PAGEPAGE2熱力學(xué)定律與能量守恒一、選擇題(此題共8小題，1～5題為單項選擇，6～8題為多項選擇)1．(2022·北京清華附中測試四)對于一個熱力學(xué)系統(tǒng)，以下說法中正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343416)(D)A．如果外界對它傳遞熱量那么系統(tǒng)內(nèi)能一定增加B．如果外界對它做功那么系統(tǒng)內(nèi)能一定增加C．如果系統(tǒng)的溫度不變那么內(nèi)能一定不變D．系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它做的功的和[解析]根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得外界對它傳遞熱量，但是系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能有可能不增加，A錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果外界對它做功，但是系統(tǒng)對外界傳遞熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，B錯誤；系統(tǒng)的溫度不變，但有可能和外界存在做功或熱傳遞的關(guān)系，內(nèi)能會發(fā)生變化，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它做的功的和，D正確。2．(2022·重慶理綜)某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大。假設(shè)這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343417)(D)A．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能減小D．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能增大[解析]對車胎內(nèi)的理想氣體分析知，體積增大為氣體對外做功，內(nèi)能只有動能，而動能的標(biāo)志為溫度，故中午溫度升高，內(nèi)能增大，應(yīng)選D。3．(2022·北京理綜)以下說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343418)(C)A．物體放出熱量，其內(nèi)能一定減小B．物體對外做功，其內(nèi)能一定減小C．物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能增加D．物體放出熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能不變[解析]根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W判斷，只有C項正確。4．一定質(zhì)量的理想氣體，沿箭頭方向由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，氣體放出熱量的變化過程是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343419)(B)[解析]A選項，由eq\f(pV,T)＝C可知，溫度T一定時(ΔU＝0)，p與V成反比，1到2體積V增大，氣體對外做功，W<0，由ΔU＝Q＋W可得Q>0(吸熱)，應(yīng)選項A錯誤，B選項，由eq\f(pV,T)＝C知T減小(ΔU<0)，而V減小(W>0)，得Q<0(放熱)，選項B正確。C選項，由eq\f(pV,T)＝C知壓強(qiáng)p一定，T增大(ΔU>0)，V增大(W<0)，那么Q>0(吸熱)，應(yīng)選項C錯誤。D選項，由V－T圖象可知，V一定(W＝0)，T增大(ΔU>0)，可得Q>0(吸熱)，應(yīng)選項D錯誤。5．如圖為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中，制冷劑汽化，吸收箱體內(nèi)的熱量，汽化后的制冷劑經(jīng)過冷凝器液化，放出熱量。以下說法中正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343420)(D)A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳遞到冰箱外B．電冰箱的工作原理違反了熱力學(xué)第二定律C．電冰箱的工作原理違反了能量守恒定律D．電冰箱能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到冰箱外，是因為其消耗了電能[解析]熱量不可能自發(fā)地由冰箱內(nèi)傳遞到冰箱外，選項A錯誤；熱量從箱內(nèi)(低溫)向箱外(高溫)傳遞，該過程的實現(xiàn)借助了壓縮機(jī)，消耗了電能，引起了其他變化；電冰箱的工作原理并沒有違反熱力學(xué)第二定律，也沒有違反能量守恒定律，選項B、C錯誤，選項D正確。6．如圖，注射器內(nèi)密封一局部氣體，假設(shè)針筒和活塞導(dǎo)熱性能良好，那么緩慢向外移動活塞的過程中氣體eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343421)(CD)A．對活塞不做功 B．對活塞做負(fù)功C．溫度保持不變 D．壓強(qiáng)逐漸減小[解析]緩慢向外移動活塞的過程中，氣體的體積增大，對外做功，即氣體對活塞做正功，故A、B錯誤；針筒和活塞導(dǎo)熱性能良好，緩慢向外移動活塞的過程，可以看成準(zhǔn)靜態(tài)過程，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體對外做功的同時吸收熱量，溫度保持不變，故C正確；氣體的體積增大，溫度不變，由玻意耳定律可知氣體的壓強(qiáng)一定減小，故D正確。7．以下說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343422)(CDE)A．可以將工廠里擴(kuò)散到外界的能量收集起來重新利用B．溫度升高，說明物體中所有分子的動能都增大C．氣體對容器壁有壓強(qiáng)是因為氣體分子對容器壁頻繁碰撞的結(jié)果D．分子間的距離增大時，分子間的引力和斥力都減小E．在一個絕熱容器內(nèi)，不停地攪拌液體，可使液體的溫度升高[解析]如果將工廠里擴(kuò)散到外界的能量收集起來重新利用，將違反熱力學(xué)第二定律，故A錯誤；溫度升高，物體中的分子平均動能增大，但不是每個分子的動能都增大，故B錯誤；根據(jù)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因可知，C正確；分子間的距離增大時，分子間的引力和斥力都減小，故D正確；攪拌液體，外界對液體做功，而此過程絕熱，液體與外界無熱量交換，據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，液體的溫度升高，故E正確。8．氣象探測氣球內(nèi)充有常溫常壓的氦氣，從地面上升至某高空的過程中，氣球內(nèi)氦氣的壓強(qiáng)隨外部氣壓減小而逐漸減小，其溫度因啟動加熱裝置而保持不變，高空氣溫為－7.0℃，球內(nèi)氦氣可視為理想氣體，以下說法中正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343423)(AD)A．在此過程，氣球內(nèi)氦氣體積逐漸增大B．在此高空，關(guān)閉加熱裝置后，氦氣分子平均動能增大C．在此高空，關(guān)閉加熱裝置后，氦氣將對外界做功D．在此高空，關(guān)閉加熱裝置后，氦氣將對外放熱[解析]氣體經(jīng)歷等溫過程，壓強(qiáng)減小，那么氣球內(nèi)氦氣體積逐漸增大，故A正確；在此高空，關(guān)閉加熱裝置后，溫度降低，故氦氣分子平均動能減小，壓強(qiáng)不變，根據(jù)eq\f(V,T)＝C，可知體積減小，故是外界對氣體做功，并且氣體對外放熱，故B、C錯誤，D正確。二、非選擇題9．(2022·江蘇運河中學(xué)第一次調(diào)研)封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)D，其體積V與熱力學(xué)溫度T關(guān)系如下圖，該氣體的摩爾質(zhì)量為M，狀態(tài)A的體積為V0，溫度為T0，O、A、D三點在同一直線上，阿伏伽德羅常數(shù)為NA。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343424)(1)由狀態(tài)A變到狀態(tài)D的過程中__AB__。A．氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加B．氣體體積增大，單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)減少C．氣體溫度升高，每個氣體分子的動能都會增大D．氣體的密度不變(2)在上述過程中，氣體對外做功為5J，內(nèi)能增加9J，那么氣體__吸收__(填“吸收〞或“放出〞)熱量__14__J。(3)在狀態(tài)D，該氣體的密度為ρ，體積為2V0，那么狀態(tài)D的溫度為多少？該氣體的分子數(shù)為多少？[答案](3)2T0eq\f(2ρV0NA,M)[解析](1)由V－T圖線可知，由狀態(tài)A變到狀態(tài)D過程中，體積變大，溫度升高，那么W<0，ΔU>0，那么根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知Q>0，即氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加，選項A正確；氣體的壓強(qiáng)不變，而溫度升高時氣體的平均速率變大，故可知單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)減少，選項B正確；氣體溫度升高，氣體分子的平均動能變大，但不是每個氣體分子的動能都會增大，選項C錯誤；因氣體質(zhì)量一定，體積變大，那么氣體的密度減小，選項D錯誤。(2)由題意W＝－5J，ΔU＝9J。根據(jù)ΔU＝W＋Q，可得Q＝14J，即氣體吸收熱量14J。(3)從A→D，由狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，得TD＝2T0。氣體的質(zhì)量m＝2V0ρ，分子數(shù)n＝eq\f(2ρV0NA,M)。10．(2022·廣東肇慶第一次統(tǒng)檢)如下圖，一根上粗下細(xì)、粗端與細(xì)端都粗細(xì)均勻的玻璃管上端封閉、下端開口，橫截面積S1＝4S2，下端與大氣連通，粗管中有一段水銀封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，水銀柱下外表恰好與粗管和細(xì)管的交界處齊平，空氣柱和水銀柱長度均為h＝4cm?，F(xiàn)在細(xì)管口連接一抽氣機(jī)(圖中未畫出)，對細(xì)管內(nèi)氣體進(jìn)行緩慢抽氣，最終使一半水銀進(jìn)入細(xì)管中，水銀沒有流出細(xì)管。大氣壓強(qiáng)為p0＝76cmHg。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343425)(1)求抽氣結(jié)束后細(xì)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)抽氣過程中粗管內(nèi)氣體吸熱還是放熱？請說明原因。[答案](1)58cmHg(2)見解析[解析](1)緩慢抽氣過程，粗管內(nèi)氣體溫度不變，設(shè)細(xì)管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2，由玻意耳定律知(p0－ρgh)hS1＝p1(h＋eq\f(1,2)h)S1，p2＝p1＋(eq\f(1,2)h＋2h)ρg，解得p2＝58cmHg；(2)吸熱，抽氣過程中，粗管內(nèi)氣體溫度不變，內(nèi)能不變，ΔU＝W＋Q＝0，氣體體積增大，對外做功，W<0，那么Q>0，故氣體需要吸熱。11．(2022·吉林省重點中學(xué)第二次模擬考試)在熱力學(xué)中有一種循環(huán)過程叫做焦耳循環(huán)，是由兩個等壓過程和兩個絕熱過程組成，圖示為一定質(zhì)量的理想氣體的焦耳循環(huán)過程(A→B→C→D→A)，某些狀態(tài)的局部參數(shù)如下圖(見圖中所標(biāo)數(shù)據(jù))，狀態(tài)P位于過程AB的中點。1atm＝1×105Pa。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343426)(1)狀態(tài)A的溫度TA＝400K，求狀態(tài)D的溫度TD；(2)假設(shè)P→C過程放熱Q＝5×105J，求B→C過程外界對氣體做的功。[答案](1)600K(2)3×105J[解析](1)由題意知D→A過程為絕熱過程，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有：eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pDVD,TD)代入數(shù)據(jù)解得：TD＝600K(2)對P→C過程，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有：eq\f(pPVP,TP)＝eq\f(pCVC,TC)可知，狀態(tài)P和C的溫度相同。根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知P、C兩個狀態(tài)內(nèi)能相等對P→B過程，外界做功W1＝pPΔV＝1×105×(6－4)J＝2×105J設(shè)B→C過程外界對氣體做的功為W2從P到C過程根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有0＝W1＋W2－Q代入數(shù)據(jù)解得B→C過程外界對氣體做的功：W2＝3×105J12．(2022·云南師大附中月考)如下圖，一個絕熱的汽缸(汽缸足夠高)豎直放置，內(nèi)有一個絕熱且光滑的活塞，中間有一個固定的導(dǎo)熱性良好的隔板，隔板將汽缸分成兩局部，分別密封著兩局部理想氣體A和B，活塞的質(zhì)量m＝8kg，橫截面積S＝10cm2，與隔板相距h＝25cm，現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體，當(dāng)A氣體吸收熱量Q＝200J時，活塞上升了h′＝10cm，此時氣體的溫度為t1＝27℃，大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，重力加速度g取10m/s2。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343427)(1)加熱過程中，假設(shè)A氣體的內(nèi)能增加了ΔU1＝55J，求B氣體的內(nèi)能增加量ΔU2；(2)現(xiàn)在停止對氣體加熱，同時在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)活塞恰好回到原來的位置時，A氣體的溫度為t2＝30℃，求添加砂粒的總質(zhì)量M。[答案](1)127J(2)7.452kg[解析](1)B氣體對外做功W＝