第3課時　熱力學定律與能量守恒

1、.第3課時熱力學定律與能量守恒1.多項選擇下面關于熵的說法中正確的選項是ABDA.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度B.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動無序性增大的方向進展,這就是熱力學第二定律的微觀意義,系統(tǒng)的熱力學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,因此熱力學第二定律又稱為熵增加原理.故A,B,D正確,C,E錯誤.2.2019·內(nèi)蒙古包頭模擬理想氣體

2、的內(nèi)能與溫度成正比,如下圖的實線為汽缸內(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,那么在整個過程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能BA.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pVT=C知,在p一定時VT,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.3.2019·河北保定模擬如圖,內(nèi)壁光滑、導熱良好的汽缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體.當環(huán)境溫度升高時,以下對缸內(nèi)氣體說法正確的選項是BA.內(nèi)能減少B.對外做功C.壓強增大D.分子間的引力和斥力都增大解析:因汽缸導熱良好,故環(huán)境溫度升高時封

3、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,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p=p0+mgS不變,選項C錯誤;由蓋呂薩克定律VT=恒量,可知氣體體積膨脹,對外做功,選項B正確;理想氣體分子間除碰撞瞬間外無互相作用力,選項D錯誤.4.2019·河北廊坊模擬多項選擇關于熱力學定律,以下說法正確的選項是ACEA.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E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不

4、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.5.導學號 588262732019·吉林長春模擬多項選擇如下圖,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.兩部分中分別盛有一樣質(zhì)量、一樣溫度的同種氣體a和b.氣體分子之間互相作用勢能可忽略.現(xiàn)通過電熱絲對氣體a加熱一段時間后,a,b各自到達新的平衡BCA.a的體

5、積增大了,壓強變小了B.b的溫度升高了C.加熱后a的分子熱運動比b的分子熱運動更劇烈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pVT=C可知壓強增大,Ta>Tb,選項C正確,A,D錯誤.6.2019·廣東汕頭一模多項選擇如下圖,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,以下表述正確的選項是ADA.氣體從外界吸收熱量B.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

6、壁的作用力增大解析:ab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.7.2019·湖南邵陽模擬多項選擇以下說法正確的選項是ACEA.飽和汽壓隨溫度升高而增大,與體積無關B.氣體分子熱運動的平均動能減少,氣體的壓強一定減小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,氣體的壓強一定增大E.對于一定質(zhì)量的理想氣體,假如壓強不變,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,隨溫度升高而增大,

7、選項A正確;氣體分子熱運動的平均動能減少,即氣體溫度降低,根據(jù)公式pVT=C,壓強不一定減小,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)pVT=C,p不一定增加,選項D錯誤;對于一定質(zhì)量的理想氣體,假如壓強不變,體積增大,根據(jù)pVT=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.多項選擇對一定質(zhì)量的理想氣體,以下現(xiàn)象可能發(fā)生的有BCEA.外界對氣體做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強降低B.氣體從外界吸熱,氣體的溫度降低,氣體的壓強降低C.氣體對外界做功,氣體的

8、溫度升高,氣體的壓強不變D.氣體對外界放熱,氣體的溫度不變,氣體的壓強不變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pVT=C,那么壓強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,那么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,那么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

9、小,T不變,壓強必然增大,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.9.2019·遼寧丹東模擬多項選擇對于一定質(zhì)量的理想氣體,以下說法正確的選項是BCEA.保持氣體的壓強不變,改變其溫度,可以實現(xiàn)其內(nèi)能不變B.假設氣體的溫度逐漸升高,那么其壓強可以保持不變C.氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關D.當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

10、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.10.導學號 588262742019·河北唐山模擬多項選擇封閉在汽缸內(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,阿伏伽德羅常量為NA.由狀態(tài)A變到狀態(tài)D過程中ABEA.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

11、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點和D點的壓強相等解析: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兩點壓強相等,選項E正確.11.2019·山西臨汾模擬如圖中A,B汽缸的長度為L=30 cm,橫截面積為S=20 cm2,C是可在汽缸

12、內(nèi)無摩擦滑動的、體積不計的活塞,D為閥門.整個裝置均由導熱材料制成.起初閥門關閉,A內(nèi)有壓強pA= 2.0×105 Pa的氮氣,B內(nèi)有壓強pB=1.0×105 Pa的氧氣,活塞C在B汽缸左側.閥門翻開后,活塞C向右挪動,最后到達平衡.1求活塞C挪動的間隔 及平衡后B中氣體的壓強;2活塞C挪動過程中A中氣體對外做功為25 J,那么A中氣體是吸熱還是放熱?吸收或者放出的熱量為多少?假定氧氣和氮氣均為理想氣體,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=pL+xS對B部分氣體有pBLS=pL-xS代入相關數(shù)據(jù)解得x=10 cm,p=1.5×105

13、 Pa.2氣體發(fā)生等溫變化,內(nèi)能不變,U=0活塞C向右挪動的過程中A中氣體對外做功25 J,W=-25 J根據(jù)熱力學第一定律U=W+Q所以Q=-W=25 J,故A中氣體從外界吸熱,吸收的熱量為25 J.答案:110 cm1.5×105 Pa2吸熱25 J12.導學號 588262752019·河南新鄉(xiāng)二模如下圖,ABC為粗細均勻的“L形細玻璃管,A端封閉,C端開口.開場時AB豎直,BC程度,BC內(nèi)緊靠B端有一段長l1=30 cm的水銀柱,AB內(nèi)理想氣體長度l2=20 cm.現(xiàn)將玻璃管以B點為軸在豎直面內(nèi)逆時針緩慢旋轉(zhuǎn)90°,使AB程度.環(huán)境溫度不變,大氣壓強p0=

14、75 cmHg,求: 1旋轉(zhuǎn)后水銀柱進入AB管的長度;2玻璃管旋轉(zhuǎn)過程中,外界對封閉氣體做正功還是做負功?氣體吸熱還是放熱?解析:1對封閉氣體,初態(tài)壓強為p0,末態(tài)為p1,設玻璃管截面積為S,水銀進入AB管的長度為x,根據(jù)玻意耳定律p0Sl2=p1Sl2-xp1=p0+pl1-px代入數(shù)據(jù)得x=5 cm.2外界對氣體做正功,而氣體的溫度不變,即內(nèi)能不變,由熱力學第一定律可知,氣體放熱.答案:15 cm2正功放熱13.如下圖,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Q=7.0×102 J.在狀態(tài)A時氣體溫度為TA= 300 K,求:1在狀態(tài)B,C時氣體的溫度;

15、2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,那么VATA=VBTB,解得TB=400 K,從狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體發(fā)生等容變化,那么pBTB=pCTC,解得TC=800 K.2理想氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,對外做的功W=pAVB-VA=1.0×105×8.0-6.0×10-3 J=2.0×102 J,根據(jù)熱力學第一定律有U=Q-W,代入數(shù)據(jù)得U=5.0×102 J.答案:1400 K800 K25.0×102 J14.2019·安徽合肥模擬如下圖,為厚度和質(zhì)量不計,橫截面積為S=10 cm2的絕熱汽缸倒扣在程度桌面上,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,開場時,氣體的溫度為T0=300 K,壓強為p=0.5×105 Pa,活塞與汽缸底的間隔 為h=10 cm,活塞與汽缸可無摩擦滑動且不漏氣,大氣壓強為p0=1.0×105 Pa.求: 1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Q= 7 J,內(nèi)能增加了U=5 J,整個過程活塞都在汽缸內(nèi),求T的值.解析:1對汽缸受力分析,由平衡條件有FN+pS=p0S解得