分层规范快练四十一 热力学定律与能量守恒 [双基过关练] 1．多选下列对热学相关知识的判断中正确的是 A．对一定质量的气体加热，其内能一定增大 B．物体温度升高时，物体内的每个分子的速率都将增大 C．对一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大 D．功转化为热的实际宏观过程是不可逆过程 E．自然界中的能量虽然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源 解析气体内能变化由做功和热传递共同决定，A错误；
温度升高，分子的平均动能增大，部分分子速率也会减小，B错误；
理想气体压强和体积增大．温度一定增大．内能一定增大，C正确；
一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，D正确；
自然界中的能量在数量上是守恒的．但能量在转化过程中，品质逐渐降低，可利用的能量在逐渐减少，故要节约能源，E正确． 答案CDE 2．多选根据热力学定律，下列说法正确的是 A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机 D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 E．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少．形成“能源危机” 解析 热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，A正确；
空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B正确；
不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误；
根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，故D正确；
对能源的过度消耗将形成“能源危机”，但自然界的总能量守恒，故E错误． 答案ABD 3．[2019惠州模拟]多选下列说法中正确的是 A．物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大 B．物体的机械能为零时内能也为零 C．物体的体积减小温度不变时，物体内能不一定减小 D．质量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等 E．温度和质量都相同的氢气和氧气内能不相等 解析物体的机械能和内能是两个完全不同的概念，物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定．分子动能不可能为零温度不可能达到绝对零度而物体的动能可能为零，所以A、B不正确；
物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能可能增加，所以C正确．质量、温度、体积都相等的物体，如果是由不同物质组成，分子数不一定相同，因此，物体内能不一定相等，选项D正确；
温度和质量都相同的氢气和氧气具有相同的分子平均动能，但由于分子数不相等，分子总动能不相等，分子势能也不相等，故其内能不相等，选项E正确． 答案CDE 4．多选如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，在这一过程中，下列说法正确的是 A．气体的体积变小 B．气体的温度降低 C．气体从外界吸收热量 D．气体的内能增大 E．单位时间内碰撞到单位面积容器壁的分子数减少 解析从状态a到状态b，气体的压强不变，气体的温度升高，则气体的体积增大，选项A、B错误；
一定质量的理想气体的内能只与温度有关，气体的温度升高，故气体的内能增大，选项D正确；
气体的体积增大，对外做功，W0，气体的内能变大，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，故气体一定从外界吸热，选项C正确；
因为气体的温度升高，分子平均动能增大，而压强不变，所以单位时间内碰撞到单位面积容器壁的分子数减少，选项E正确． 答案CDE 5．[2019甘肃兰州月考]多选如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，则下列说法正确的是 A．A→B过程中，压强不变 B．A→B过程中，外界对气体做负功 C．B→C过程中，气体分子间距增大 D．B→C过程中，气体分子无规则热运动变剧烈 E．C→A过程中，气体对外放热 解析A→B过程温度降低，体积增大，由＝c可知压强变小，则气体膨胀对外做功，即外界对气体做负功，则A错误，B正确；
B→C过程为等容变化，温度升高，则体积不变，分子运动加剧，C错误，D正确．C→A过程为等压降温，体积减小，由ΔU＝Q＋W知Q0，则气体放热，E正确． 答案BDE 6．多选如图所示，绝热容器被绝热隔板K1、卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、 c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄气体，且压强pb 0，内能增加，E正确，D错误． 答案BCE 7. 气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14 cm.后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44 cm.已知外界大气压为标准大气压，标准大气压相当于76 cmHg 1恒温槽的温度为________℃；
2此过程A内气体内能________填 “增大”或“减小”，气体不对外做功，气体将________填“吸热”或“放热”． 解析1测温泡内气体进行等容变化． p1＝p0＋h1＝76＋14＝90 cmHg，T1＝273 K p2＝p0＋h2＝76＋44＝120 cmHg 由＝，得T2＝T1＝273＝364 K＝91 ℃ 2理想气体的内能只与温度有关，随着温度的升高，内能将增大，气体等容变化，做功为0，内能的增加要靠吸热来实现． 答案191 2增大 吸热 [技能提升练] 8．[2019湖北武汉模拟]多选如图所示，在一定质量的理想气体压强随体积变化的p－V图象中，气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程，其中ab垂直于cd，ab垂直于V轴且与p轴平行，bc、da是两条等温线，下列判断正确的是 A．气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度 B．从a→b的过程，气体分子密集程度不变，分子平均动能增加 C．从a→b→c的过程，气体密度不断减小，温度先升高后不变 D．从c→d的过程，气体放出的热量大于外界对气体做的功 E．从a→b→c→d的过程，设气体对外做功为W1，外界对气体做功为W2，气体吸热为Q1，放热为Q2，则W1－W2Q1－Q2 解析根据题图可知，气体在状态a和状态b时体积相同，气体的压强越大，温度越高，故状态b的温度比状态a的温度高，又bc为等温线，所以状态c的温度比状态a的温度高，A正确．气体在状态a和状态b时体积相同，故分子密集程度不变，状态b的压强大，温度高，分子平均动能更大，B正确．由c到d，气体体积减小，外界对气体做正功，且温度降低，内能减小，由热力学第一定律可得D正确．从a到b，气体体积不变，密度不变，从b到c，气体体积变大，温度不变，C错误．a、d等温，内能相等，故外界对气体做的功与气体放出的热量相等，E错误． 答案ABD 9．如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2 cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定插入水银槽中的部分足够深．管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L＝21 cm的气柱，气体的温度为t1＝7 ℃，外界大气压取p0＝1.0105 Pa相当于75 cm高的汞柱的压强． 1若在活塞上放一个质量为m＝0.1 kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长g＝10 m/s2 2若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t2＝77 ℃，此时气柱为多长 3若在2过程中，气体吸收的热量为10 J，则气体的内能增加多少 解析1被封闭气体的初状态为 p1＝p0＝1.0105 Pa V1＝LS＝42 cm3，T1＝280 K 末状态压强p2＝p0＋＝1.05105 Pa V2＝L2S，T2＝T1＝280 K 根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2 得L2＝L＝20 cm. 2对气体加热后，气体的压强不变，p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350 K 根据盖吕萨克定律，有＝，即＝ 得L3＝L2＝25 cm. 3气体对外做的功W＝p2Sh＝p2SL3－L2＝1.05 J 根据热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－1.05 J＋10 J＝8.95 J 即气体的内能增加8.95 J. 答案120 cm 225 cm 38.95 J 10．一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置．活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm.外界气温为27 ℃，大气压强为1.0105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，求 1此时汽缸的温度为多少 2在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝370 J的热量，则气体增加的内能ΔU多大 解析1当汽缸水平放置时， p0＝1.0105 Pa， V0＝L1S，T0＝273＋27 K＝300 K 当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示，有 p1S＝p0S＋mg 则p1＝p0＋＝1.0105 Pa＋ Pa＝1.2105 Pa V1＝L1＋L2S 由理想气体状态方程得＝ 则T1＝T0＝300 K＝450 K. 2当汽缸口向上，未加热稳定时由玻意耳定律得 p0L1S＝p1LS 则L＝＝ cm＝10 cm 加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为 W＝－p0L1＋L2－LS－mgL1＋L2－L＝－60 J 根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q得ΔU＝310 J. 答案1450 K 2310 J