課時跟蹤檢測（四十三） 熱力學(xué)定律與能量守恒定律

課時跟蹤檢測（四十三）熱力學(xué)定律與能量守恒定律1．(多選)關(guān)于能量和能量守恒，下列表述正確的是()A．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B．能量可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．滿足能量守恒定律的物理過程一定能自發(fā)進行E．第一類永動機不可能制成是因為違背了能量守恒定律解析：選ABE根據(jù)能量守恒定律，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，A、B正確；能量與能源不同，能量是守恒的，但隨著能量的耗散，能量可以利用的品質(zhì)會下降，故依然要節(jié)約能源，C錯誤；自然界的宏觀熱現(xiàn)象的過程都有方向性，滿足能量守恒定律的物理過程不一定能自發(fā)進行，D錯誤；第一類永動機不可能制成是因為它違背了能量守恒定律，E正確。2．(多選)下列說法正確的是()A．空調(diào)機既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性B．第一類永動機不可能制成是因為它違背了能量守恒定律C．對于一定質(zhì)量的理想氣體，只要溫度升高其內(nèi)能就一定增大D．用溫度計測量溫度是根據(jù)熱平衡的原理E．隨著科技的發(fā)展，熱機的效率定能達到100%解析：選BCD熱傳遞存在方向性是說熱量只能自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體，空調(diào)的制冷過程是熱量從溫度較高的室內(nèi)傳到溫度較低的制冷劑，再通過壓縮制冷劑將熱量傳到室外，而制熱過程也是這樣進行的，故A錯誤。第一類永動機不可能制成是因為它違背了能量守恒定律，故B正確。理想氣體內(nèi)分子之間的相互作用忽略不計，所以理想氣體的內(nèi)能僅僅與溫度有關(guān)，對于一定質(zhì)量的理想氣體，只要溫度升高其內(nèi)能就一定增大，故C正確。用溫度計測量溫度是根據(jù)熱平衡的原理，故D正確。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，即使科學(xué)技術(shù)有長足進步，將來的熱機的效率也達不到100%，故E錯誤。3.(2017·全國卷Ⅱ)(多選)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，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)擴散至整個汽缸。待氣體達到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是()A．氣體自發(fā)擴散前后內(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)擴散過程中，氣體對外界做功D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功E．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變解析：選ABD抽開隔板，氣體自發(fā)擴散過程中，氣體對外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項正確，C項錯誤；氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功，D項正確；由于氣體與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，B項正確，E項錯誤。4．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示。其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是()A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等B．氣體在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功解析：選ABE由ac的延長線過原點O知，直線Oca為一條等容線，氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，選項A正確；理想氣體的內(nèi)能由其溫度決定，故在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時的內(nèi)能，選項B正確；過程cd是等溫變化，氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知，氣體對外放出的熱量等于外界對氣體做的功，選項C錯誤；在過程da中，氣體內(nèi)能增大，從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功，選項D錯誤；由理想氣體狀態(tài)方程知：eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)＝eq\f(pcVc,Tc)＝eq\f(pdVd,Td)＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd。設(shè)過程bc中壓強為p0＝pb＝pc，過程da中壓強為p0′＝pd＝pa。由外界對氣體做功W＝p·ΔV知，過程bc中外界對氣體做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，過程da中氣體對外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，選項E正確。5.(多選)我國航天員漫步太空已變成現(xiàn)實。已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”，飛船專門用來完成此功能的艙叫“氣閘艙”，其原理圖如圖所示，相通的艙A、B間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換，打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。若將此氣體近似看成為理想氣體，則下列說法正確的是()A．氣體體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減小B．氣體體積變大，氣體分子單位時間對艙壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少C．氣體并沒有對外做功，氣體內(nèi)能不變D．B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中解析：選BCD氣體自由膨脹，沒有對外做功，故內(nèi)能不變，溫度也不變，故A錯誤，C正確；一切宏觀熱現(xiàn)象均具有方向性，故B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中，故D正確；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知當(dāng)T不變、V增大時，p減小，故氣體分子單位時間對艙壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少，B正確。6．(2020·山東等級考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態(tài)a，其p-V圖像如圖所示。已知三個狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a(V0,2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0,2p0)。以下判斷正確的是()A．氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功B．氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量C．在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D．氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量解析：選C氣體在a→b過程中體積增大，氣體對外做功，在b→c過程中體積增大，氣體對外做功，根據(jù)p-V圖像與橫軸所圍的面積表示做的功可知，在這兩個過程中氣體對外做的功相等，選項A錯誤；氣體在a→b過程中體積增大，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，a、b兩個狀態(tài)溫度相等，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可知吸收的熱量等于氣體對外做的功；氣體在b→c過程中體積增大，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，c狀態(tài)的溫度高于b狀態(tài)的溫度，內(nèi)能增加，由熱力學(xué)第一定律可知吸收的熱量等于氣體對外做的功與內(nèi)能增加量之和，即氣體在a→b過程中吸收的熱量小于氣體在b→c過程中吸收的熱量，選項B錯誤；氣體在c→a的過程中，體積減小，溫度降低，外界對氣體做功，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，外界對氣體做的功小于氣體放出的熱量，選項C正確；由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，a、b兩個狀態(tài)溫度相等，內(nèi)能相等，所以氣體在c→a的過程中內(nèi)能的減少量等于氣體在b→c過程中內(nèi)能的增加量，選項D錯誤。7．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·湖南卷)(多選)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a等壓膨脹到狀態(tài)b，再等容增壓到狀態(tài)c，然后等溫膨脹到狀態(tài)d，最后經(jīng)過一個復(fù)雜的過程回到狀態(tài)a，其壓強p與體積V的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A．從a到b，每個氣體分子的動能都增大B．從b到c，氣體溫度升高C．從c到d，氣體內(nèi)能不變D．從d到a，氣體對外界做正功E．從a經(jīng)過b、c、d，再回到a的過程，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等解析：選BCE從a到b，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，壓強不變，體積變大，則溫度升高，分子平均動能變大，但是并非每個氣體分子的動能都增大，選項A錯誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，從b到c，體積不變，壓強變大，則氣體溫度升高，選項B正確；從c到d，氣體的溫度不變，則氣體內(nèi)能不變，選項C正確；從d到a，氣體體積減小，則外界對氣體做正功，選項D錯誤；從a經(jīng)過b、c、d，再回到a的整個過程中內(nèi)能不變，則由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等，選項E正確。8．(2020·江蘇高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其p-eq\f(1,V)圖像如圖所示，求該過程中氣體吸收的熱量Q。解析：A→B過程，外界對氣體做的功W1＝p(VA－VB)B→C過程W2＝0根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU＝(W1＋W2)＋QA和C的溫度相等ΔU＝0代入數(shù)據(jù)解得Q＝2×105J。答案：2×105J9．(2021·衡陽一模)如圖所示，上端帶卡環(huán)的絕熱圓柱形汽缸豎直放置在水平地面上，汽缸內(nèi)部的高度為h，汽缸內(nèi)部被厚度不計、質(zhì)量均為m的活塞A和B分成高度相等的三部分，下邊兩部分封閉有理想氣體M和N，活塞A導(dǎo)熱性能良好，活塞B絕熱，兩活塞均與汽缸接觸良好，不計一切摩擦，N部分氣體內(nèi)有加熱裝置，初始狀態(tài)溫度為T0，汽缸的橫截面積為S，外界大氣壓強大小為eq\f(mg,S)且保持不變?，F(xiàn)對N部分氣體緩慢加熱。(1)當(dāng)活塞A恰好到達汽缸上端卡環(huán)時，N部分氣體從加熱裝置中吸收的熱量為Q，求該過程中N部分氣體內(nèi)能的變化量；(2)活塞A恰好接觸汽缸上端卡環(huán)后，繼續(xù)給N部分氣體加熱，當(dāng)M部分氣體的高度達到eq\f(h,9)時，求此時N部分氣體的溫度。解析：(1)活塞A到達汽缸上端卡環(huán)前，氣體M和N均做等壓變化，活塞A、B之間的距離不變。當(dāng)活塞A恰好到達汽缸上端卡環(huán)時，N部分氣體的壓強：pN2＝pM1＋eq\f(mg,S)＝p0＋eq\f(2mg,S)＝eq\f(3mg,S)N部分氣體增加的體積：ΔV＝eq\f(Sh,3)N部分氣體對外做功：W＝pN2·ΔV＝mghN部分氣體內(nèi)能的變化量：ΔU＝Q－W＝Q－mgh。(2)活塞A恰好接觸汽缸上端卡環(huán)后，繼續(xù)給N部分氣體加熱，氣體M做等溫變化，由玻意耳定律得：eq\f(2mg,S)·eq\f(h,3)S＝pM2·eq\f(