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第3节热力学定律与能量守恒1.(多选)下面关于熵的说法中正确的是(ABD)A.熵是系统内分子运动无序性的量度B.在自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小C.热力学第二定律也叫做熵减小原理D.熵值越大代表越无序E.一个宏观状态所对应的微观态越多,越无序,熵越小解析:一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行,这就是热力学第二定律的微观意义,系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程.自然过程的方向性可以表述为:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,因此热力学第二定律又称为熵增加原理.故A,B,D正确,C,E错误.2.(多选)下列说法正确的是(ABE)A.外界对气体做功,气体的内能不一定增加B.气体在等温膨胀的过程中一定从外界吸收了热量C.机械能不可能全部转化为内能,内能也不可能全部转化为机械能D.理想气体的温度变化时,其分子平均动能和分子间势能也随之改变E.已知阿伏加德罗常数和某物质的摩尔质量,一定可以求出该物质的分子质量解析:做功和热传递都能改变物体的内能,A正确;气体在等温膨胀的过程中,对外界做功,而内能不变,则一定吸收了热量,B正确;机械能可以全部转化为内能,C错误;理想气体的温度变化时,其分子平均动能也随之改变,理想气体不考虑分子势能,D错误;已知阿伏加德罗常数和摩尔质量,由m=可求出分子质量,E正确.3.(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一,人类在采取节能减排措施的同时,也在研究控制温室气体的新方法,目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术.在某次实验中,将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导 热容器中,将容器缓慢移到海水某深处,气体体积减小为原 来的一半,不计温度变化,则此过程中(ABE)A.外界对封闭气体做功B.封闭气体向外界传递热量C.封闭气体分子的平均动能增大D.封闭气体从外界吸收热量E.封闭气体的压强增为原来的2倍解析:因为气体的温度不变,所以气体分子的平均动能不变,选项C错误;气体体积减小,外界对气体做功,选项A正确;由热力学第一定律可得,封闭气体将向外界传递热量,选项D错误,B正确,由玻意耳定律可知,选项E正确.4.(2019云南师大附中月考)(多选)下列说法正确的是(BDE)A.一定质量的理想气体经过等容过程,吸收热量,其内能不一定增加B.自然发生的热传递 过程是向 着分子热运动无序性增大的方向进行的C.容器内有一定质量的理想气体,体积保持不变,单位体积内分子数不变,温度升高,单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数不变D.食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布,具有空间上的周期性E.第二类永动机虽不违背能量守恒定律,但也是不可能制成的解析:一定质量的理想气体经过等容过程,吸收热量,没有对外做功,根据热力学第一定律可知,其内能一定增加,故A错误;根据热力学第二定律可知,自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,故B正确;容器内的一定质量的理想气体,体积保持不变,单位体积内分子数不变,温度升高,分子的平均动能增大,则平均速率增大,单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多,故C错误;食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布,具有空间上的周期性,故D正确;第二类永动机虽不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,仍不可能制成,故E正确.5.(多选)下列说法中正确的是(ABE)A.电冰箱把热量从低温物体向高温物体传递,是因为其消耗了电能B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成“能源危机”E.第二类永动机不能制成的原因是违反了热力学第二定律解析:热力学第二定律有两种表述:第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体,即自发热传递具有方向性,选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果,选项A正确;第二是不可能从单一热库吸收热量,使之完全变为功,而不产生其他影响,即第二类永动机不存在,选项B,E正确,C错误;由能量守恒定律知,能量总是守恒的,只是存在的形式不同,选项D错误.6.(2018甘肃一诊)(多选)下列有关热学的叙述正确的是(BCD)A.布朗运动是指悬浮在液体中的花粉分子的无规则运动B.随着分子间距离的增大,若分子间的相互作用力先增大后减小,此时分子间的作用力一定表现为引力C.热力学第一定律和热力学第二定律是互不矛盾的D.一定质量的理想气体在等温变化时,其内能一定不改变E.热量可以从低温物体传到高温物体而不引起其他变化解析:布朗运动是指花粉颗粒的无规则运动,不是花粉分子的无规则运动,故A错误;随着分子间距离的增大,若分子间的相互作用力先增大后减小,说明分子间距离大于平衡距离,此时分子间的作用力表现为引力,故B正确;热力学第一定律是能量守恒定律的一种形式,热力学第二定律指出一切与热现象有关的宏观过程具有方向性,它们不矛盾,故C正确;理想气体分子间的相互作用力不计,分子间没有势能,因此一定质量的理想气体的内能仅由分子动能决定,分子动能大小的宏观表现为温度的高低,故D正确;热量可以由低温物体传到高温物体,但要引起其他变化,故E错误.7.(多选)对一定质量的理想气体,下列现象可能发生的有(BCE)A.外界对气体做功,气体的温度升高,气体的压强降低B.气体从外界吸热,气体的温度降低,气体的压强降低C.气体对外界做功,气体的温度升高,气体的压强不变D.气体向外界放热,气体的温度不变,气体的压强不变E.气体经历一缓慢的绝热膨胀过程,气体分子的平均动能减小解析:外界对气体做功,说明气体体积减小,气体的温度升高,根据理想气体状态方程=C,则压强p一定增大,选项A错误;气体从外界吸热,温度降低,根据热力学第一定律气体一定对外界做了功,即体积增大,根据理想气体状态方程,V增大,T降低,则p一定降低,选项B正确;气体对外界做功,气体的温度升高,根据理想气体状态方程,V增大,T升高,则p可能不变,选项C正确;气体向外界放热,气体的温度不变,根据热力学第一定律,外界对气体做了功,即体积减小,根据理想气体状态方程,V减小,T不变,压强必然增大,选项D错误;绝热膨胀,Q=0,对外做功WpaC.过程bc中分子势能不断增大D.过程bc中每一个分子的速率都减小E.过程ca中气体吸收的热量等于对外界做的功解析:由a到b,气体做等容变化,温度升高,内能增大,根据U=Q+W,故气体一定吸热,选项A正确;由a到b为等容变化,温度升高,压强变大,故pbpa,由b到c是等压变化,故pc=pb,选项B正确;理想气体没有分子势能,故选项C错误;由b到c,温度降低,分子的平均动能降低,平均速率减小,但不是每一个分子的速率都减小,故选项D错误;由c到a,气体发生等温膨胀,内能不变,气体对外做功,吸收热量,根据U=Q+W,气体吸收的热量等于对外做的功,故选项E正确.11. (2019曲师大附中模拟)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C,其状态变化过程的pV图像如图所示.已知该气体在状态A时的温度为27 .(1)求该气体在状态B,C时的温度;(2)该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少?解析:(1)气体从状态A到状态B做等容变化,由查理定律有=解得TB=200 K,即tB=-73 ;气体从状态B到状态C做等压变化,由盖吕萨克定律有=,解得TC=300 K,即tC=27 .(2)因为状态A和状态C温度相等,且理想气体的内能是所有分子的动能之和,温度是分子平均动能的标志,所以在这个过程中U=0,由热力学第一定律U=Q+W得Q=-W.在整个过程中,气体在B到C过程对外做功,故W=-pBV=-200 J.即Q=-W=200 J,是正值,所以气体从状态A到状态C过程中是吸热,吸收的热量Q=200 J.答案:(1)-73 27 (2)吸收热量200 J12.如图所示,ABC为粗细均匀的“L”形细玻璃管,A端封闭,C端开口.开始时AB竖直,BC水平,BC内紧靠B端有一段长l1=30 cm的水银柱,AB内理想气体长度l2=20 cm.现将玻璃管以B点为轴在竖直面内逆时针缓慢旋转90,使AB水平.环境温度不变,大气压强p0=75 cmHg,求:(1)旋转后水银柱进入AB管的长度;(2)玻璃管旋转过程中,外界对封闭气体做正功还是做负功?气体吸热还是放热?解析:(1)对封闭气体,初态压强为p0,末态为p1,设玻璃管截面积为S,水银进入AB管的长度为x,根据玻意耳定律p0Sl2=p1S(l2-x)又p1=p0+pl1-px代入数据得x=5 cm.(2)外界对气体做正功,而气体的温度不变,则内能不变,由热力学第一定律可知,气体放热.答案:(1)5 cm(2)正功放热13.(2019湖南师大附中模拟)如图所示,一个内壁光滑的圆柱形汽缸,高度为L、底面积为S,缸内有一个质量为m的活塞,封闭了一定质量的理想气体.温度为热力学温度T0时,用绳子系住汽缸底,将汽缸倒过来悬挂起来,汽缸处于竖直状态,缸内气体高为L0.已知重力加速度为g,大气压强为p0,不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦,求:(1)采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离,缸内气体的温度至少要升高到多少?(2)从开始升温到活塞刚要脱离汽缸,缸内气体压力对活塞做功多少?(3)当活塞刚要脱离汽缸时,缸内气体的内能增加量为U,则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少?解析:(1)气体等压变化,由盖吕萨克定律得=解得T=.(2)对活塞,由平衡条件得mg+pS=p0S气体对活塞做的功为W=pS(L-L0)解得W=(p0S-mg)(L-L0).(3)由热力学第一定律得U=W+Q,又外界对气体做功W=-W气体吸收的热量Q=U+(p0S-mg)(L-L0).答案:(1)T0(2)(p0S-mg)(L-L0)(3)U+(p0S-mg)(L-L0)- 6 -
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