学教科版选修33 4.4热力学第二定律 作业（3）.docx

2017-2018学年度教科版选修3-3 4.4热力学第二定律 作业（3）1如图所示，一个圆柱形气缸，中间有一隔板，板壁上有一孔，并有一闸门k，右侧有一不漏气的活塞p.开始时闸门k关闭，气缸左侧充有一些空气，活塞p位于气缸右侧，隔板与活塞p间为真空.气缸和隔板都是导热的。第一步：打开闸门k，空气将充满气缸的左右两侧；第二步：向左缓慢推动活塞p，直至紧挨隔板，关闭闸门k，然后再把活塞p拉至气缸右侧的初始位置。下列的说法中正确的是（）a. 经过这两步操作，气缸、活塞及缸内气体组成的系统又恢复到开始的状态，并且没有引起其他变化b. 第一步操作后，气体充满左右两侧的过程中，气体要从外界吸收热量c. 第二步操作过程中，气体要向外部散热d. 这整个过程中，有机械能向内能转化2如图所示，固定在地面上的水平汽缸内由活塞b封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略.假设汽缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变.若用外力f将活塞b缓慢地水平向右拉动，则在拉动活塞的过程中，关于此汽缸内气体的下列结论，其中正确的是()a. 气体做等温膨胀，分子的平均速率不变，气体的压强不变b. 气体做等温膨胀，气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数将变少c. 因为气体内能不变，所以气体从外界吸收的热能全用来对外做功d. 气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律3如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a下列说法正确的是（）a. 在过程ab中气体的内能增加 b. 在过程ca中外界对气体做功c. 在过程ab中气体对外界做功 d. 在过程bc中气体从外界吸收热量4下列说法中正确的是（ ）a. 热量可以自发的由低温物体传到高温物体b. 物体的内能增加了20j，一定是物体吸收了20j的热量c. 物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加d. 不可能从单一热库吸收热量，使之全部变成功，而不产生其它变化5一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态。其p-t图象如图所示。下列判断正确的是：a. 过程ab中气体一定对外做功b. 过程bc中气体既不吸热也不放热c. 过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放的热d. b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同6关于热现象，下列说法中正确的是 。a. 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分于运动的无规则性b. 扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动c. 自然界中所有宏现过程都具有方向性d. 可利用高科技手段、将流散的内能全部收集加以利用，而不引起其他变化e. 对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度最终不可能达到7对于一定质量的气体，下列过程不可能发生的是（ ）a. 气体的压强增大，温度升高，气体对外界做功b. 气体的压强增大，温度不变，气体向外界放热c. 气体的压强减小，温度降低，气体从外界吸热d. 气体的压强减小，温度升高，外界对气体做功8根据热力学第二定律，下列说法中错误的是（ ）a. 电流的电能不可能全部变成内能b. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能c. 在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能d. 在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体9关于热现象和热力学规律，下列说法正确的是（ ）a. 随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100b. 热量是不可能从低温物体传递给高温物体的c. 第二类永动机遵从能量守恒故能制作成功d. 在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体10一定质量的气体，不计分子之间作用力,在压缩过程中与外界没有热交换，则a. 外界对气体做功，温度降低，内能减小b. 外界对气体做功，温度升高，内能增大c. 气体对外界做功，温度降低，内能增大d. 气体对外界做功，温度升高，内能减小11如图所示，一圆柱形绝热气缸内置加热丝(不计加热丝质量)，绝热活塞下端连一弹簧，开始时活塞在气缸的正中间，气缸的质量为m0，活塞的横截面积为s，气缸总长度为l，缸内气体温度为t0，外界大气压强为p0，重力加速度为g。现在加热丝开始缓慢加热，直至活塞刚好静止在气缸缸口ab处，停止加热。已知该理想气体的内能与热力学温度成正比，即u=kt，k为常数，求：停止加热时气缸内的温度。该过程中气体吸收的热量。12开口朝上薄壁绝热汽缸内壁光滑，缸底装有电热丝，一定质量理想气体被一个面积为s=2.510-4m、质量为m=0.5kg的绝热活塞封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁紧密接触且不计摩擦。初始时，缸内气体温度为t0=27，内能为u0= 90j，活塞与缸底距离h0=20cm.现通过电热丝给封闭气体缓慢加热，当气体温度为177时，活塞与缸底距离为h.己知理想气体内能u与热力学温度t成正比，大气压强p0= 1.0105pa，重力加速度g= 10m/s.求：(i)封闭气体温度为177时，活塞与缸底距离h和气体内能u的大小；(ii)缓慢加热过程中，封闭气体吸收的热量q.13如图所示为一定质量的理想气体状态变化的p-v图像，若已知该气体在状态b时的温度为27，求：气体在状态a和c时的温度分布为多少？气体从状态a沿图中斜线变化到状态c吸热的热量，比从状态a到状态b再到状态c吸收的热量多多少？14一定质量的理想气体从状态a变化到状态b再变化到状态c，其pv图象如图所示。已知该气体在状态a时的温度为27 ，求： 该气体在状态b和c时的温度分别为多少 该气体从状态a经b再到c的全过程中是吸热还是放热，简述原因。15如图所示，内壁光滑、导热良好的圆柱形汽缸开口向下竖直悬挂，内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体。已知活塞截面积为s,外界大气压张为p0、缸内气体温度为t1。现对汽缸缓慢加热，使理想气体体积由v增大了2v的过程中，气体吸收的热量为q1；停止加热并保持其体积不变，使其降温到t1。已知重力加速度为g，求：(i)停止加热时缸内气体的温度； (ii)降温过程中气体放出的热量。试卷第5页，总5页参考答案1cd【解析】气缸和隔板都是导热的，则封闭气体的温度始终与外界温度相同，即保持不变则内能保持不变，右侧为真空则第一步操作后气体将充满左右两侧但不做功，气体内能不变，气体既不从外部吸收热量也不放出热量，b错误；第二步向左缓慢推动活塞p，直至紧挨隔板，外界对气体做功，内能不变，根据热力学第一定律气体向外界放热，c正确；把活塞p拉至气缸右侧的初始位置时，活塞要克服大气压力做功，故存在机械能向内能的转化，d正确a错误。2bc【解析】因气缸导热，气体的温度不变，故气体的分子平均动能不变，内能不变；但由于气体压迫活塞，故气体对外做功，则由热力学第一定律可知，气体应吸热，且吸收的热量等于对外做功；气体的体积增大，则单位体积内的分子数减小；因体积增大，温度不变，故气体的压强减小，故ad均错误，bc正确；故选bc。3abd【解析】从a到b等容升压，根据pvtc可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，故a正确；在过程ca中压强不变，体积减小，所以外界对气体做功，故b正确；在过程ab中气体体积不变，根据w=pv可知，气体对外界做功为零，故c错误；在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一定律u=w+q可知，气体从外界吸收热量，故d正确；故选abd.点睛：本题主要是考查了理想气体的状态方程和热力学第一定律的知识，要能够根据热力学第一定律判断气体内能的变化与哪些因素有关（功和热量）；热力学第一定律在应用时一定要注意各量符号的意义；u为正表示内能变大，q为正表示物体吸热；w为正表示外界对物体做功4cd【解析】a、热量不能自发由低温物体传到高温物体，要产生其它影响，比如电冰箱，a错误；b、改变内能的方式有做功和热传递，物体内能增加，有可能是外界对该物体做功产生的，b错误；c、根据热力学第一定律u=w+q，吸收热量，同时对外做功，只要吸收的热量大于对外做功的能量，内能可能增加，故c正确；d、热力学第二定律指出：不可能从单一热库吸收能量，使之完全变成功，而不引起其他影响，故d正确；故选cd。5cd【解析】由图示可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，气体不对外做功，故a错误；由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，pv=c，bc过程体积增大，对外做功，温度不变，则气体内能保持不变，由热力学第一定律知bc过程吸热，故b错误；过程ca中温度降低，体积减小，则内能减小，外界对气体所做的功小于气体所放的热，故c正确；b和c两个状态中，温度相同，分子平均动能相同，体积不同，分子密度不同，则容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故d正确；故选cd.点睛：本题考查气体的状态方程中对应的图象，分析清楚图示图象、知道理想气体内能由气体的温度决定即可解题，解题时要抓住在p-t图象中等容线为过原点的直线.6abe【解析】a、显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，是布朗运动，这反映了液体分于运动的无规则性，故a正确；b、扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动，故b正确；c、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，但不涉及热现象的宏观过程不一定具有方向性，故c错误；d、由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热而不产生其他影，故错误；e、对大量事实的分析表明，不论技术手段如何先进，热力学零度最终不可能达到，故e正确；故选abe。【点睛】显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，是布朗运动，这反映了液体分于运动的无规则性；由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热而不产生其他影；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。7d【解析】气体的温度升高，压强增大，体积可能膨胀，这个过程气体对外做功，a可能；气体的温度不变，压强增大，则气体体积减小，此过程外界对气体做功.由热力学第一定律，气体要向外界放热，所放的热量等于外界对气体做的功，b可能；气体的温度降低，压强减小，体积可能增大，这个过程气体对外做功，由热力学第一定律，从外界吸收热热量小于对外做功，则温度降低，c可能；当温度升高时，气体的压强减小，说明气体的体积一定变大，这个过程气体对外界做功，d不可能。8a【解析】a项：由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故a错误；b项：火力发电机发电时，能量转化的过程为内能-机械能-电能，因为内能-机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，b正确；c项：凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故c正确；d项：热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主要思想，故d正确。9d【解析】绝对零度是低温的极限，永远不可能达到；热机的效率也不可能达到100，选项a错误；热量是不可能自发地从低温物体传递给高温物体的，但在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体，故b错误，d正确；第二类水动机不能制成是因为它违反了热力学第二定律，选项c错误；故选d.点睛：解答本题需掌握：热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零10b【解析】压缩气体，外界对气体做功，即， ，因为没有热交换，所以，故，即内能增大，由于忽略分子间作用力，即不计分子势能，所以分子内能只与温度有关，所以温度升高，b正确11(1) (2) 【解析】解：缓慢加热,气缸内气体做等压变化体积变为原来的2倍，解得原来气体的压强,缓慢加热，气体体积膨胀对外做功在此过程中内能增加量根据热力学第一定律u=-w+q所以12（i）30cm ，135j； （ii）48j；【解析】（i）缸内气体始、末温度分别为t0=300k，t450k缓慢加热过程中，气体做等压变化，据盖一吕萨克定律有sh0t0=sht解得：h30cm据气体内能与热力学温度成正比有u0t0=ut解得u135j（ii）初始时，据活塞受力平衡有mg+p0s=ps则封闭气体压强p=p0+mgs=1.2l05pa缓慢加热过程中气体膨胀，外界对气体做功为w=psh0h=3j据热力学第一定律有uu0=q+w 解得q48j13(1) (2) 【解析】状态a： 状态b： 状态c： 从a到b，由等容变化规律： 可得从b到c，由等压变化规律： 可得气体从状态a沿图中斜线变化到状态c吸热的热量，气体的内能不变，吸热的了等于对外做的功，即： 从状态a到状态b再到状态c吸收的热量： ，多吸收： 点睛：解决气体问题的关键是挖掘出隐含条件，正确判断出气体变化过程，合理选取气体实验定律解决问题；对于内能变化牢记温度是理想气体内能的量度，与体积无关14300 k气体向外界放出热量【解析】对一定质量的理想气体，由图象可知ab为等容变化，由查理定律得pata=pbtb 代入数据得tb600 kac由理想气体状态方程得pavata=pcvctc代入数据得tc 300 k气体向外界放出热量从a经b到c气体体积减小