練案34 第十二章　第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律

練案[34]第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律一、選擇題(本題共9小題，1～5題為單選，6～9題為多選)1．下列敘述，正確的是(C)A．氣體吸熱后溫度肯定上升B．熱量不行能從低溫物體傳到高溫物體C．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性D．物體從單一熱源吸取的熱量在不引起外界變化的狀況下可全部用于做功[解析]依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，氣體吸熱后假如對外做功，則溫度不肯定上升，A錯(cuò)誤；依據(jù)熱力學(xué)其次定律，熱量不行能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在引起外界變化的情形下，可以從低溫物體傳到高溫物體，B錯(cuò)誤；能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性，C正確；依據(jù)熱力學(xué)其次定律，物體從單一熱源吸取的熱量在不引起外界變化的狀況下，不行能使之完全變成功，D錯(cuò)誤。2．(2022·福建漳州調(diào)研)如圖，汽缸內(nèi)活塞左邊封閉著肯定量的可視為抱負(fù)氣體的空氣，壓強(qiáng)和大氣壓相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸內(nèi)空氣上升肯定的溫度，空氣吸取的熱量Q1。假如讓活塞可以自由滑動(活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣)，也使汽缸內(nèi)空氣溫度上升相同溫度，其吸取的熱量為Q2，則Q1和Q2的大小關(guān)系是(C)A．Q1＝Q2 B．Q1>Q2C．Q1<Q2 D．不能確定[解析]本題考查熱力學(xué)第肯定律。對肯定量的抱負(fù)氣體，內(nèi)能由溫度打算，兩種狀況下氣體溫度變化狀況相同，氣體內(nèi)能變化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU；第一種狀況，汽缸與活塞都固定不動，氣體體積不變，氣體不做功，W1＝0，其次種狀況，活塞自由移動，氣體體積增大，氣體對外做功，W2<0，由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU，Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2>ΔU>Q1，選項(xiàng)C正確。3．(2020·天津卷)水槍是孩子們寵愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖所示。從儲水罐充氣口充入氣體，達(dá)到肯定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口?？蹌影鈾C(jī)將閥門M打開，水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體(B)A．壓強(qiáng)變大 B．對外界做功C．對外界放熱 D．分子平均動能變大[解析]由題意知，水不斷噴出，氣體體積增大，溫度不變，由玻意耳定律得，罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，A錯(cuò)誤；氣體體積增大，對外做功，B正確；溫度是分子平均動能的標(biāo)志，故溫度不變，分子平均動能不變，D錯(cuò)誤；溫度不變，氣體對外做功，由熱力學(xué)第肯定律得氣體需要從外界吸取熱量，C錯(cuò)誤。4．(2021·江蘇卷，9)某汽車的四沖程內(nèi)燃機(jī)利用奧托循環(huán)進(jìn)行工作。該循環(huán)由兩個(gè)絕熱過程和兩個(gè)等容過程組成。如圖所示為肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體所經(jīng)受的奧托循環(huán)，則該氣體(B)A．在狀態(tài)a和c時(shí)的內(nèi)能可能相等B．在a→b過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能C．b→c過程中增加的內(nèi)能小于d→a過程中削減的內(nèi)能D．在一次循環(huán)過程中吸取的熱量小于放出的熱量[解析]從c到d為絕熱過程，Q＝0，氣體體積增大，對外界做功W<0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知ΔU<0，氣體內(nèi)能削減，即Tc>Td，從d到a為等容過程，由查理定律有eq\f(p,T)＝C，可知壓強(qiáng)減小時(shí)，溫度降低，即Td>Ta，則狀態(tài)c的溫度高于狀態(tài)a的溫度，由于肯定質(zhì)量抱負(fù)氣體的內(nèi)能只取決于其溫度，所以狀態(tài)a的內(nèi)能小于狀態(tài)c的內(nèi)能，A錯(cuò)誤；a→b過程為絕熱壓縮，外界對氣體做功W>0，Q＝0，由熱力學(xué)第肯定律可知ΔU＝W，即外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能，B正確；由抱負(fù)氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，從b→c過程系統(tǒng)從外界吸取熱量，從c→d氣體體積增大，系統(tǒng)對外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對系統(tǒng)做功，依據(jù)p－V圖像與橫軸圍成的面積表示氣體做功大小，可知c到d過程氣體對外做功，圖像中b→c→d→a圍成的圖形面積為氣體對外做的功ΔW<0，整個(gè)過程氣體內(nèi)能變化量為零，則－ΔW＝ΔQ，即ΔQ＝Q吸－Q放＝－ΔW>0，即在一次循環(huán)過程中吸取的熱量大于放出的熱量，則b→c過程中增加的內(nèi)能大于d→a過程中削減的內(nèi)能，C、D錯(cuò)誤。5．(2021·山東卷，2)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中，小瓶內(nèi)氣體(B)A．內(nèi)能削減B．對外界做正功C．增加的內(nèi)能大于吸取的熱量D．增加的內(nèi)能等于吸取的熱量[解析]由于越接近礦泉水瓶口，水的溫度越高，因此小瓶上浮的過程中，小瓶內(nèi)溫度上升，內(nèi)能增加，A錯(cuò)誤；在小瓶上升的過程中，小瓶內(nèi)氣體的溫度漸漸上升，壓強(qiáng)漸漸減小，依據(jù)抱負(fù)氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，氣體體積膨脹，對外界做正功，B正確；由A、B分析，小瓶上升時(shí)，小瓶內(nèi)氣體內(nèi)能增加，氣體對外做功，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q，由于氣體對外做功，因此吸取的熱量大于增加的內(nèi)能，C、D錯(cuò)誤。6．(2021·河南高三期末)關(guān)于熱力學(xué)規(guī)律，下列說法正確的是(BCD)A．熱力學(xué)第肯定律和熱力學(xué)其次定律從不同角度闡述了能量守恒定律B．從微觀意義上講，在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會減小C．從微觀意義上講，熱力學(xué)其次定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律D．肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體放出熱量，則分子的平均動能不肯定削減[解析]熱力學(xué)第肯定律是能量守恒定律，而熱力學(xué)其次定律則是反映自然過程的方向性的定律，故A錯(cuò)誤；依據(jù)熵增加原理，從微觀意義上講，在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會減小，故B正確；從微觀意義上講，熱力學(xué)其次定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故C正確；熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q，其中W是外界對熱力學(xué)系統(tǒng)做的功，Q是外界向熱力學(xué)系統(tǒng)傳遞的熱量。肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體放出熱量的同時(shí)，假如外界對氣體做了功，氣體的內(nèi)能不肯定削減，所以分子的平均動能不肯定削減，故D正確。7．下列說法正確的是(AD)A．肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體等溫膨脹時(shí)，該抱負(fù)氣體吸取的熱量全部用于對外做功B．利用新科技手段對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行不斷的改進(jìn)，可以使內(nèi)燃機(jī)獲得的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化C．夏天開空調(diào)可以使房間的溫度比室外低，說明熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體D．其次類永動機(jī)不行能制成是由于違反了熱力學(xué)其次定律[解析]肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體等溫膨脹時(shí)，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律，溫度不變(ΔU＝0)，體積增大(W<0)，氣體吸取熱量(Q>O)，該抱負(fù)氣體吸取的熱量全部用于對外做功，故A正確；依據(jù)熱力學(xué)其次定律，隨著科技的進(jìn)步，熱機(jī)的效率也不能達(dá)到100%，不能使內(nèi)燃機(jī)獲得的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，故B錯(cuò)誤；夏天開空調(diào)可以使房間的溫度比室外低，說明熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，但必需有電對其做功，而不是自發(fā)的過程，故C錯(cuò)誤；其次類永動機(jī)不行能制成是由于違反了熱力學(xué)其次定律，故D正確。8．(2021·襄陽高三月考)如圖用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有抱負(fù)氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開，氣體會自發(fā)集中至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是(ABD)A．氣體自發(fā)集中前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)集中過程中，氣體對外界做功D．氣體正在被壓縮的過程中，外界對氣體做功[解析]由于汽缸、活塞都是絕熱的，隔板右側(cè)是真空，所以抱負(fù)氣體在自發(fā)集中的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對外界做功。依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知，氣體自發(fā)集中前后，內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大，又由于肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以氣體溫度上升，分子平均動能增大，選項(xiàng)B、D正確。9．如圖，肯定量的抱負(fù)氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p－V圖中從a到b的直線所示。在此過程中(BCD)A．氣體溫度始終降低 B．氣體內(nèi)能始終增加C．氣體始終對外做功 D．氣體始終從外界吸熱[解析]A錯(cuò)：在p－V圖中抱負(fù)氣體的等溫線是雙曲線的一支，而且離坐標(biāo)軸越遠(yuǎn)溫度越高，故從a到b溫度上升。B對：肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體的內(nèi)能由溫度打算，溫度越高，內(nèi)能越大。C對：氣體體積膨脹，對外做功。D對：依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，由于ΔU＞0、W＜0，故Q＞0，氣體吸熱。二、非選擇題10．(2021·河南高三一模)全球暴發(fā)的新型冠狀病毒威逼著人們的身體健康，某防疫站消毒用的噴霧消毒器的原理圖如圖所示，圓柱形噴霧器高為h＝1m，體積為V＝20L，內(nèi)有體積為10L的消毒液和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣，消毒液的密度ρ＝1.0×103kg/m3，外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，噴霧口與噴霧器等高，忽視噴霧管的體積?，F(xiàn)把噴霧管閥門K關(guān)閉，用打氣筒打氣，打氣筒每次可以把壓強(qiáng)為p0＝1.0×105Pa、體積V0＝1L的氣體打入桶中，設(shè)整個(gè)過程中噴霧器中氣體可視為抱負(fù)氣體，溫度保持不變。求：(1)打氣筒至少打氣幾次，才能在打開閥門K后使消毒液全部流出；(2)打開閥門K后，在消毒液流出的過程中，桶內(nèi)氣體內(nèi)能怎么變化，吸熱還是放熱。[答案](1)n＝12(2)內(nèi)能不變，吸熱[解析](1)設(shè)打氣n次，初狀態(tài)氣體壓強(qiáng)為p0，體積為V1＝eq\f(V,2)＋nV0，末狀態(tài)氣體壓強(qiáng)為p＝p0＋ρgh，體積為V，依據(jù)玻意耳定律有p0V1＝pV，聯(lián)立解得n＝12。(2)打開閥門K后，在消毒液流出的過程中，溫度不變，桶內(nèi)氣體內(nèi)能不變，體積增大對外做功，吸熱。11．(2022·遼寧高三模擬)2020年11月10日8時(shí)12分，中國研發(fā)的萬米載人潛水器“奮斗者號”在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909米，刷新中國載人深潛的新紀(jì)錄。載人潛水器是進(jìn)入“無人區(qū)”的科考利器。某科技小組深受啟發(fā)，自己動手制作了潛水器模型。如圖所示，高壓氣瓶通過細(xì)管與壓載水箱連接，壓載水箱通過通海口(細(xì)管)通向外界，連接各部分的細(xì)管容積不計(jì)，壓載水箱中有一厚度忽視不計(jì)的輕活塞，在地面先將高壓空氣充入高壓氣瓶中，關(guān)閉閥門K，此時(shí)活塞在壓載水箱最右端。壓載水箱通過通?？谘b滿水后，潛水器下沉到水下h＝20m處懸停，通過遙控器將閥門K打開，高壓氣瓶中的氣體緩慢膨脹推動活塞，剛好能夠?qū)狠d水箱中的水全部排出，已知高壓氣瓶的容積為1.5L，壓載水箱的容積為6L，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，g＝10m/s2。若氣體溫度不變，活塞與水箱的摩擦力忽視不計(jì)，求：(1)氣體膨脹過程吸熱還是放熱？氣體與外界交換的熱量是多少？(2)高壓氣瓶中氣體的初始壓強(qiáng)為多大