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第3讲热力学定律与能量守恒一、选择题1.(2016·新课标全国卷Ⅰ改编)关于热力学定律,下列说法中正确的是()A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体2.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程.设气体分子间的势能可忽略,则在此过程中()A.外界对气体做功,气体分子的平均动能增加B.外界对气体做功,气体分子的平均动能减少C.气体对外界做功,气体分子的平均动能增加D.气体对外界做功,气体分子的平均动能减少3.(2015·启东中学)如图所示,用一根与绝热活塞相连的细线将绝热汽缸悬挂在某一高度静止不动,汽缸开口向上,汽缸内封闭一定质量的气体,缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气.现将细线剪断,让汽缸自由下落.下列说法中正确的是()A.气体压强减小,气体对外界做功B.气体压强增大,外界对气体做功C.气体体积减小,气体内能增大D.气体体积增大,气体内能减小4.如图所示,倒悬的导热汽缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A,活塞A的下面吊着一个重物,汽缸中封闭着一定质量的理想气体.起初各部分均静止不动,大气压强保持不变.关于汽缸内的气体,当其状态缓慢发生变化时,下列说法中正确的是()A.若环境温度升高,则气体的压强一定增大B.当活塞向下移动时,外界一定对气体做正功C.保持环境温度不变,缓慢增加重物的质量,气体一定会吸热D.若环境温度降低,缓慢增加重物的质量,气体体积可能保持不变5.如图所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙.现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体的温度随其内能的增加而升高.则在移动P的过程中()A.外力对乙做功,甲的内能增加B.外力对乙做功,乙的内能不变C.乙传递热量给甲,乙的内能增加D.乙的内能增加,甲的内能不变二、填空题6.(2016·苏北四市三模)一定质量的理想气体由状态A变化到状态B,压强随体积变化的关系如图所示.气体在状态A时的内能(填“大于”“小于”或“等于”)状态B时的内能;由A变化到B,气体对外界做功的大小(填“大于”“小于”或“等于”)气体从外界吸收的热量.7.(2016·南京、盐城一模)带有活塞的汽缸中封有一定质量的理想气体,缸内气体从状态A变化到状态B,如图所示.此过程中,汽缸单位面积上所受气体分子撞击的作用力(填“变大”“不变”或“减小”),缸内气体(填“吸收”或“放出”)热量.8.(2016·南通、泰州、扬州三模)如图所示,一定质量的理想气体从状态A开始分别经过等温膨胀和等压膨胀到相同的体积,则等温膨胀过程中气体对外做的功(填“大于”“等于”或“小于”)等压膨胀过程中气体对外做的功;等温膨胀过程中气体从外界吸收的热量(填“大于”“等于”或“小于”)等压膨胀过程中气体从外界吸收的热量.9.(2015·南京、盐城一模)一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系如图所示,AB、BC分别与p轴和T轴平行.气体在状态C时分子平均动能(填“大于”“等于”或“小于”)A状态时分子平均动能.气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中,对外做的功为W,内能增加了ΔU,则此过程气体吸收的热量为.三、计算题10.一定质量的理想气体,其状态变化过程如图中箭头顺序所示,AB平行于纵轴,BC平行于横轴,CA段是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线的一部分.已知气体在A状态的压强、体积、热力学温度分别为pA、VA、TA,且气体在A状态的压强是B状态压强的3倍.(1)求气体在B状态的热力学温度和C状态的体积.(2)从B到C过程中,是气体对外做功还是外界对气体做功?做了多少功?11.(2014·苏锡常镇三模)如图所示,用不计重力的轻质活塞在汽缸内封闭一定质量理想气体,活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计,开始时活塞距汽缸底高度h1=0.50m.给汽缸加热,活塞缓慢上升到距离汽缸底h2=0.80m处,同时缸内气体吸收Q=450J的热量.已知活塞横截面积S=5.0×10-3m2,大气压强p0=1.0×105Pa.求:(1)缸内气体对活塞所做的功W.(2)此过程中缸内气体增加的内能ΔU.12.一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p-V图象如图所示.已知该气体在状态A时的温度为27℃.(1)求该气体在状态B和C时的温度分别为多少?(2)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少?13.在如图所示的坐标系中,一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程:第一种变化是从状态A到状态B,外界对该气体做功为6J;第二种变化是从状态A到状态C,该气体从外界吸收的热量为9J.图线AC的反向延长线通过坐标原点O,B、C两状态的温度相同,理想气体的分子势能为零.求:(1)从状态A到状态C的过程,该气体对外界做的功W1和其内能的增量ΔU1.(2)从状态A到状态B的过程,该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.第3讲热力学定律与能量守恒1.BD【解析】气体吸热,若同时对外做功,则温度可能降低,故A错误;改变气体的内能的方式有两种:做功和热传递,故B正确;理想气体等压膨胀过程是吸热过程,故C错误;根据热力学第二定律,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,故D正确.2.D【解析】由于气体膨胀,气体对外界做功,W为负.因为ΔU=Q+W,Q不变,所以气体内能降低,又由于气体分子间的势能可忽略,故气体温度降低,平均动能减少.故只有D正确.3.BC【解析】用一根与绝热活塞相连的细线将绝热汽缸悬挂在某一高度静止不动,汽缸内封闭气体的压强小于大气压强.现将细线剪断,让汽缸自由下落,处于完全失重状态,汽缸内封闭气体的压强等于大气压强,体积减小,气体压强增大,外界对气体做功,气体内能增大.B、C正确.4.CD【解析】若环境温度升高,气体等压膨胀,气体的压强不变,A错误;当活塞向下移动时,气体对外界做正功,B错误;保持环境温度不变,缓慢增加重物的质量,气体压强减小,体积增大,对外做功,内能不变,气体一定会吸热,C正确;若环境温度降低,气体温度降低,压强减小,缓慢增加重物的质量,气体体积可能保持不变,D正确.5.AC【解析】当活塞P向B移动时,活塞压缩气体对气体乙做功,乙的内能增加,温度升高.由于隔板B是导热的,乙升温后会传递热量给甲,由于气体与外界是绝热的,故当最后达到热平衡时,甲、乙的温度比最初的温度均有所升高,甲、乙的内能均增加,A、C正确.6.等于等于【解析】根据理想气体状态方程=恒量得出A、B两点温度相同,内能相等.从A到B气体体积变大,气体对外做功,由于内能不变,气体从外界吸热,且对外做功的大小等于吸收的热量.7.不变吸收【解析】气体从A状态变化到B状态,压强不变,根据F=p0S得出单位面积上分子撞击的作用力不变.气体温度升高,内能变大,体积变大,气体对外做功.根据热力学第一定律得出气体吸收热量.8.小于小于【解析】p-V图象的面积表示做功多少,等温膨胀过程气体对外做的功小于等压膨胀对外做的功.等温膨胀,气体温度不变,内能不变,根据热力学第一定律得出气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功.等压膨胀,气体的温度升高,气体内能变大,气体从外界吸收的热量大于气体对外做的功,故等温膨胀中气体从外界吸热小于等压膨胀中气体从外界吸热.9.大于W+ΔU【解析】温度是分子平均动能的量度,C状态的温度大于A状态的温度,则C状态的分子平均动能大于A状态的分子平均动能;气体对外做功为W,此时W应取正值,气体对外做功,在热力学第一定律的公式中W应取负值,则为ΔU=-W+Q,得出Q=ΔU+W.10.(1)从A到B是等容过程,有=,由题知pA=3pB,可得TB=TA,从B到C是等压变化过程,故有=,又C到A是等温变化过程,故TC=TA,解得VC=3VA.(2)从B到C等压过程中,气体的体积在增大,故知是气体对外界做功,做功为W=pB(VC-VB)=pAVA.11.(1)150J(2)300J【解析】(1)活塞缓慢上升,视为等压过程,则气体对活塞做功W=FΔh=p0SΔh=150J.(2)根据热力学定律ΔU=(-W)+Q=300J.12.(1)300K(2)气体向外界放出热量,传递的热量为1000J【解析】(1)对一定质量的理想气体由图象可知,A→B为等容变化,由查理定律得=,即代入数据得TB=600K.A→C由理想气体状态方程得=,代入数据得TC=300K.(2)从A到C气体体积减小,外界对气体做正功,由p-V图线与横轴所围成的面积可得W==1000J,由于TA=TC,该气体在状态A和状态C内能相等,ΔU=0,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q=-1000J,即气体向外界放出热量,传递的热量为1000J.13.(1)09J(2)9J3J【解析】(1)从状态A到状态C的过程,气体发生等容变化,该气体对外界做的功W1=0.根据热力学第一定律有ΔU1=W1+Q1,内能的增量ΔU1=Q1=9J.(2)从状态A到状态B的过程,体积减小,温度升高,该气体内能的增量ΔU2=ΔU1=9J.根据热力学第一定律有ΔU2=W2+Q2,从外界吸收的热量Q2=ΔU2-W2=3J.