热丝,汽缸内封闭着一定质量的理想气体,外界大气压强恒定,闭合电键后,绝热活塞K缓慢且无摩擦地向右移动,则下列说法正确的是( ADE )
A.气体的内能增加
B.气体分子平均动能不变
C.电热丝放出的热量等于气体对外所做的功
D.气体的压强不变
E.气体分子单位时间内对器壁单位面积的撞击次数减少
[解析] 活塞可无摩擦滑动,外界大气压强不变,故气体等压变化;活塞缓慢向右移动过程中,气体体积增大,故温度一定升高,气体内能增加,故A正确,D正确;电阻丝向气体放热气体温度升高,而理想气体内能只取决于分子动能,气体温度升高,分子平均动能增大,故B错误;气体内能增大,由热力学第一定律可知,电阻丝向气体放出的热量一定大于对外做功,故C错误;气体体积变大,故气体单位体积内的分子数减小,故单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减小,故E正确。故选ADE。
5.(2018·黑龙江哈师大附中模拟)下列说法正确的是( ACD )
A.温度是分子平均动能的标志
B.若物体温度升高,则该物体一定吸热
C.一定质量的理想气体的等温膨胀过程一定是吸热过程
D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E.温度高的物体具有的内能一定多
[解析] 温度是分子热运动的平均动能的标志,A正确;对物体做功,物体温度也可能升高,B错误;一定质量的理想气体在等温膨胀过程中,内能不变,对外做功,由W+Q=ΔU可知W<0,ΔU=0,则Q>0,C正确;根据热力学第二定律可知,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,D正确;内能与温度、体积和物质的量有关,所以温度高的物体具有的内能不一定多,E错误。
6.(2019·肇庆市联考)一定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca
回到原状态,其p-T图象如图所示,下列判断正确的是( ABE )
A.a和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
B.a、b和c三个状态中,状态b分子的平均动能最大
C.过程bc中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D.过程ca中气体既不吸热也不放热
E.过程ab中气体一定吸热
[解析] 由图可知,a、c状态气体的温度是相等的,所以分子运动的激烈程度相同;c状态的压强大,结合气体压强的微观意义可知,a和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同,故A正确;由图象可知,b状态温度最高,分子平均动能最大,故B正确;由图象可知,bc过程气体压强不变,温度降低,由盖吕萨克定律可知,其体积减小,外界对气体做功,W>0,气体温度降低,内能减少,ΔU<0,由热力学第一定律可知,气体要放出热量,过程bc中外界对气体所做的功小于气体所放热量,故C错误;由图象可知,ca过程气体温度不变,压强减小,由玻意尔定律可知,其体积增大,气体对外界做功,W<0,气体温度不变,内能不变,由热力学第一定律可知,气体要吸收热量,故D错误;由图示可知,ab过程,气体压强与热力学温度成正比,则气体发生等容变化,气体体积不变,外界对气体不做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律可知,气体吸收热量,故E正确。
7.(2018·福建龙岩质检)关于气体的内能和热力学定律,下列说法正确的是( ADE )
A.对气体做功可以改变其内能
B.质量和温度都相同的气体,内能一定相同
C.热量不可能从低温物体传到高温物体
D.一定质量的理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
E.一定质量的理想气体温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大
[解析] 做功和热传递都能改变物体的内能;所以对气体做功可以改变其内能,故A正确;质量和温度都相同的气体,内能不一定相同,内能还与气体的体积有关,故B错误;根据热力学第二定律可知,热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他的变化,故C错误;由盖-吕萨克定律可知,一定质量的理想气体在等压膨胀过程中气体温度升高,气体内能增加,故D正确;一定质量的理想气体温度越高,气体分子运动越剧烈,而气体内能只与温度有关,故温度越高,其内能越大,故E正确。
8.(2018·河南许昌质检)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中A→B和C→D为等温过程,B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中,下列说法正确的是( AB )
A.A→B过程中,气体对外界做功,吸热
B.B→C过程中,气体分子的平均动能减小
C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D.D→A过程中,气体吸热
[解析] A→B过程,体积增大,气体对外界做功,W<0,气体等温变化,内能不变,ΔU=0,根据热力学第一定律可知气体吸热,Q>0,故A正确;B→C过程,气体绝热膨胀,气体对外做功,内能减小,温度降低,气体分子平均动能减小,故B正确;C→D过程,等温压缩,体积变小,分子数密度增大,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,故C错误;D→A过程,绝热压缩,Q=0,故D错误。
二、非选择题
9.(2019·浙江宁波模拟)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅,水烧开后,锅内水面上方充满饱和汽,停止加热,高压锅在密封状态下缓慢冷却,在冷却过程中,锅内水蒸汽的变化情况为AC。
A.压强变小 B.压强不变
C.一直是饱和汽 D.变为未饱和汽
(2)如图1所示,在斯特林循环的p-V图象中,一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,整个过程由两个等温和两个等容过程组成,B→C的过程中,单位体积中的气体分子数目不变(选填“增大”、“减小”或“不变”),状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示,则状态A对应的是①(选填“①”或“②”)。
(3)如图1所示,在A→B和D→A的过程中,气体放出的热量分别为4J和30J。在B→C和C→D的过程中,气体吸收的热量分别为20J和12J。求气体完成一次循环对外界所做的功。
[答案] (3)8J
[解析] (1)高压锅在密封的状态下缓慢冷却,在冷却过程中气体发生等容变化,温度降低,压强变小,A项正确,B项错误;锅内的水蒸气始终处于饱和汽状态,C项正确,D项错误。
(2)从B→C的过程中,气体的体积不变,因此单位体积中气体分子数目不变,从状态D到状态A,气体的体积不变,压强减小,温度降低,分子平均动能减小,因此A
状态对应的是①。
(3)气体完成一次循环,其内能不变,即ΔU=0
吸收的热量Q=(20+12-4-20)J=8J
由热力学第一定律ΔU=Q+W得,W=-8J,则气体对外做功为8J。
10.(2018·山西吕梁一模)如图所示,一根两端开口、横截面积为S=2cm2且足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞,活塞下封闭着长L=21cm的气柱,气体的温度为t1=7℃,外界大气压为p0=1.0×105Pa(相当于75cm高汞柱产生的压强)。
(1)若在活塞上放一个质量为m=0.1kg的砝码,保持气体的温度t1不变,则平衡后气柱为多长?(取g=10m/s2)
(2)若保持砝码的质量不变,对气体加热,使其温度升高到t2=77℃,此时气柱为多长?
(3)若在(2)的过程中,气体吸收的热量为10J,则气体的内能增加多少?
[答案] (1)20cm (2)25cm (3)8.95J
[解析] (1)被封闭气体的初状态:p1=p0=1.0×105Pa
V1=LS=42cm3,T1=280K
末状态:p2=p0+=1.05×105Pa
V2=L2S,T2=T1=280K
根据玻意耳定律,有p1V1=p2V2,即p1L=p2L2
得L2=20cm
(2)对气体加热后,气体的压强不变,p3=p2,V3=L3S,T3=350K
根据盖-吕萨克定律,有=,即=
得L3=25cm
(3)气体对外做的功W=p2Sh=p2S(L3-L2)=1.05J
根据热力学第一定律ΔU=Q+W
得ΔU=10J+(-1.05J)=8.95J
即气体的内能增加了8.95J
11.(2018·黑龙江七台河模拟)绝热汽缸倒扣在水平地面上,缸内装有一电热丝和一光滑的绝热活塞,封闭一定质量的理想气体,活塞下吊着一重为G的重物,活塞重为G0,活塞的横截面积为S,开始时封闭气柱的高为h,气体的温度为T1,大气压强为p0,活塞下方气体与大气相通。现给电热丝缓慢加热,若气体吸收热量Q时,活塞下降了h,求:
(1)气体的温度升高了多少?
(2)气体的内能增加了多少?
[答案] (1)T1 (2)Q+(G+G0)h-p0Sh
[解析] (1)活塞下降的过程中,气体发生的是等压膨胀
则=
即=,求得T2=2T1
气体的温度升高了ΔT=T2-T1=T1
(2)汽缸内气体的压强为p=p0-
活塞向下运动的过程中,对外做功W=pSh=p0Sh-(G+G0)h
根据热力学第一定律可知,气体的内能增加量为ΔU=Q-W=Q+(G+G0)h-p0Sh