练案34 第十二章　第3讲　热力学定律与能量守恒定律

练案[34]第3讲热力学定律与能量守恒定律一、选择题(本题共9小题，1～5题为单选，6～9题为多选)1．下列叙述，正确的是(C)A．气体吸热后温度肯定上升B．热量不行能从低温物体传到高温物体C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性D．物体从单一热源吸取的热量在不引起外界变化的状况下可全部用于做功[解析]依据热力学第肯定律ΔU＝Q＋W，气体吸热后假如对外做功，则温度不肯定上升，A错误；依据热力学其次定律，热量不行能自发地从低温物体传到高温物体，但在引起外界变化的情形下，可以从低温物体传到高温物体，B错误；能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，C正确；依据热力学其次定律，物体从单一热源吸取的热量在不引起外界变化的状况下，不行能使之完全变成功，D错误。2．(2022·福建漳州调研)如图，汽缸内活塞左边封闭着肯定量的可视为抱负气体的空气，压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气上升肯定的温度，空气吸取的热量Q1。假如让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气)，也使汽缸内空气温度上升相同温度，其吸取的热量为Q2，则Q1和Q2的大小关系是(C)A．Q1＝Q2 B．Q1>Q2C．Q1<Q2 D．不能确定[解析]本题考查热力学第肯定律。对肯定量的抱负气体，内能由温度打算，两种状况下气体温度变化状况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU；第一种状况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1＝0，其次种状况，活塞自由移动，气体体积增大，气体对外做功，W2<0，由热力学第肯定律ΔU＝W＋Q可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU，Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2>ΔU>Q1，选项C正确。3．(2020·天津卷)水枪是孩子们宠爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到肯定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(B)A．压强变大 B．对外界做功C．对外界放热 D．分子平均动能变大[解析]由题意知，水不断喷出，气体体积增大，温度不变，由玻意耳定律得，罐内气体压强减小，A错误；气体体积增大，对外做功，B正确；温度是分子平均动能的标志，故温度不变，分子平均动能不变，D错误；温度不变，气体对外做功，由热力学第肯定律得气体需要从外界吸取热量，C错误。4．(2021·江苏卷，9)某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作。该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为肯定质量的抱负气体所经受的奥托循环，则该气体(B)A．在状态a和c时的内能可能相等B．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中削减的内能D．在一次循环过程中吸取的热量小于放出的热量[解析]从c到d为绝热过程，Q＝0，气体体积增大，对外界做功W<0，依据热力学第肯定律可知ΔU<0，气体内能削减，即Tc>Td，从d到a为等容过程，由查理定律有eq\f(p,T)＝C，可知压强减小时，温度降低，即Td>Ta，则状态c的温度高于状态a的温度，由于肯定质量抱负气体的内能只取决于其温度，所以状态a的内能小于状态c的内能，A错误；a→b过程为绝热压缩，外界对气体做功W>0，Q＝0，由热力学第肯定律可知ΔU＝W，即外界对其做的功全部用于增加内能，B正确；由抱负气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知，从b→c过程系统从外界吸取热量，从c→d气体体积增大，系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，依据p－V图像与横轴围成的面积表示气体做功大小，可知c到d过程气体对外做功，图像中b→c→d→a围成的图形面积为气体对外做的功ΔW<0，整个过程气体内能变化量为零，则－ΔW＝ΔQ，即ΔQ＝Q吸－Q放＝－ΔW>0，即在一次循环过程中吸取的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中削减的内能，C、D错误。5．(2021·山东卷，2)如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体(B)A．内能削减B．对外界做正功C．增加的内能大于吸取的热量D．增加的内能等于吸取的热量[解析]由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度上升，内能增加，A错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度渐渐上升，压强渐渐减小，依据抱负气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；由A、B分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，依据热力学第肯定律ΔU＝W＋Q，由于气体对外做功，因此吸取的热量大于增加的内能，C、D错误。6．(2021·河南高三期末)关于热力学规律，下列说法正确的是(BCD)A．热力学第肯定律和热力学其次定律从不同角度阐述了能量守恒定律B．从微观意义上讲，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小C．从微观意义上讲，热力学其次定律是一个统计规律D．肯定质量的抱负气体放出热量，则分子的平均动能不肯定削减[解析]热力学第肯定律是能量守恒定律，而热力学其次定律则是反映自然过程的方向性的定律，故A错误；依据熵增加原理，从微观意义上讲，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，故B正确；从微观意义上讲，热力学其次定律是一个统计规律，故C正确；热力学第肯定律ΔU＝W＋Q，其中W是外界对热力学系统做的功，Q是外界向热力学系统传递的热量。肯定质量的抱负气体放出热量的同时，假如外界对气体做了功，气体的内能不肯定削减，所以分子的平均动能不肯定削减，故D正确。7．下列说法正确的是(AD)A．肯定质量的抱负气体等温膨胀时，该抱负气体吸取的热量全部用于对外做功B．利用新科技手段对内燃机进行不断的改进，可以使内燃机获得的内能全部转化为机械能而不引起其他变化C．夏天开空调可以使房间的温度比室外低，说明热量可以自发地从低温物体传向高温物体D．其次类永动机不行能制成是由于违反了热力学其次定律[解析]肯定质量的抱负气体等温膨胀时，依据热力学第肯定律，温度不变(ΔU＝0)，体积增大(W<0)，气体吸取热量(Q>O)，该抱负气体吸取的热量全部用于对外做功，故A正确；依据热力学其次定律，随着科技的进步，热机的效率也不能达到100%，不能使内燃机获得的内能全部转化为机械能而不引起其他变化，故B错误；夏天开空调可以使房间的温度比室外低，说明热量可以从低温物体传向高温物体，但必需有电对其做功，而不是自发的过程，故C错误；其次类永动机不行能制成是由于违反了热力学其次定律，故D正确。8．(2021·襄阳高三月考)如图用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有抱负气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发集中至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是(ABD)A．气体自发集中前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发集中过程中，气体对外界做功D．气体正在被压缩的过程中，外界对气体做功[解析]由于汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以抱负气体在自发集中的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。依据热力学第肯定律可知，气体自发集中前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又由于肯定质量的抱负气体的内能只与温度有关，所以气体温度上升，分子平均动能增大，选项B、D正确。9．如图，肯定量的抱负气体从状态a变化到状态b，其过程如p－V图中从a到b的直线所示。在此过程中(BCD)A．气体温度始终降低 B．气体内能始终增加C．气体始终对外做功 D．气体始终从外界吸热[解析]A错：在p－V图中抱负气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a到b温度上升。B对：肯定质量的抱负气体的内能由温度打算，温度越高，内能越大。C对：气体体积膨胀，对外做功。D对：依据热力学第肯定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，由于ΔU＞0、W＜0，故Q＞0，气体吸热。二、非选择题10．(2021·河南高三一模)全球暴发的新型冠状病毒威逼着人们的身体健康，某防疫站消毒用的喷雾消毒器的原理图如图所示，圆柱形喷雾器高为h＝1m，体积为V＝20L，内有体积为10L的消毒液和标准大气压的空气，消毒液的密度ρ＝1.0×103kg/m3，外界大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，喷雾口与喷雾器等高，忽视喷雾管的体积。现把喷雾管阀门K关闭，用打气筒打气，打气筒每次可以把压强为p0＝1.0×105Pa、体积V0＝1L的气体打入桶中，设整个过程中喷雾器中气体可视为抱负气体，温度保持不变。求：(1)打气筒至少打气几次，才能在打开阀门K后使消毒液全部流出；(2)打开阀门K后，在消毒液流出的过程中，桶内气体内能怎么变化，吸热还是放热。[答案](1)n＝12(2)内能不变，吸热[解析](1)设打气n次，初状态气体压强为p0，体积为V1＝eq\f(V,2)＋nV0，末状态气体压强为p＝p0＋ρgh，体积为V，依据玻意耳定律有p0V1＝pV，联立解得n＝12。(2)打开阀门K后，在消毒液流出的过程中，温度不变，桶内气体内能不变，体积增大对外做功，吸热。11．(2022·辽宁高三模拟)2020年11月10日8时12分，中国研发的万米载人潜水器“奋斗者号”在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，刷新中国载人深潜的新纪录。载人潜水器是进入“无人区”的科考利器。某科技小组深受启发，自己动手制作了潜水器模型。如图所示，高压气瓶通过细管与压载水箱连接，压载水箱通过通海口(细管)通向外界，连接各部分的细管容积不计，压载水箱中有一厚度忽视不计的轻活塞，在地面先将高压空气充入高压气瓶中，关闭阀门K，此时活塞在压载水箱最右端。压载水箱通过通海口装满水后，潜水器下沉到水下h＝20m处悬停，通过遥控器将阀门K打开，高压气瓶中的气体缓慢膨胀推动活塞，刚好能够将压载水箱中的水全部排出，已知高压气瓶的容积为1.5L，压载水箱的容积为6L，大气压强p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，g＝10m/s2。若气体温度不变，活塞与水箱的摩擦力忽视不计，求：(1)气体膨胀过程吸热还是放热？气体与外界交换的热量是多少？(2)高压气瓶中气体的初始压强为多大