課時跟蹤檢測（四十六） 熱力學定律與能量守恒定律

課時跟蹤檢測（四十六）熱力學定律與能量守恒定律1．關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同B．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時，內(nèi)能一定增大D．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)解析：選D質(zhì)量和溫度都相同的氣體，雖然分子平均動能相同，但是不同的氣體，其摩爾質(zhì)量可能不同，則分子個數(shù)可能不同，所以分子總動能不一定相同，A錯誤；宏觀運動和微觀運動沒有關(guān)系，所以宏觀運動速度大，內(nèi)能不一定大，B錯誤；氣體被壓縮，同時對外放熱，根據(jù)熱力學第一定律知內(nèi)能可能不變，C錯誤；理想氣體的分子勢能為零，所以一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與分子平均動能有關(guān)，而溫度是分子平均動能的標志，D正確。2．(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)進行解析：選AB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。3．(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()A．一定質(zhì)量的氣體膨脹對外做功100J，同時從外界吸收120J的熱量，則它的內(nèi)能增大20JB．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．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D．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：選ACD根據(jù)熱力學第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，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，其內(nèi)能不一定減少，選項B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(zhuǎn)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，選項C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D正確。4．(多選)如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(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，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C．電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律解析：選BC熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學過程，故C項正確，D項錯誤；由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助，電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故B項正確，A項錯誤。5．(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ABD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；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D正確。6.(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。7.一定質(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。8.一定質(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.(2023·浙江1月選考)某探究小組設(shè)計了一個報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A。環(huán)境溫度升高時容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內(nèi)的卡口處，此時氣體達到狀態(tài)B?；钊３植粍?，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時觸動報警器。從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J。取大氣壓p0＝0.99×105Pa，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強；(3)由狀態(tài)A到狀態(tài)C過程中從外界吸收熱量Q。解析：(1)由狀態(tài)A到狀態(tài)B為等壓變化，根據(jù)蓋-呂薩克定律eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)得TB＝eq\f(VB,VA)TA＝eq\f(33,30)×300K＝330K。(2)由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容變化，根據(jù)查理定律eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC