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文檔簡介
基礎課3熱力學定律與能量守恒定律一、選擇題(以下每小題均為多項選擇題)1.下列關于熱力學第二定律的說法中正確的是() A.所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發生 B.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的 C.機械能可以全部轉化為內能,但內能無法全部用來做功而轉化成機械能 D.氣體向真空的自由膨脹是可逆的 E.熱運動的宏觀過程有一定的方向性 解析符合能量守恒定律,但違背熱力學第二定律的宏觀過程不能發生,選項A錯誤;一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的,選項B正確;機械能可以全部轉化為內能,但內能無法全部用來做功而轉化成機械能,選項C正確;氣體向真空的自由膨脹是不可逆的,選項D錯誤;熱運動的宏觀過程有一定的方向性,選項E正確。 答案BCE2.下列對熱學相關知識的判斷中正確的是() A.對一定質量的氣體加熱,其內能一定增大 B.物體溫度升高時,物體內的每個分子的速率都將增大 C.對一定質量的理想氣體,當它的壓強、體積都增大時,其內能一定增大 D.功轉化為熱的實際宏觀過程是不可逆過程 E.自然界中的能量雖然是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,故要節約能源 解析氣體內能變化由做功和熱傳遞共同決定,A錯誤;溫度升高,分子的平均動能增大,部分分子速率也會減小,B錯誤;理想氣體壓強和體積增大,溫度一定增大,內能一定增大,C正確;一切涉及熱現象的宏觀過程都是不可逆的,D正確;自然界中的能量在數量上是守恒的,但能量在轉化過程中,品質逐漸降低,可利用的能量在逐漸減少,故要節約能源,E正確。 答案CDE3.關于物體的內能,以下說法中正確的是() A.物體吸收熱量,內能一定增大 B.物體放出熱量,同時對外做功,內能一定減少 C.物體體積改變,內能可能不變 D.不可能從單一熱源吸收熱量,使之完全變為功 E.質量相同的0℃的水的內能比0℃的冰的內能大 解析物體吸收熱量,若同時對外做功,其內能可能減少,選項A錯誤;根據熱力學第一定律,物體放出熱量,同時對外做功,內能一定減少,選項B正確;物體體積改變,例如理想氣體體積改變,只要溫度不變,其內能不變,選項C正確;可以從單一熱源吸收熱量,使之完全變為功,但是會引起其他變化,選項D錯誤;0℃的水變成0℃的冰需要放出熱量,故質量相同的0℃的水的內能比0℃的冰的內能大,選項E正確。 答案BCE4.夏天,小明同學把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時候,會覺得從輪胎里噴出的氣體涼,如果把輪胎里的氣體視為理想氣體,則關于氣體噴出的過程,下列說法正確的是() A.氣體的內能減少 B.氣體的內能不變 C.氣體來不及與外界發生熱交換,對外做功,溫度降低 D.氣體膨脹時,熱量散得太快,使氣體溫度降低了 E.氣體分子的平均動能減小 解析氣體噴出時,來不及與外界交換熱量,發生絕熱膨脹,Q=0,對外做功,熱力學第一定律的表達式為W=ΔU,內能減少,溫度降低,溫度是分子平均動能的標志,則A、C、E正確。 答案ACE5.(2017·河南、河北、山西聯考)下列說法正確的是() A.分子間距離增大時,分子間的引力減小,斥力增大 B.當分子間的作用力表現為引力時,隨分子間距離的增大分子勢能增大 C.一定質量的理想氣體發生等溫膨脹,一定從外界吸收熱量 D.一定質量的理想氣體發生等壓膨脹,一定向外界放出熱量 E.熵的大小可以反映物體內分子運動的無序程度 解析分子間距離增大時,分子間的引力和斥力均減小,選項A錯誤;當分子間的作用力表現為引力時,隨分子間距離的增大分子勢能增大,選項B正確;一定質量的理想氣體發生等溫膨脹,溫度不變,內能不變,對外做功,一定從外界吸收熱量,選項C正確;一定質量的理想氣體發生等壓膨脹,對外做功,根據蓋—呂薩克定律,等壓膨脹,溫度一定升高,內能增大,一定吸收熱量,選項D錯誤;熵是系統內分子運動無序性的量度,其大小可以反映物體內分子運動的無序程度,選項E正確。 答案BCE6.下列有關熱學的說法中正確的是() A.氣體放出熱量,其分子的平均動能一定減小 B.氣體溫度升高,分子的平均動能一定增大 C.隨著科技的進步,物體的溫度可以降低到-300℃ D.熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體 E.對物體做功,物體的內能可能減小 解析由熱力學第一定律可知,氣體放出熱量,其內能不一定減小,溫度不一定降低,故分子平均動能不一定減小,選項A錯誤;溫度是分子平均動能的標志,溫度越高,分子的平均動能越大,選項B正確;根據熱力學第三定律可知,絕對零度(-273℃)是不可能達到的,所以-300℃是不可能達到的,選項C錯誤;在一定的條件下,熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體,選項D正確;根據熱力學第一定律可知,對物體做功的同時,若物體向外界放出熱量,其內能可能減小,選項E正確。 答案BDE7.在一個標準大氣壓下,1g水在沸騰時吸收了2260J的熱量后變成同溫度的水蒸氣,對外做了170J的功。已知阿伏加德羅常數NA=6.0×1023mol-1,水的摩爾質量M=18g/mol。下列說法中正確的是() A.分子間的平均距離增大 B.水分子的熱運動變得更劇烈了 C.水分子總勢能的變化量為2090J D.在整個過程中能量是不守恒的 E.1g水所含的分子數為3.3×1022個 解析液體變成氣體后,分子間的平均距離增大了,選項A正確;溫度是分子熱運動劇烈程度的標志,由于兩種狀態下的溫度是相同的,故兩種狀態下水分子熱運動的劇烈程度是相同的,選項B錯誤;水發生等溫變化,分子平均動能不變,因水分子總數不變,分子的總動能不變,根據熱力學第一定律ΔU=Q+W,可得水的內能的變化量ΔU=2260J-170J=2090J,即水的內能增大2090J,則水分子的總勢能增大了2090J,選項C正確;在整個過程中能量是守恒的,選項D錯誤;1g水所含的分子數為n=eq\f(m,M)NA=eq\f(1,18)×6.0×1023=3.3×1022(個),選項E正確。 答案ACE二、非選擇題8.如圖1所示,為測量大氣壓強的實驗裝置,將一定質量的氣體密封在燒瓶內,燒瓶通過細玻璃管與注射器和裝有水銀的U形管連接,最初豎直放置的U形管兩臂中的水銀柱等高,燒瓶中氣體體積為800mL;現用注射器緩慢向燒瓶中注入200mL的水,穩定后兩臂中水銀面的高度差為25cm,不計玻璃管中氣體的體積,環境溫度不變。求圖1 (1)大氣壓強p0(用“cmHg”做壓強單位); (2)此過程中外界對燒瓶內的氣體________(填“做正功”、“做負功”、“不做功”),氣體將________(填“吸熱”或“放熱”)。 解析(1)設大氣壓強為p0 初狀態:p1=p0,V1=800mL 注入水后:p2=p0+p,V2=600mL 由玻意耳定律得:p1V1=p2V2 解得:p0=75cmHg。 (2)氣體體積減小,外界對氣體做正功,溫度不變,氣體的內能不變,由熱力學第一定律知,應對外放熱。 答案(1)75cmHg(2)做正功放熱9.一定質量的氣體,在從狀態1變化到狀態2的過程中,吸收熱量280J,并對外做功120J,試問: (1)這些氣體的內能怎樣發生變化?變化了多少? (2)如果這些氣體又返回原來的狀態,并放出了240J熱量,那么在返回的過程中是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做功多少? 解析(1)由熱力學第一定律可得ΔU=W+Q=-120J+280J=160J,氣體的內能增加了160J。 (2)由于氣體的內能僅與狀態有關,所以氣體從狀態2回到狀態1的過程中內能應減少,其減少量應等于從狀態1到狀態2的過程中內能的增加量,則從狀態2到狀態1的內能應減少160J,即ΔU′=-160J,又Q′=-240J,根據熱力學第一定律得:ΔU′=W′+Q′,所以W′=ΔU′-Q′=-160J-(-240J)=80J,即外界對氣體做功80J。 答案(1)增加160J(2)外界對氣體做功80J10.(2016·山西忻州一中等四校聯考)一定質量的理想氣體從狀態A變化到狀態B再變化到狀態C,其狀態變化過程的p-V圖象如圖2所示。已知該氣體在狀態A時的溫度為27℃。圖2 (1)求該氣體在狀態B、C時的溫度; (2)該氣體從狀態A到狀態C的過程中是吸熱還是放熱?傳遞的熱量是多少? 解析(1)氣體從狀態A到狀態B做等容變化,由查理定律有eq\f(pA,TA)=eq\f(pB,TB),解得TB=200K,即tB=-73℃; 氣體從狀態B到狀態C做等壓變化,由蓋-呂薩克定律有eq\f(VB,TB)=eq\f(VC,TC),解得TC=300K,即tC=27℃。 (2)因為狀態A和狀態C溫度相等,且理想氣體的內能是所有分子的動能之和,溫度是分子平均動能的標志,所以在這個過程中ΔU=0, 由熱力學第一定律ΔU=Q+W得Q=-W。 在整個過程中,氣體在B到C過程對外做功,故 W=-pBΔV=-200J。 即Q=-W=200J,是正值,所以氣體從狀態A到狀態C過程中是吸熱,吸收的熱量Q=200J。 答案(1)-73℃27℃(2)吸收熱量200J11.(2017·濰坊模擬)如圖3所示在絕熱汽缸內,有一絕熱輕活塞封閉一定質量的氣體,開始時缸內氣體溫度為27℃,封閉氣柱長9cm,活塞橫截面積S=50cm2?,F通過汽缸底部電阻絲給氣體加熱一段時間,此過程中氣體吸熱22J,穩定后氣體溫度變為127℃。已知大氣壓強等于105Pa,求:圖3 (1)加熱后活塞到汽缸底端的距離; (2)此過程中氣體內能改變了多少。 解析(1)取被封閉的氣體為研究的對象,開始時氣體的體積為L1S,溫度為:T1=(273+27)K
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