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课时分层作业 三十八热力学定律与能量守恒(45分钟100分)一、选择题(本题共7小题,每小题6分,共42分)1.如图,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac。则()A.TbTc,QabQacB.TbTc,QabQacD.Tb=Tc,QabQac【解析】选C。根据理想气体状态方程有:=,所以有TaTb=Tc,在ab过程中,吸收的热量Qab=U-W,其中WQac,所以C正确,A、B、D错误。2.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么()A.外界对胎内气体做功,气体内能减小B.外界对胎内气体做功,气体内能增大C.胎内气体对外界做功,内能减小D.胎内气体对外界做功,内能增大【解析】选D。以胎内气体为研究对象,由于气体温度升高,内能增大,体积增大,胎内气体对外做功,故D正确。【规律总结】判定物体内能变化的方法(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。(2)做功情况看气体的体积:体积增大,气体对外界做功,W为负;体积缩小,外界对气体做功,W为正。(3)与外界绝热,则不发生热传递,此时Q=0。(4)如果研究对象是理想气体,则由于理想气体没有分子势能,所以当它的内能变化时,主要体现在分子动能的变化上,从宏观上看就是温度发生了变化。3.(多选)(2018昆明模拟)关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列论述错误的是()A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能,故这两条定律是相互矛盾的B.内能可以全部转化为其他形式的能,只是会产生其他影响,故两条定律并不矛盾C.两条定律都是有关能量转化的规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别D.能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律E.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的【解析】选A、C、D。热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现,而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性,二者并不矛盾,故A、C、D错误,B正确;热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的,各自描述了热现象中不同方面的规律,E正确。4.(多选)(2018石家庄模拟)下列说法中正确的是()A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片放入火罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。其原因是火罐内的气体体积不变时,温度降低,压强减小C.空调既能制热又能制冷,说明在不自发的条件下,热传递可以逆向D.自发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E.随着科学技术的发展,人类终会制造出效率为100%的热机【解析】选B、C、D。相互间达到热平衡的两物体的温度相同,内能不一定相等,故A错误;火罐内气体压强小于大气压强,所以火罐能“吸”在皮肤上,故B正确;根据热力学第二定律可知,热量能够自发地从高温物体传递到低温物体,但不能自发地从低温物体传递到高温物体,故C正确;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D正确;根据热力学第二定律可知,人类不可能制造出效率为100%的热机,故E错误。5.(多选)(2018沧州模拟)用两种不同的金属丝组成一个回路,接触点1插在热水中,接触点2插在冷水中,如图所示,电流计指针会发生偏转,这就是温差发电现象。关于这一现象,正确的说法是 ()A.这一实验过程不违反能量守恒定律B.这一实验过程不违反热力学第二定律C.在实验过程中,热水一定降温、冷水一定升温D.在实验过程中,热水内能全部转化为电能,电能则部分转化为冷水的内能E.在实验过程中,热水的内能只有部分转化为电能,电能则全部转化为冷水的内能【解析】选A、B、C。该实验过程遵守能量守恒定律,A正确;温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少,一部分转化为电能,一部分传递给冷水,转化效率低于100%,不违反热力学第二定律。热水温度降低,冷水温度升高,故选项B、C正确,选项D、E错误。6.(多选)下列对热学相关知识的判断中正确的是()A.对一定质量的气体加热,其内能一定增大B.物体温度升高时,物体内的每个分子的速率都将增大C.对一定质量的理想气体,当它的压强、体积都增大时,其内能一定增大D.功转化为热的实际宏观过程是不可逆过程E.自然界中的能量虽然是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,故要节约能源【解析】选C、D、E。气体内能变化由做功和热传递共同决定,A错误;温度升高,分子的平均动能增大,部分分子速率也会减小,B错误;理想气体压强和体积增大,温度一定增大,内能一定增大,C正确;一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的,D正确;自然界中的能量在数量上是守恒的,但能量在转化过程中,品质逐渐降低,可利用的能源在逐渐减少,故要节约能源,E正确。【加固训练】(多选)关于物体的内能,以下说法中正确的是()A.物体吸收热量,内能一定增大B.物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少C.物体体积改变,内能可能不变D.不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功 E.质量相同的0 的水的内能比0 的冰的内能大【解析】选B、C、E。物体吸收热量,若同时对外做功,其内能可能减少,选项A错误;根据热力学第一定律U=W+Q,物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少,选项B正确;物体体积改变,例如理想气体体积改变,只要温度不变,其内能不变,选项C正确;可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,但是会引起其他变化,选项D错误;0 的水变成0 的冰需要放出热量,故质量相同的0 的水的内能比0 的冰的内能大,选项E正确。7.(多选)(2018焦作模拟)下列说法正确的是 ()A.分子间距离增大时,分子间的引力减小,斥力增大B.当分子间的作用力表现为引力时,随分子间距离的增大,分子势能增大C.一定质量的理想气体发生等温膨胀,一定从外界吸收热量D.一定质量的理想气体发生等压膨胀,一定向外界放出热量E.熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度【解析】选B、C、E。分子间距离增大时,分子间的引力和斥力均减小,选项A错误;当分子间的作用力表现为引力时,随分子间距离的增大,分子势能增大,选项B正确;一定质量的理想气体发生等温膨胀,温度不变,内能不变,对外做功,一定从外界吸收热量,选项C正确;一定质量的理想气体发生等压膨胀,对外做功,根据盖-吕萨克定律,等压膨胀,温度一定升高,内能增大,一定吸收热量,选项D错误;熵是系统内分子运动无序性的量度,其大小可以反映物体内分子运动的无序程度,选项E正确。二、计算题(本题共4小题,共58分。需写出规范的解题步骤)8.(12分)一定质量的气体,在从状态1变化到状态2的过程中,吸收热量280 J,并对外做功120 J,试问:(1)这些气体的内能怎样发生变化?变化了多少?(2)如果这些气体又返回原来的状态,并放出了240 J热量,那么在返回的过程中是气体对外界做功,还是外界对气体做功?做功多少?【解析】(1)由热力学第一定律可得U=W+Q=-120 J+280 J=160 J,气体的内能增加了160 J。(2)由于气体的内能仅与状态有关,所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少,其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量,则从状态2到状态1的内能应减少160 J,即U=-160 J,又Q=-240 J,根据热力学第一定律得:U=W+Q,所以W=U-Q=-160 J-(-240 J)=80 J,即外界对气体做功80 J。答案:(1)增加160 J(2)外界对气体做功80 J9.(14分)一定质量的理想气体,状态从ABCDA的变化过程可用如图所示的p-V图线描述,其中DA为等温线,气体在状态A时温度为300 K,求:(1)气体在状态C时温度TC。(2)若气体在AB过程中吸热1 000 J,则在AB过程中气体内能如何变化?变化了多少?【解析】(1)DA为等温线,则TA=TD=300 K,C到D过程由盖-吕萨克定律得:=所以TC=375 K。(2)AB过程压强不变,由:W=-pV=-2105310-3 J=-600 J由热力学第一定律,得:U=Q+W=1 000 J-600 J=400 J则气体内能增加,增加了400 J。答案:(1)375 K(2)气体内能增加400 J10.(16分)如图所示,A,B两个汽缸中装有体积均为10 L,压强均为1 atm(标准大气压)、温度均为27 的空气,中间用细管连接,细管容积不计。细管中有一绝热活塞,现将B汽缸中的气体升温到127 ,若要使细管中的活塞仍停在原位置。(不计摩擦,A汽缸中的气体温度保持不变,A汽缸截面积为500 cm2)(1)求A中活塞应向右移动的距离。(2)A中气体是吸热还是放热,为什么?【解析】(1)对B:由=得pB=pB=pB=pB对A:由pAVA=pAVA得VA=且:pA=pB,pA=pB解得VA=VA所以l=5 cm。(2)放热,在向右推活塞过程中,A中气体温度不变,气体内能不变;体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律U=W+Q,可知气体应放热。答案:(1)5 cm(2)见解析11.(16分)一定质量的理想气体经历了如图所示的ABCDA循环,该过程每个状态视为平衡态,各状态参数如图所示。A状态的压强为1105 Pa,求:(1)B状态的温度。(2)完成一个循环,气体与外界交换的热量。【解析】(1)理想气体从A状态到B状态的过程中,压强保持不变,根据盖-吕萨克定律有=代入数据解得TB=600 K。(2)理想气体从A状态到B状态的过程中,外界对气体做的功W1=-pA(VB-VA)=-100 J气体从B状态到C状态的过程中,体积保持不变,根据查理定律有=解得pC=2.5105 Pa,从C状态到D状态的过程中,外界对气体做功W2=pC(VB-VA)=250 J一次循环过程中外界对气体所做的总功W=W1+W2=150 J理想气体从A状态完成一次循环,回到A状态,始末温度不变,所以内能不变。根据热力学第一定律有U=W+Q解得Q=-150 J,故完成一个循环,气体放出的热量为150 J。答案:(1)600 K(2)放出热量150 J
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