練案[38]第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律一、選擇題(本題共9小題，1～6題為單選，7～9題為多選)1．(2023·山西高三開學(xué)考試)導(dǎo)熱氣缸內(nèi)密封有一定質(zhì)量的理想氣體，環(huán)境溫度不變，當(dāng)氣體的體積增大時( B )A．氣體分子熱運動的劇烈程度降低，每個分子對器壁的平均撞擊力變小B．氣體分子單位時間內(nèi)對器壁碰撞的次數(shù)減小，氣體的壓強減小C．單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)減小，每個分子的動能都不變D．氣體內(nèi)能不變，氣體向外界釋放熱量[解析]理想氣體溫度不變，體積增大時壓強減小，則氣體分子熱運動的劇烈程度不變，每個氣體分子對器壁的平均撞擊力不變，A錯誤；由于溫度不變，體積增大，所以氣體分子單位時間內(nèi)對器壁碰撞的次數(shù)減小，氣體壓強減小，B正確；氣體體積增大，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)減小，分子平均動能不變，具體到某個分子的動能則無法確定，C錯誤；氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，則對外做功，由熱力學(xué)第一定律知氣體此過程必然吸熱，D錯誤。2．(2022·遼寧卷)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T變化圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)( A )A．對外界做正功  B．壓強保持不變C．向外界放熱  D．內(nèi)能減少[解析]理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，體積增大，理想氣體對外界做正功，A正確；由題圖可知V＝V0＋kT，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程有＝C，聯(lián)立有p＝，可看出T增大，p增大，B錯誤；理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，溫度升高，內(nèi)能增大，D錯誤；理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，由選項AD可知，理想氣體對外界做正功且內(nèi)能增大，則根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知氣體由外界吸收熱量，C錯誤。3．(2022·湖北卷)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p—V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應(yīng)該線段的中點。下列說法正確的是( B )A．a→b是等溫過程B．a→b過程中氣體吸熱C．a→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D．a→c過程中外界對氣體做正功[解析]根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程＝C可知a→b氣體溫度升高，內(nèi)能增加，且體積增大氣體對外界做功，則W<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知a→b過程中氣體吸熱，A錯誤、B正確；根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程＝C可知，p—V圖像的坐標(biāo)值的乘積反映溫度，a狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標(biāo)值的乘積相等，而中間狀態(tài)的坐標(biāo)值乘積更大，a→c過程的溫度先升高后降低，且狀態(tài)b的溫度最高，C錯誤；a→c過程氣體體積增大，外界對氣體做負(fù)功，D錯誤。4．(2023·浙江高三開學(xué)考試)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶緩慢下沉到底部：松開后，小瓶緩慢上浮。下沉過程中，小瓶內(nèi)氣體( A )A．內(nèi)能減少B．氣體對外界做功C．內(nèi)能的變化量的絕對值大于放出的熱量D．內(nèi)能的變化量的絕對值等于放出的熱量[解析]由于越接近礦泉水瓶口，水的溫度越高，因此小瓶下沉過程中，小瓶內(nèi)溫度降低，則內(nèi)能減小，故A正確；在小瓶下沉過程中，小瓶內(nèi)氣體的溫度逐漸降低，壓強逐漸增大，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C可知氣體體積減小，則外界對氣體做功，故B錯誤；由AB分析知，小瓶下沉過程中，小瓶內(nèi)氣體內(nèi)能減小(ΔU<0)，外界對氣體做功(W>0)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知氣體放熱(Q<0)，且內(nèi)能的變化量的絕對值小于放出的熱量，故CD錯誤。5．(2022·山東卷)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將氣缸緩慢轉(zhuǎn)動90°過程中，缸內(nèi)氣體( C )A．內(nèi)能增加，外界對氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運動速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加[解析]初始時氣體的壓強p1＝p0＋，體積為V1，溫度為T1；將氣缸緩慢轉(zhuǎn)過90°后，氣體的壓強為p2＝p0，體積為V2，溫度為T2。易知V2>V1，故氣體對外界做功，因氣缸和活塞都是絕熱的，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU<0，由于理想氣體內(nèi)能只與氣體溫度有關(guān)，所以T1>T2，AD錯誤；內(nèi)能減小，不是所有氣體分子熱運動速率都減小，但速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，B錯誤，C正確。6．(2023·山東臨沂高三模擬)2022年伊始，奧密克戎變異毒株較以往新型冠狀病毒傳播更快，危害更大，特別是疫情區(qū)快件也會攜帶新冠病毒，勤消毒是一個很關(guān)鍵的防疫措施。如圖所示是某種家庭便攜式防疫消毒用的噴霧消毒桶及其原理圖，內(nèi)部可用容積為2 L，工作人員裝入稀釋過的1.2 L藥液后旋緊壺蓋，關(guān)閉噴水閥門，拉動壓柄打氣，每次打入壓強為1 atm，體積為0.1 L的氣體，此時大氣壓強為1 atm，當(dāng)壺內(nèi)壓強增大到2 atm時，開始打開噴閥消殺，假設(shè)壺內(nèi)溫度保持不變，若不計管內(nèi)液體體積。下列說法正確的是( B )　A．工作人員共打氣9次B．打開閥門，當(dāng)壺內(nèi)不再噴出消毒液時，壺內(nèi)剩余消毒液的體積為0.4 LC．打開閥門，當(dāng)壺內(nèi)不再噴出消毒液時，壺內(nèi)剩余消毒液的體積為0.1 LD．消毒液噴出過程，氣體對外做功，對外做功大于從外界吸收熱量[解析]設(shè)工作人員共打氣n次，根據(jù)玻意耳定律有1 atm×(2 L－1.2 L)＋n·1 atm×0.1 L＝2 atm×(2 L－1.2 L)，解得n＝8，故A錯誤；打開閥門后，根據(jù)玻意耳定律有2 atm×0.8 L＝1 atm×V氣，解得，壺內(nèi)不再噴出消毒液時，壺內(nèi)氣體的體積為1.6 L，則壺內(nèi)剩余消毒液的體積為0.4 L，故B正確，C錯誤；由于壺內(nèi)溫度保持不變，則壺內(nèi)氣體的內(nèi)能不變，則根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知氣體對外做功的多少等于從外界吸收熱量的多少，故D錯誤。7．(2023·廈門高三模擬)根據(jù)熱學(xué)中的有關(guān)知識，判斷下列說法中正確的是( AB )A．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進(jìn)行的C．盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)卻可以使溫度降到－293 ℃D．第一類永動機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動機(jī)可以被制造出來[解析]機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只是在這個過程中會引起其他變化，A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，自發(fā)的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進(jìn)行的，B正確；根據(jù)熱力學(xué)第三定律可知，制冷機(jī)也不能使溫度降到－293 ℃(低于絕對零度)，C錯誤；第一類永動機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律，第二類永動機(jī)不可能被制造出來，D錯誤。8．(2023·廣東深圳高三檢測)若某個封閉的熱力學(xué)系統(tǒng)與外界之間熱傳遞良好，而外界的熱容量極大，這樣，在外界與系統(tǒng)交換熱量時，其內(nèi)部就只經(jīng)歷等溫的可逆變化，稱之為“恒退熱源”(如大量的冰水混合物、沸水、某溫度下的恒溫水浴等)；同時，外界對系統(tǒng)的壓縮或系統(tǒng)的膨脹又進(jìn)行得十分緩慢，這樣的系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程可認(rèn)為是可逆的等溫過程，現(xiàn)某封閉的熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)有一定質(zhì)量的理想氣體，若該氣體經(jīng)歷了這樣的等溫過程，則下列說法中正確的是( CD )A．膨脹過程中系統(tǒng)內(nèi)氣體內(nèi)能增大B．膨脹過程中系統(tǒng)內(nèi)氣體壓強增大C．壓縮過程中外界對氣體做功，內(nèi)能不變D．壓縮過程中，氣體分子與容壁碰撞的頻繁程度增大[解析]由于氣體為理想氣體，其平均動能和內(nèi)能只與溫度有關(guān)，膨脹和壓縮過程均為等溫變化，內(nèi)能不變，故A錯誤，C正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，溫度不變而體積增大，壓強一定減小，故B錯誤；壓縮過程中氣體體積減小，單位體積內(nèi)分子數(shù)增大，分子的平均速率不變，故與器壁碰撞的頻繁程度增大，故D正確。9．(2023·天津模擬預(yù)測)如圖所示，在做托里拆利實驗時，玻璃管內(nèi)有些殘留的空氣，此時玻璃管豎直放置。假如把玻璃管緩慢豎直向上提起一段距離，玻璃管下端仍浸在水銀中，在這過程中，大氣的壓強、溫度均保持不變，則管內(nèi)的空氣(視為理想氣體)( AB )A．體積增大  B.壓強減小C．放出熱量  D.內(nèi)能增大[解析]在實驗中，水銀柱產(chǎn)生的壓強加上封閉空氣柱產(chǎn)生的壓強等于外界大氣壓。如果將玻璃管向上提，則管內(nèi)水銀柱上方空氣的體積增大，因為溫度保持不變，根據(jù)＝C，所以壓強減小，故AB正確；溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，故D錯誤；體積變大，氣體對外做功，又氣體的內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體吸收熱量，故C錯誤。二、非選擇題10．(2022·河北卷)如圖，絕熱密閉容器中裝有一定質(zhì)量的某種理想氣體和一個充有同種氣體的氣球。容器內(nèi)溫度處處相同。氣球內(nèi)部壓強大于外部壓強。氣球慢慢漏氣后，容器中氣球外部氣體的壓強將_增大__(填“增大”“減小”或“不變”)；溫度將_升高__(填“升高”“降低”或“不變”)。[解析]氣球漏氣過程中，氣球的彈性勢能減小，轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能，則氣體溫度升高；氣球漏氣后，氣球外部氣體單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)增多，又溫度升高，分子平均動能增大，可知氣球外部氣體壓強增大。11．(2023·浙江高三開學(xué)考試)如圖所示，一端水平懸掛的圓柱形容器用活塞密封體積V1＝2×10－3 m3的理想氣體，活塞重力不計且能無摩擦地滑動，其下端懸掛質(zhì)量m＝60 kg的重物，容器的橫截面積S＝10－2 m2。整個裝置放在大氣壓p0＝1.0×105 Pa的空氣中，開始時氣體的溫度T1＝300 K，當(dāng)氣體從外界吸收300 J的熱量，體積變?yōu)?/span>V2＝4×10－3 m3時，求，密閉氣體：(1)壓強p；(2)溫度T2；(3)內(nèi)能增加量ΔE。[答案]　(1)4×104 Pa　(2)600 K　(3)220 J[解析](1)體積達(dá)到V2時，對活塞受力平衡pS＋mg＝p0S，得p＝p0－＝4×104 Pa。(2)密閉氣體等壓變化所以＝，得T2＝T1＝600 K。(3)由熱力學(xué)第一定律W＋Q＝ΔE，又W＝p(V2－V1)＝80 J，得ΔE＝Q－W＝220 J。12．(2023·河南高三模擬)如圖所示裝置中兩玻璃泡的容積均為V0＝0.5 L，玻璃管的容積忽略不計，開始時閥門K關(guān)閉，將上面玻璃泡抽成真空，下面玻璃泡中有一定質(zhì)量的理想氣體，外界大氣壓強為p0＝1.0×105 Pa，溫度為t0＝27 ℃時，玻璃管中水銀面高出水銀槽內(nèi)水銀面h＝12 cm，水銀密度(假設(shè)不隨溫度改變)為13.6×103 kg/m3，重力加速度g＝10  m/s2。(1)如果外界大氣壓強保持不變，玻璃管中水銀面上升2 cm，則環(huán)境溫度改變了多少攝氏度；(2)如果在環(huán)境溫度急劇升高到t＝40 ℃的過程中，打開閥門，改變外界大氣壓使玻璃管中的水銀面高度幾乎不發(fā)生變化，則玻璃泡中氣體的壓強變?yōu)槎嗌伲?/span>(3)在(2)過程中吸收了200 J熱量，則氣體的內(nèi)能增加了多少？[答案]　(1)9.7 ℃　(2)4.4×104 Pa　(3)200 J[解析](1)設(shè)玻璃泡中氣體初態(tài)壓強為p1，有p0＝p1＋ρ水銀gh，解得p1＝8.37×104 Pa，溫度T1＝t0＋273 K＝300 K，設(shè)末態(tài)壓強為p2，則p0＝p2＋ρ水銀g(h＋Δh)，故p2＝8.10×104 Pa，根據(jù)查理定律有＝，代入數(shù)據(jù)解得T2＝290.3 K，則環(huán)境溫度降低了Δt＝T1－T2＝9.7 ℃。(2)打開閥門前有p1＝8.37×104 Pa，V1＝V0＝0.5 L，T1＝300 K，打開閥門后有V2＝2V0＝1.0 L，T2＝t＋273 K＝313 K，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有＝，代入數(shù)據(jù)解得p′2＝4.4×104 Pa。(3)根據(jù)題設(shè)條件，由于上部容器原來是真空，氣體發(fā)生自由膨脹，故氣體膨脹過程對外做的功為零，即W＝0，氣體吸熱Q＝200 J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q，故ΔU＝0＋200 J＝200 J。 

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