第5講熱力學(xué)定律能量守恒定律

基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練題組一熱力學(xué)定律理解1.(2023天津卷)爬山所帶氧氣瓶如圖所示,氧氣瓶里的氣體容積、質(zhì)量均不變,爬高過(guò)程中,溫度減小,則氣體()A.對(duì)外做功B.內(nèi)能減小C.吸收熱量D.壓強(qiáng)不變2.冬奧會(huì)上的人造雪絕非“假雪”,是對(duì)水和空氣一定比例混合壓縮,并對(duì)混合水氣的溫度控制在0~5℃之間,再通過(guò)造雪機(jī)霧化噴出,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.外界空氣溫度必須低于混合水氣溫度,才能使水凝固成雪B.對(duì)混合水氣加壓越大,雪質(zhì)越好C.噴出的混合水氣對(duì)外做功內(nèi)能減小,凝固成雪D.混合水氣噴灑得越遠(yuǎn),雪質(zhì)越好3.(2023廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)火熱的6月即將到來(lái),高三的同學(xué)們也進(jìn)入高考最后的沖刺,教室里的空調(diào)為同學(xué)們提供了舒爽的環(huán)境,空調(diào)的工作原理如圖所示,以下表述正確的是()A.空調(diào)的工作原理對(duì)應(yīng)的是熱力學(xué)第一定律的開(kāi)爾文表述B.空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性C.此原理圖中的Q1=Q2D.此原理圖說(shuō)明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體題組二熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合4.(2024廣東江門(mén)一模)內(nèi)壁光滑的“U”形導(dǎo)熱汽缸用不計(jì)質(zhì)量的輕活塞封閉一定體積的空氣(可視為理想氣體),浸在盛有大量冰水混合物的水槽中,活塞在水面下,如圖所示。現(xiàn)在輕活塞上方緩慢倒入沙子,下列說(shuō)法正確的是()A.封閉空氣分子的平均動(dòng)能增大B.活塞壓縮封閉空氣做功,封閉空氣內(nèi)能增大C.封閉空氣的壓強(qiáng)變大D.封閉空氣從外界吸收了熱量5.(2024廣東廣州模擬)如圖所示,固定在鐵架臺(tái)上的燒瓶,通過(guò)橡膠塞連接一根水平玻璃管,向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶,會(huì)觀(guān)察到水柱緩慢向外移動(dòng),關(guān)于燒瓶?jī)?nèi)的氣體,下列說(shuō)法正確的是()A.氣體的壓強(qiáng)變小B.氣體的體積變小C.氣體對(duì)外界做功D.氣體的內(nèi)能減小6.(2024廣東韶關(guān)一模)一自熱米飯盒如圖所示,盒內(nèi)有一個(gè)發(fā)熱包,遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生大量熱量,蓋上盒蓋便能在10~15分鐘內(nèi)加熱食品。自熱米飯盒的蓋子上有一個(gè)透氣孔,如果透氣孔堵塞,容易造成小型爆炸,下列說(shuō)法正確的是()A.飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,則盒內(nèi)每一個(gè)氣體分子速率都增大了B.飯盒爆炸是盒內(nèi)氣體溫度升高,氣體壓強(qiáng)增大導(dǎo)致的結(jié)果C.在飯盒爆炸的瞬間,外界對(duì)盒內(nèi)氣體做正功D.在飯盒爆炸的瞬間,盒內(nèi)氣體溫度急劇升高題組三熱力學(xué)定律與氣體圖像的結(jié)合問(wèn)題7.(2024黑龍江大慶統(tǒng)考一模)一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,該氣體的熱力學(xué)溫度T與壓強(qiáng)p的變化關(guān)系如T-p圖像中從a到b的線(xiàn)段所示。在此過(guò)程中()A.外界一直對(duì)氣體做正功B.所有氣體分子的動(dòng)能都一直減小C.氣體一直對(duì)外界放熱D.氣體放出的熱量等于外界對(duì)其做的功8.(2024福建寧德模擬)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過(guò)程,其中ba的延長(zhǎng)線(xiàn)通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),a、b、c、d四個(gè)狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)與溫度如圖所示,則()A.氣體在ab過(guò)程中內(nèi)能的增加量小于cd過(guò)程中內(nèi)能的減少量B.氣體在ab過(guò)程中吸收的熱量大于cd過(guò)程中放出的熱量C.氣體在bc過(guò)程中體積的變化量小于da過(guò)程中體積的變化量D.氣體在bc過(guò)程中體積的變化量等于da過(guò)程中體積的變化量綜合提升練9.(2024廣東廣州華南師大附中校考)房間的溫度t1=33℃時(shí),室內(nèi)空氣的總質(zhì)量為m,現(xiàn)打開(kāi)空調(diào)使室內(nèi)溫度降到t2=27℃。已知室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變,視為理想氣體,則下列說(shuō)法正確的是()A.熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不違背熱力學(xué)第二定律B.溫度降低的過(guò)程中,室內(nèi)氣體的總質(zhì)量不斷減小C.溫度降低至27℃時(shí),室內(nèi)氣體的質(zhì)量為300306D.溫度降低后,氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)墻壁單位面積的撞擊次數(shù)減少10.(2024廣東四校聯(lián)考一模)一定質(zhì)量的理想氣體被一個(gè)質(zhì)量為m=5kg、橫截面積為S=25cm2的活塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi)。汽缸壁導(dǎo)熱良好,活塞可沿汽缸壁無(wú)摩擦地滑動(dòng)。開(kāi)始時(shí)活塞下表面相對(duì)于汽缸底部的高度為25cm,外界的溫度為27℃;現(xiàn)將一物塊輕放在活塞的上表面,平衡時(shí),活塞下降了5cm。已知外界大氣壓強(qiáng)為p0=1×105Pa,重力加速度大小g取10m/s2。求:(1)初始狀態(tài)封閉氣體的壓強(qiáng);(2)物塊的質(zhì)量m'。11.如圖所示,內(nèi)壁光滑的汽缸豎直放置在水平桌面上,用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體。活塞上表面水平,下表面傾斜,傾斜面與左壁的夾角為θ,質(zhì)量為20kg,活塞的上表面的面積為S=2×10-3m2,狀態(tài)A體積為VA=4×10-4m3,溫度為T(mén)A=300K,大氣壓強(qiáng)p0=1×105Pa,當(dāng)對(duì)氣體緩慢加熱,氣體從狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B時(shí),活塞上界面上移h=10cm,氣體吸收熱量280J。(1)氣體達(dá)到狀態(tài)B時(shí)的溫度為多少?(2)氣體從狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B過(guò)程中內(nèi)能改變了多少?參考答案第5講熱力學(xué)定律能量守恒定律1.B解析由于爬山過(guò)程中氣體體積不變,故氣體不對(duì)外做功,故A錯(cuò)誤;爬山過(guò)程中溫度降低,則氣體內(nèi)能減小,故B正確;根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU=W+Q,爬山過(guò)程中氣體不做功,但內(nèi)能減小,故可知?dú)怏w放出熱量,故C錯(cuò)誤;爬山過(guò)程中氧氣瓶里的氣體容積質(zhì)量均不變,溫度減小,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有pVT=C,可知?dú)怏w壓強(qiáng)減小,故D2.A解析使水凝固成雪的過(guò)程中,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W高壓的混合水氣噴出后,體積膨脹,對(duì)外做功,與外界來(lái)不及進(jìn)行熱交換,因此內(nèi)能減小,溫度降低,凝固成雪花,則根據(jù)凝雪原理可知,外界的溫度可以高于混合水氣的溫度,故A錯(cuò)誤,C正確;對(duì)混合水氣加壓越大,噴得越遠(yuǎn),噴出后對(duì)外做功越多,越是加速雪的形成,雪質(zhì)越好,故B、D正確。3.B解析空調(diào)的工作原理對(duì)應(yīng)的是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述,A錯(cuò)誤;空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳導(dǎo)給高溫物體,但在其他能力干預(yù)下,可以從低溫物體傳導(dǎo)給高溫物體,B正確;此原理圖中的Q1=Q2+W,C錯(cuò)誤;此原理圖說(shuō)明在外界干預(yù)下,熱量能從低溫物體傳導(dǎo)給高溫物體,D錯(cuò)誤。4.C解析當(dāng)將沙子緩慢倒在汽缸活塞上時(shí),氣體被壓縮,外界對(duì)氣體做功,但由于汽缸導(dǎo)熱,且浸在盛有大量冰水混合物的水槽中,因此缸內(nèi)氣體的溫度不變,則可知?dú)怏w的內(nèi)能不變,而溫度是衡量分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度不變則分子平均動(dòng)能不變,故A、B錯(cuò)誤;外界對(duì)氣體做功,氣體的體積減小,單位體積內(nèi)的分子數(shù)目增多,而汽缸導(dǎo)熱,溫度不變,氣體分子平均運(yùn)動(dòng)速率不變,則可知比起之前的狀態(tài),單位時(shí)間內(nèi)單位體積的分子對(duì)器壁的碰撞次數(shù)增加,因此封閉氣體的壓強(qiáng)增大,故C正確;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,由于汽缸導(dǎo)熱,封閉氣體的溫度不變,即內(nèi)能不變,而外界又對(duì)氣體做功,因此氣體要向外界放熱,故D錯(cuò)誤。5.C解析由于水柱處于水平玻璃管中,對(duì)水柱分析可知,燒瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)始終等于大氣壓強(qiáng),即氣體的壓強(qiáng)不變,A錯(cuò)誤;根據(jù)上述可知,該過(guò)程是等壓變化,手捂住燒瓶,溫度升高,則氣體體積增大,B錯(cuò)誤;氣體體積增大,氣體對(duì)外界做功,C正確;氣體溫度升高,氣體內(nèi)能增大,D錯(cuò)誤。6.B解析飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大,但不是盒內(nèi)每一個(gè)氣體分子速率都增大了,故A錯(cuò)誤;飯盒爆炸前,盒內(nèi)氣體溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大,所以氣體壓強(qiáng)增大導(dǎo)致飯盒爆炸,故B正確;在飯盒爆炸的瞬間,氣體體積增大,氣體對(duì)外界做正功,故C錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,爆炸前氣體溫度升高,內(nèi)能增大,在飯盒爆炸的瞬間,氣體對(duì)外界做功,其內(nèi)能應(yīng)減小,盒內(nèi)氣體溫度急劇下降,故D錯(cuò)誤。7.C解析根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,可得T=pVC,圖像是過(guò)原點(diǎn)的一條直線(xiàn),所以氣體做等容變化,氣體不對(duì)外界做功,外界也不對(duì)氣體做功,故A、D錯(cuò)誤;理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,溫度降低,分子的平均動(dòng)能減小,但不是所有氣體分子的動(dòng)能都一直減小,故B錯(cuò)誤;理想氣體溫度降低,內(nèi)能減小,但氣體不做功,所以氣體要向外界放熱,故8.C解析氣體在ab、cd過(guò)程溫度變化量相同,則氣體在ab過(guò)程中內(nèi)能的增加量等于cd過(guò)程中內(nèi)能的減少量,故A錯(cuò)誤;ab過(guò)程中體積不變,則Wab=0,cd過(guò)程中體積減小,則Wcd>0,則ab過(guò)程中吸收的熱量Qab=ΔUab,cd過(guò)程中放出的熱量為Qcd=ΔUcd+Wcd,其中ΔUab=ΔUcd,ab過(guò)程中吸收的熱量小于cd過(guò)程中放出的熱量,故B錯(cuò)誤;氣體在bc過(guò)程是等溫壓縮,壓強(qiáng)增大到b狀態(tài)的1.5倍,則體積變?yōu)閎狀態(tài)的23;da過(guò)程是等溫膨脹,壓強(qiáng)變?yōu)閐狀態(tài)壓強(qiáng)的12,則體積變?yōu)閐狀態(tài)體積的2倍;因ab兩狀態(tài)體積相等,設(shè)為V,則c狀態(tài)體積為23V,d狀態(tài)體積為12V,氣體在bc過(guò)程中體積的變化量小于da過(guò)程中體積的變化量,故9.A解析空調(diào)能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,但要消耗電能,因此遵循熱力學(xué)第二定律,A正確;由于室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)、體積不變,溫度降低,根據(jù)pV=nRT可知溫度降低的過(guò)程中,室內(nèi)氣體的總質(zhì)量不斷增大,室內(nèi)空氣的密度增大,則氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)墻壁單位面積的撞擊次數(shù)增多,B、D錯(cuò)誤;設(shè)氣體的摩爾質(zhì)量為M,根據(jù)pV=nRT有mMR(33+273)=m'MR(27+273),解得m'=30610.答案(1)1.2×105Pa(2)7.5kg解析(1)設(shè)初始汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,放上物塊后穩(wěn)定時(shí),汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2,根據(jù)平衡條件得p1S=p0S+mg解得p1=1.2×105Pa。(2)初始?xì)庵L(zhǎng)度h1=25cm,再次穩(wěn)定后氣柱長(zhǎng)度h2=25cm-5cm=20cm由玻意耳定律得p1h1S=p