课时作业43 热力学定律与能量守恒定律时间：45分钟1．(多选)关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是( BDE )A．气体体积增大时，其内能一定减少B．外界对气体做功，气体内能可能减少C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．气体温度升高，其分子平均动能一定增加E．气体温度升高，气体可能向外界放热解析：做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，选项A、C错误，B正确．温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，其分子平均动能一定增加，内能增加，若外界对气体做的功大于内能的增加量，则气体向外放热，故D、E正确．2．(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是( ABD )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，选项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，选项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，故选项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，故选项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，故选项E错误．3．(多选)下列对热力学定律的理解正确的是( ACE )A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功B．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能C．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D．热量不可能由低温物体传给高温物体E．如果物体从外界吸收了热量，物体的内能也可能减少解析：在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，选项A正确；由热力学第一定律可知，当W≠0，Q≠0时，ΔU＝W＋Q可以等于0，选项B错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，选项C正确；热量可以由低温物体传给高温物体，选项D错误；物体从外界吸收热量，可能同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，选项E正确．4．(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是( ADE )A．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大20JB．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少
C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体D．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律E．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律解析：根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，故选项A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，选项B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，选项C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故选项D正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，选项E正确．5．(多选)如图所示，一个封闭的绝热汽缸，被中间的挡板分割成左右相等的两部分．左边充满一定量的某种理想气体，右边真空．现将中间的挡板移去，待气体稳定后，则( ADE )A．气体的温度不发生变化B．因为气体的体积膨胀了，所以内能降低C．气体分子的平均动能减小D．虽然气体的体积膨胀了，但是没有对外做功E．气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半解析：
气体在向真空膨胀的过程中没有力的作用，所以不做功，绝热过程，内能不变，故温度不变，故A正确，B错误，D正确；温度是分子热运动平均动能的标志，温度不变，故分子的平均动能不变，故C错误；气体的温度不变，体积增加为2倍，故分子热运动的平均动能不变，分子数密度减小为一半，故气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半，故E正确．6．(多选)如图所示，pV图中的每个方格均为正方形，一定质量的理想气体从a状态沿直线变化到b状态，再沿直线变化到c状态，最后沿直线回到a状态，则下列说法正确的是( ACD )A．从a状态变化到b状态的过程中气体分子的平均动能先增大后减小B．从a状态变化到b状态的过程中气体的密度不断增大C．从b状态变化到c状态的过程中气体一定吸热D．从c状态变化到a状态的过程中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功E．从c状态变化到a状态的过程中气体的内能不断增大解析：根据理想气体状态方程＝C，从a状态变化到b状态的过程中pV值先增大后减小，温度T也先增大后减小，对理想气体，温度越高，分子平均动能越大，A正确；从a状态变化到b状态的过程中气体的体积V不断增大，气体的密度不断减小，B错误；从b状态变化到c状态的过程中气体做等容变化，外界对气体做的功W＝0，根据查理定律知气体温度不断升高，ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q>0，即气体一定吸热，C正确；从c状态变化到a状态的过程中气体等压压缩，外界对气体做的功W>0，根据盖—吕萨克定律知温度降低，ΔU0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q>0，气体吸收热量，故A正确；由状态B到状态C的过程中，温度不变，内能不变，ΔU＝0，体积变大，气体对外界做功，W0，气体从外界吸收热量，故B错误；气体从状态C到状态D发生等容变化，根据查理定律知p∝T，TC>TD，所以pC>pD，即C状态时气体的压强大于D状态时气体的压强，故C错误；A点和D点在过原点的直线上，说明气体由状态A到状态D压强不变，体积增大，分子的密集程度减小，所以D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态时少，故D正确；根据动量定理知，F＝，压强p＝，所以p＝，因为气体在状态D和状态A压强相等，所以相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量相等，故E正确．9．(2019·河南模拟)如图所示为一定质量的理想气体发生三个状态变化过程的pV图象，其中，BC段对应的是反比例函数图象的一部分，若气体在状态A时的温度为T0，求：
(1)气体在状态C时的温度和体积；(2)若气体从B到C的过程中放出的热量为Q，则气体在A→B→C→A的过程中是吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？解析：(1)由于BC段对应的是反比例函数图象的一部分，由理想气体状态方程可知，此过程为等温变化过程，所以TB＝TC气体在A→B过程为等容过程，有＝，解得TB＝T0＝TC在B→C过程为等温过程，有3p0Vc＝p0V0，求得Vc＝V0(2)气体在B→C的过程中温度不变，则内能不变，由于放出热量为Q，根据热力学第一定律可知，此过程外界对气体做功为WBC＝Q气体在A→B→C→A的过程中内能不变，从A到B不做功，即WAB＝0，从C到A气体对外做功为WCA＝pC(VA－VC)，解得WCA＝2p0V0由pV图象面积法可知，气体对外做功大于外界对气体做功，即WCA>WBC，根据热力学第一定律可得气体在A→B→C→A的过程中吸收热量，吸收热量为Q′＝2p0V0－Q答案：(1)T0 V0 (2)吸热，2p0V0－Q10．(2018·全国卷Ⅱ)如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的理想气体．已知活塞质量为
m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦．开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为T0.现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处．求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功．重力加速度大小为g.解析：本题考查气体实验定律等知识．开始时活塞位于a处，加热后，汽缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动，设此时汽缸中气体的温度为T1，压强为p1，根据查理定律有＝①根据力的平衡条件有p1S＝p0S＋mg②联立①②式可得T1＝T0③此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b处，设此时汽缸中气体的温度为T2；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2.根据盖—吕萨克定律有＝④式中V1＝SH⑤V2＝S(H＋h)⑥联立③④⑤⑥式解得T2＝T0⑦从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为W＝(p0S＋mg)h⑧
答案：T0 (p0S＋mg)h
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