熱力學(xué)定律與能量守恒

第3課時 熱力學(xué)定律與能量守恒1.(多選)下面關(guān)于熵的說法中正確的是 ( ABD)熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動無序性的量度在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的C.熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D.熵值越大代表越無序E.一個宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)越多 ,越無序,熵越小解析:一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動無序性增大的方向進(jìn)行 ,這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義 ,系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子向無序程度大的狀態(tài)變化的過程.自然過程的方向性可以表述為:在任何自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的熵值不會減小,因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理.故A,B,D正確,C,E錯誤.2.(2018·內(nèi)蒙古包頭模擬)已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比 ,如圖所示的實線為汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)

1到狀態(tài)

2的變化曲線,

則在整個過程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能

(

B )A.先增大后減小 B. 先減小后增大C.單調(diào)變化 D. 保持不變解析:

題圖中虛線是等溫線

,由理想氣體狀態(tài)方程

=C知,

在

p一定時V∝T,所以汽缸內(nèi)氣體由狀態(tài)

1到狀態(tài)

2時溫度先降低后升高

,即理想氣體的內(nèi)能先降低后升高 ,選項B正確.3.(2018·河北保定模擬)如圖,內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱良好的汽缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體.當(dāng)環(huán)境溫度升高時,下列對缸內(nèi)氣體說法正確的是(B)內(nèi)能減少對外做功C.壓強(qiáng)增大D.分子間的引力和斥力都增大解析:因汽缸導(dǎo)熱良好,故環(huán)境溫度升高時封閉氣體溫度亦升高 ,而一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān) ,故封閉氣體內(nèi)能增大,選項A錯誤;因汽缸內(nèi)壁光滑,由活塞受力平衡有p0S+mg=pS,即缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p=p0+不變,選項C錯誤;由蓋呂薩克定律=恒量,可知?dú)怏w體積膨脹,對外做功,選項B正確;理想氣體分子間除碰撞瞬間外無相互作用力,選項D錯誤.4.(2018·河北廊坊模擬)(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法正確的是( ACE)A.為了增加物體的內(nèi)能,必須對物體做功或向它傳遞熱量B.對某物體做功,必定會使該物體的內(nèi)能增加C.可以從單一熱源吸收熱量 ,使之完全變?yōu)楣.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程解析:為了增加物體的內(nèi)能,必須對物體做功或向它傳遞熱量,選項A正確;對某物體做功,不一定會使該物體的內(nèi)能增加,選項B錯誤;可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?但會產(chǎn)生其他影響,選項C正確;可以使熱量從低溫物體傳向高溫物體,選項D錯誤;功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程,選項E正確.導(dǎo)學(xué)號58826273(2018·吉林長春模擬)(多選)如圖所示,絕熱隔板K把絕熱的汽缸分隔成體積相等的兩部分,K與汽缸壁的接觸是光滑的.兩部分中分別盛有相同質(zhì)量、相同溫度的同種氣體 a和b.氣體分子之間相互作用勢能可忽略 .現(xiàn)通過電熱絲對氣體 a加熱一段時間后,a,b各自達(dá)到新的平衡(BC)A.a的體積增大了,壓強(qiáng)變小了B.b的溫度升高了C.加熱后a的分子熱運(yùn)動比 b的分子熱運(yùn)動更劇烈D.a增加的內(nèi)能小于 b增加的內(nèi)能解析:a氣體吸收熱量,體積增大,使隔板K壓縮b氣體,由熱力學(xué)第一定律可知,b氣體內(nèi)能增加,即溫度升高,選項B正確;對a,b兩部分氣體來說,加熱前p,V,T皆相等,加熱后,pa=pb,Va>Vb,由=C可知壓強(qiáng)增大,Ta>Tb,選項C正確,A,D錯誤.6.(2017·廣東汕頭一模)(多選)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,在這一過程中,下列表述正確的是(AD)氣體從外界吸收熱量氣體分子的平均動能減小C.外界對氣體做正功D.氣體分子撞擊器壁的作用力增大解析:a→b氣體體積增大,對外做功,W<0,選項C錯誤;pV增大,溫度升高,分子平均動能增大,分子撞擊器壁的作用力增大,選項B錯誤,D正確;根據(jù)U=W+Q,Q>0,氣體吸熱,選項A正確.7.(2018·湖南邵陽模擬)(多選)下列說法正確的是(ACE)A.飽和汽壓隨溫度升高而增大,與體積無關(guān)B.氣體分子熱運(yùn)動的平均動能減少 ,氣體的壓強(qiáng)一定減小C.在任何一個自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小D.單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)增加 ,氣體的壓強(qiáng)一定增大E.對于一定質(zhì)量的理想氣體 ,如果壓強(qiáng)不變,體積增大,那么它一定從外界吸熱解析:飽和汽壓與液體的種類和溫度有關(guān),隨溫度升高而增大,選項A正確;氣體分子熱運(yùn)動的平均動能減少,即氣體溫度降低,根據(jù)公式=C,壓強(qiáng)不一定減小,選項B錯誤;自然界的宏觀熱過程都具有方向性,在任何一個自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小 ,選項C正確;單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)增加,根據(jù)=C,p不一定增加,選項D錯誤;對于一定質(zhì)量的理想氣體,如果壓強(qiáng)不變,體積增大,根據(jù)=C,溫度升高,故內(nèi)能增加,由于對外做功,根據(jù)U=W+Q,氣體一定吸收熱量,選項E正確.8.(多選)對一定質(zhì)量的理想氣體 ,下列現(xiàn)象可能發(fā)生的有 ( BCE)A.外界對氣體做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強(qiáng)降低B.氣體從外界吸熱,氣體的溫度降低,氣體的壓強(qiáng)降低C.氣體對外界做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強(qiáng)不變D.氣體對外界放熱,氣體的溫度不變,氣體的壓強(qiáng)不變E.氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程 ,氣體分子的平均動能減小解析:外界對氣體做功,說明氣體體積減小,氣體的溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=C,則壓強(qiáng)p一定增大,選項A錯誤;氣體從外界吸熱,溫度降低,根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定對外界做了功,即體積增大,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T降低,則p一定降低,選項B正確;氣體對外界做功,氣體的溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T升高,則p可能不變,選項C正確;氣體對外界放熱,氣體的溫度不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,外界對氣體做了功,即體積減小,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,V減小,T不變,壓強(qiáng)必然增大,選項D錯誤;絕熱膨脹,Q=0,對外做功W<0,內(nèi)能必然減少,不考慮氣體的分子勢能,分子平均動能一定減小,選項E正確.9.(2018·遼寧丹東模擬)(多選)對于一定質(zhì)量的理想氣體 ,下列說法正確的是( BCE)A.保持氣體的壓強(qiáng)不變,改變其溫度,可以實現(xiàn)其內(nèi)能不變B.若氣體的溫度逐漸升高,則其壓強(qiáng)可以保持不變C.氣體溫度每升高 1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)D.當(dāng)氣體體積逐漸增大時,氣體的內(nèi)能一定減小E.一定質(zhì)量的物質(zhì),在一定的溫度和壓強(qiáng)下 ,汽化時吸收的熱量與液化時放出的熱量相等解析:因為一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅決定于溫度 ,所以選項A錯誤;一定質(zhì)量的理想氣體可以經(jīng)歷等壓膨脹的過程,選項B正確;因為做功和熱傳遞都是指過程,選項C正確;氣體體積增大的過程中,溫度可能不變,可能升高,也可能降低,選項D錯誤;在一定溫度和壓強(qiáng)下,一定質(zhì)量的物質(zhì),汽化時吸收的熱量與液化時放出的熱量相等,選項E正確.導(dǎo)學(xué)號58826274(2018·河北唐山模擬)(多選)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的關(guān)系如圖所示,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(diǎn)在同一直線上,阿伏伽德羅常量為 NA.由狀態(tài)A變到狀態(tài)D過程中( ABE)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E.A點(diǎn)和D點(diǎn)的壓強(qiáng)相等解析:由狀態(tài)A到狀態(tài)D,溫度升高,內(nèi)能增加,體積變大,對外做功,由熱力學(xué)第一定律知,氣體一定從外界吸收熱量,選項A正確;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,選項B正確;溫度升高,氣體分子的平均動能增大 ,但每個氣體分子的動能不一定增大,選項C錯誤;因氣體體積增大了,所以氣體的密度減小了,選項D錯誤.O,A,D在同一直線上,A,D兩點(diǎn)壓強(qiáng)相等,選項E正確.11.(2018·山西臨汾模擬)如圖中A,B汽缸的長度為L=30cm,橫截面積為

S=20cm2,C

是可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的、體積不計的活塞

,D

為閥門

.

整個裝置均由導(dǎo)熱材料制成

.

起初閥門關(guān)閉

,A

內(nèi)有壓強(qiáng)

pA=5

52.0×10Pa的氮?dú)?B內(nèi)有壓強(qiáng)pB=1.0×10Pa的氧氣,活塞C在B汽缸左側(cè).閥門打開后,活塞C向右移動,最后達(dá)到平衡.求活塞C移動的距離及平衡后B中氣體的壓強(qiáng);活塞C移動過程中A中氣體對外做功為25J,則A中氣體是吸熱還是放熱?吸收或者放出的熱量為多少?(假定氧氣和氮?dú)饩鶠槔硐霘怏w,連接汽缸的管道體積可忽略)解析:(1)由玻意耳定律對A部分氣體有pALS=p(L+x)S對B部分氣體有pBLS=p(L-x)S代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得 x=10cm,p=1.5×105Pa.氣體發(fā)生等溫變化,內(nèi)能不變,U=0活塞C向右移動的過程中 A中氣體對外做功 25J,W=-25J根據(jù)熱力學(xué)第一定律 U=W+Q所以Q=-W=25J,故A中氣體從外界吸熱,吸收的熱量為25J.答案:(1)10cm 1.5×105Pa (2)吸熱 25J導(dǎo)學(xué)號58826275(2017·河南新鄉(xiāng)二模)如圖所示,ABC為粗細(xì)均勻的“L”形細(xì)玻璃管,A端封閉,C端開口.開始時AB豎直,BC水平,BC內(nèi)緊靠B端有一段長l1=30cm的水銀柱,AB內(nèi)理想氣體長度l2=20cm.現(xiàn)將玻璃管以B點(diǎn)為軸在豎直面內(nèi)逆時針緩慢旋轉(zhuǎn)90°,使AB水平.環(huán)境溫度不變,大氣壓強(qiáng)p0=75cmHg,求:旋轉(zhuǎn)后水銀柱進(jìn)入AB管的長度;玻璃管旋轉(zhuǎn)過程中,外界對封閉氣體做正功還是做負(fù)功?氣體吸熱還是放熱?解析:(1)對封閉氣體,初態(tài)壓強(qiáng)為p0,末態(tài)為p1,設(shè)玻璃管截面積為 S,水銀進(jìn)入AB管的長度為x,根據(jù)玻意耳定律p0Sl2=p1S(l2-x)p1=p0+pl1-px代入數(shù)據(jù)得x=5cm.外界對氣體做正功,而氣體的溫度不變,即內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體放熱.答案:(1)5cm(2)正功放熱13.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B到狀態(tài)C,此過程中氣體吸收的熱量2Q=7.0×10J.已知在狀態(tài)A時氣體溫度為T=A300K,求:在狀態(tài)B,C時氣體的溫度;此過程中氣體內(nèi)能的增量.解析:(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)B,氣體發(fā)生等壓變化,則=,解得TB=400K,從狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體發(fā)生等容變化,則=,解得TC=800K.理想氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,對外做的功W=pA(VB-VA)=1.0×105×(8.0-6.0) ×10-3J=2.0×102J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律有 U=Q-W,代入數(shù)據(jù)得

U=5.0×102

J.答案:(1)400K

800K

(2)5.0

×102

J14.(2018·安徽合肥模擬)如圖所示,為厚度和質(zhì)量不計,橫截面積為2S=10cm的絕熱汽缸倒扣在水平桌面上,汽缸內(nèi)有一絕熱的“T”形活塞固定在桌面上,活塞與汽缸封閉一定質(zhì)量的理想氣體,開始時,氣體的溫度為T0=300K,壓強(qiáng)為p=0.5×105Pa,活塞與汽缸底的距離為h=10cm,活塞與汽缸可無摩擦滑動且不漏氣,大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105Pa.求:此時桌面對汽缸的作用力FN.(2)現(xiàn)通過電熱絲給氣體緩慢加熱到 T,此過程中氣體吸收熱量為