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1、課時作業(yè)43 熱力學定律與能量守恒定律
時間:45分鐘
1.(多選)關于一定質(zhì)量的理想氣體,下列敘述正確的是( BDE )
A.氣體體積增大時,其內(nèi)能一定減少
B.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能可能減少
C.氣體從外界吸收熱量,其內(nèi)能一定增加
D.氣體溫度升高,其分子平均動能一定增加
E.氣體溫度升高,氣體可能向外界放熱
解析:做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式,氣體體積增大時,可能同時從外界吸收熱量,其內(nèi)能不一定減少;氣體從外界吸收熱量,可能同時對外做功,其內(nèi)能不一定增加,同理,外界對氣體做功,氣體內(nèi)能不一定增加,選項A、C錯誤,B正確.溫度是分子平均動能的標志,氣體溫度升高
2、,其分子平均動能一定增加,內(nèi)能增加,若外界對氣體做的功大于內(nèi)能的增加量,則氣體向外放熱,故D、E正確.
2.(多選)根據(jù)熱力學定律,下列說法正確的是( ABD )
A.電冰箱的工作表明,熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B.空調(diào)機在制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量
C.科技的不斷進步使得人類有可能生產(chǎn)出從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化的熱機
D.即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失,熱機也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉化為機械能
E.對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少,形成“能源危機”
解析:熱量可以在外界做功的情況下從低溫物體向高溫物體傳遞,但
3、不能自發(fā)進行,選項A正確;空調(diào)機在制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量,選項B正確;不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化,故選項C錯誤;根據(jù)熱力學第二定律,即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失,熱機也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉化為機械能,故選項D正確;對能源的過度消耗將形成“能源危機”,但自然界的總能量守恒,故選項E錯誤.
3.(多選)下列對熱力學定律的理解正確的是( ACE )
A.可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?
B.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能,熱傳遞也不一定改變內(nèi)能,但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能
C.空調(diào)機在制冷過程中,從室內(nèi)
4、吸收的熱量少于向室外放出的熱量
D.熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體
E.如果物體從外界吸收了熱量,物體的內(nèi)能也可能減少
解析:在引起其他變化的情況下,從單一熱源吸收熱量可以將其全部變?yōu)楣?,選項A正確;由熱力學第一定律可知,當W≠0,Q≠0時,ΔU=W+Q可以等于0,選項B錯誤;空調(diào)機在制冷過程中消耗了電能,總體上是放出熱量,選項C正確;熱量可以由低溫物體傳給高溫物體,選項D錯誤;物體從外界吸收熱量,可能同時對外做功,如果對外做的功大于從外界吸收的熱量,則物體的內(nèi)能減少,選項E正確.
4.(多選)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解,下列說法正確的是( ADE )
A.一定質(zhì)量的
5、氣體膨脹對外做功100 J,同時從外界吸收120 J的熱量,則它的內(nèi)能增大20 J
B.物體從外界吸收熱量,其內(nèi)能一定增加;物體對外界做功,其內(nèi)能一定減少
C.凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性,在熱傳遞中,熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體,而不能從低溫物體傳遞給高溫物體
D.第二類永動機違反了熱力學第二定律,沒有違反熱力學第一定律
E.熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象,能量耗散符合熱力學第二定律
解析:根據(jù)熱力學第一定律知ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J,故選項A正確;根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q,可知物體從外界吸收熱量,其內(nèi)能不一定增加,物體對外界做功,
6、其內(nèi)能不一定減少,選項B錯誤;通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體,如電冰箱,選項C錯誤;第二類永動機沒有違反能量守恒定律,熱力學第一定律是能量轉化和守恒定律在熱學中的反映,因此第二類永動機沒有違反熱力學第一定律,不能制成是因為它違反了熱力學第二定律,故選項D正確;能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性,符合熱力學第二定律,選項E正確.
5.(多選)如圖所示,一個封閉的絕熱汽缸,被中間的擋板分割成左右相等的兩部分.左邊充滿一定量的某種理想氣體,右邊真空.現(xiàn)將中間的擋板移去,待氣體穩(wěn)定后,則( ADE )
A.氣體的溫度不發(fā)生變化
B.因為氣體的體積膨脹了,所以內(nèi)能降低
7、C.氣體分子的平均動能減小
D.雖然氣體的體積膨脹了,但是沒有對外做功
E.氣體分子在器壁單位面積上單位時間內(nèi)發(fā)生碰撞的平均次數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?
解析:氣體在向真空膨脹的過程中沒有力的作用,所以不做功,絕熱過程,內(nèi)能不變,故溫度不變,故A正確,B錯誤,D正確;溫度是分子熱運動平均動能的標志,溫度不變,故分子的平均動能不變,故C錯誤;氣體的溫度不變,體積增加為2倍,故分子熱運動的平均動能不變,分子數(shù)密度減小為一半,故氣體分子在器壁單位面積上單位時間內(nèi)發(fā)生碰撞的平均次數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话耄蔈正確.
6.(多選)如圖所示,p-V圖中的每個方格均為正方形,一定質(zhì)量的理想氣體從a狀態(tài)沿直線變化到b狀
8、態(tài),再沿直線變化到c狀態(tài),最后沿直線回到a狀態(tài),則下列說法正確的是( ACD )
A.從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中氣體分子的平均動能先增大后減小
B.從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中氣體的密度不斷增大
C.從b狀態(tài)變化到c狀態(tài)的過程中氣體一定吸熱
D.從c狀態(tài)變化到a狀態(tài)的過程中氣體放出的熱量一定大于外界對氣體做的功
E.從c狀態(tài)變化到a狀態(tài)的過程中氣體的內(nèi)能不斷增大
解析:根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=C,從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中pV值先增大后減小,溫度T也先增大后減小,對理想氣體,溫度越高,分子平均動能越大,A正確;從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)的過程中氣體的體積V不斷增大,氣體的密度不斷減
9、小,B錯誤;從b狀態(tài)變化到c狀態(tài)的過程中氣體做等容變化,外界對氣體做的功W=0,根據(jù)查理定律知氣體溫度不斷升高,ΔU>0,由熱力學第一定律ΔU=Q+W,得Q>0,即氣體一定吸熱,C正確;從c狀態(tài)變化到a狀態(tài)的過程中氣體等壓壓縮,外界對氣體做的功W>0,根據(jù)蓋—呂薩克定律知溫度降低,ΔU<0,由熱力學第一定律ΔU=Q+W,得Q<0且|Q|>W,D正確,E錯誤.
7.在如圖所示的坐標系中,一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程:第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B,外界對該氣體做功為6 J;第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C,該氣體從外界吸收的熱量為9 J.圖線AC的反向延長線通過坐標原點O,B、
10、C兩狀態(tài)的溫度相同,理想氣體的分子勢能為零.求:
(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程,該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1;
(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程,該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2.
解析:(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程,氣體發(fā)生等容變化,
該氣體對外界做的功W1=0
根據(jù)熱力學第一定律有ΔU1=W1+Q1
內(nèi)能的增量ΔU1=Q1=9 J
(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程,體積減小,溫度升高
該氣體內(nèi)能的增量ΔU2=ΔU1=9 J
根據(jù)熱力學第一定律有ΔU2=W2+Q2
從外界吸收的熱量Q2=ΔU2-W2=3 J
答案:(1)0 9 J (2)9 J
11、3 J
8.(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與熱力學溫度T的關系如圖所示,O、A、D三點在同一直線上.則( ADE )
A.由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中,氣體吸收熱量
B.由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中,氣體從外界吸收熱量,內(nèi)能增加
C.C狀態(tài)氣體的壓強小于D狀態(tài)氣體的壓強
D.D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)時少
E.D狀態(tài)與A狀態(tài),相等時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的沖量相等
解析:氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B體積不變,發(fā)生的是等容變化,外界對氣體不做功,W=0,溫度升高,內(nèi)能增加,ΔU>0,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q,知Q>0,
12、氣體吸收熱量,故A正確;由狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中,溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,體積變大,氣體對外界做功,W<0,根據(jù)熱力學第一定律知Q>0,氣體從外界吸收熱量,故B錯誤;氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)D發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律知p∝T,TC>TD,所以pC>pD,即C狀態(tài)時氣體的壓強大于D狀態(tài)時氣體的壓強,故C錯誤;A點和D點在過原點的直線上,說明氣體由狀態(tài)A到狀態(tài)D壓強不變,體積增大,分子的密集程度減小,所以D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)時少,故D正確;根據(jù)動量定理知,F(xiàn)=,壓強p=,所以p=,因為氣體在狀態(tài)D和狀態(tài)A壓強相等,所以相等時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的沖量相等,故
13、E正確.
9.(2019·河南模擬)如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生三個狀態(tài)變化過程的p-V圖象,其中,BC段對應的是反比例函數(shù)圖象的一部分,若氣體在狀態(tài)A時的溫度為T0,求:
(1)氣體在狀態(tài)C時的溫度和體積;
(2)若氣體從B到C的過程中放出的熱量為Q,則氣體在A→B→C→A的過程中是吸熱還是放熱?吸收或放出的熱量為多少?
解析:(1)由于BC段對應的是反比例函數(shù)圖象的一部分,由理想氣體狀態(tài)方程可知,此過程為等溫變化過程,所以
TB=TC
氣體在A→B過程為等容過程,有=,
解得TB=T0=TC
在B→C過程為等溫過程,有3p0Vc=p0V0,求得Vc=V0
(2)氣
14、體在B→C的過程中溫度不變,則內(nèi)能不變,由于放出熱量為Q,根據(jù)熱力學第一定律可知,此過程外界對氣體做功為WBC=Q
氣體在A→B→C→A的過程中內(nèi)能不變,從A到B不做功,即WAB=0,從C到A氣體對外做功為WCA=pC(VA-VC),解得WCA=2p0V0
由p-V圖象面積法可知,氣體對外做功大于外界對氣體做功,即WCA>WBC,根據(jù)熱力學第一定律可得氣體在A→B→C→A的過程中吸收熱量,吸收熱量為Q′=2p0V0-Q
答案:(1)T0 V0 (2)吸熱,2p0V0-Q
10.(2018·全國卷Ⅱ)如圖,一豎直放置的汽缸上端開口,汽缸壁內(nèi)有卡口a和b,a、b間距為h,a距缸底的高度為H
15、;活塞只能在a、b間移動,其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體.已知活塞質(zhì)量為m,面積為S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均絕熱,不計它們之間的摩擦.開始時活塞處于靜止狀態(tài),上、下方氣體壓強均為p0,溫度均為T0.現(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體,直至活塞剛好到達b處.求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功.重力加速度大小為g.
解析:本題考查氣體實驗定律等知識.開始時活塞位于a處,加熱后,汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程,直至活塞開始運動,設此時汽缸中氣體的溫度為T1,壓強為p1,根據(jù)查理定律有=①
根據(jù)力的平衡條件有p1S=p0S+mg②
聯(lián)立①②式可得T1=T0③
此后,汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程,直至活塞剛好到達b處,設此時汽缸中氣體的溫度為T2;活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2.根據(jù)蓋—呂薩克定律有
=④
式中V1=SH⑤
V2=S(H+h)⑥
聯(lián)立③④⑤⑥式解得T2=T0⑦
從開始加熱到活塞到達b處的過程中,汽缸中的氣體對外做的功為W=(p0S+mg)h⑧
答案:T0 (p0S+mg)h
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