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考點規范練45　熱力學定律
一、單項選擇題
1.在一鍋正在沸騰的水中,一個小氣泡由底層緩慢地升到液面,上升過程中氣泡的壓強不斷減小,則氣泡在上升過程中(　　)
A.內能增大 B.內能減小
C.外界對氣泡做功 D.吸收熱量
2.對于一定質量的理想氣體,下列說法正確的是(　　)
A.保持氣體的壓強不變,改變其溫度,可以實現其內能不變
B.若氣體的溫度逐漸升高,則其壓強可以保持不變
C.氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量與氣體經歷的過程無關
D.當氣體體積逐漸增大時,氣體的內能一定減小
3.下列說法正確的是(　　)
A.因為能量守恒,所以能源危機是不可能的
B.摩擦力做功的過程,必定有機械能轉化為內能
C.熱力學第二定律可表述為所有自發的熱現象的宏觀過程都具有方向性
D.第二類永動機不可能制造成功的原因是違背了能量守恒定律
4.如圖所示,在實驗室某同學用導熱性能良好的汽缸和活塞將一定質量的理想氣體密封在汽缸內(活塞與汽缸之間無摩擦)。用滴管將水緩慢滴在活塞上,在此過程中(　　)
A.氣體對外界做功,氣體內能減小 B.外界對氣體做功,氣體內能增加
C.外界對氣體做功,氣體內能不變 D.氣體從外界吸熱,氣體內能不變
5.如圖所示,水平放置的封閉絕熱汽缸,被一鎖定的絕熱活塞分為容積相等的a、b兩部分。已知a部分氣體為1 mol氧氣,b部分氣體為2 mol氧氣,兩部分氣體溫度相等,均可視為理想氣體。解除鎖定,活塞滑動一段距離后,兩部分氣體各自再次達到平衡態時,它們的體積分別為Va、Vb,溫度分別為Ta、Tb。下列說法正確的是(　　)
A.Va>Vb,Ta>Tb B.Va>Vb,TaC.VaTb
二、多項選擇題
6.如圖所示,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側充有理想氣體,壓強為p,隔板右側與絕熱活塞之間是真空。現將隔板抽開,氣體會自由擴散至整個汽缸。待氣體達到穩定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來的體積。假設系統不漏氣。下列說法正確的是(　　)
A.氣體自由擴散過程中,壓強減小,內能不變
B.氣體自由擴散過程中,對外做功,內能變小,溫度降低
C.氣體被壓回到原來的體積時的壓強大于p
D.氣體在被壓縮的過程中,外界對氣體做功,內能增大
7.如圖所示,一定質量的理想氣體從狀態a開始,經歷過程①、②、③、④到達狀態e。對此氣體,下列說法正確的是(　　)
A.過程①中氣體的壓強逐漸減小 B.過程②中氣體對外界做正功
C.過程④中氣體從外界吸收了熱量 D.狀態c、d的內能相等
8.如圖所示,試管的一端插在水銀槽中,另一端封閉有理想氣體。試管內有一段水銀柱,降低封閉氣體溫度,以下說法正確的是 (　　)
A.試管中的水銀柱高度下降
B.封閉氣體壓強減小
C.封閉氣體的體積與壓強乘積變大
D.氣體內能的變化值小于氣體放出的熱量
9.標準大氣壓下,1 g水在沸騰時吸收了2 260 J的熱量后變成同溫度的水蒸氣,對外做了170 J的功。已知阿伏加德羅常數NA=6.0×1023 mol-1,水的摩爾質量M=18 g/mol。下列說法正確的是(　　)
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2 090 J
D.在整個過程中能量是不守恒的
三、非選擇題
10.如圖所示,導熱性能良好的汽缸高l=50 cm,開口向上置于水平地面上。汽缸中有橫截面積S=10 cm2、質量m=2 kg的光滑活塞,開始時活塞正好位于汽缸頂部將一定質量的理想氣體封閉在汽缸內。外界溫度t0=27 ℃、大氣壓p0=1×105 Pa,汽缸和活塞的厚度均可忽略不計,g取10 m/s2。
(1)將汽缸固定在地面上,如果氣體溫度保持不變,在活塞上輕輕放一個物體,活塞下降并穩定停在距離底部l處,求所放物體的質量。
(2)放上物體并穩定后,外界溫度緩慢升高,使活塞重新上升l0=4 cm,則此時外界溫度為多少 若該過程中氣體內能增加5 J,則該過程中氣體吸收的熱量是多少
考點規范練45　熱力學定律
1.D　解析:在沸騰的水中,此環境下,氣泡的溫度恒定,則氣泡的內能不變,故A、B錯誤。根據玻意耳定律,pV=C,氣泡在上升過程中,壓強減小,則體積增大,即氣泡對外做功,故C錯誤。通過上述分析,得知氣泡內能不變,且對外做功,根據ΔU=W+Q,則氣泡吸收了熱量,故D正確。
2.B　解析:一定質量的理想氣體的內能僅決定于溫度,A錯誤。一定質量的理想氣體可以經歷等壓膨脹的過程,溫度升高,壓強不變,B正確。做功和熱傳遞都可以改變氣體的內能,做功和熱傳遞使氣體溫度升高1 K,氣體吸收的熱量不同,C錯誤。氣體體積增大時,溫度可能不變,可能升高,也可能降低,D錯誤。
3.C　解析:雖然能量守恒,但有些能量是可利用的,有些是不容易利用的,因此能源危機是存在的,A錯誤。摩擦力做功的過程,如果沒有發生相對滑動,就沒有機械能轉化為內能,B錯誤。熱力學第二定律可表述為所有自發的熱現象的宏觀過程都具有方向性,C正確。第二類永動機不可能制造成功的原因是違背了熱力學第二定律,D錯誤。
4.C　解析:將水緩慢滴在活塞上,壓縮氣體,氣體的體積減小,外界對氣體做功,W為正值,由導熱性能良好知氣體的溫度不變,內能不變,據熱力學第一定律W+Q=ΔU,得Q為負值,氣體放熱,選項C正確。
5.D　解析:解除鎖定前,兩部分氣體溫度相同,體積相同,由pV=nRT可知b部分氣體壓強大,故活塞左移,平衡時VaTb。
6.ACD　解析:抽開隔板時,由于右方是真空,氣體做自由擴散,氣體沒有對外做功,又沒有熱傳遞,則根據熱力學第一定律ΔU=Q+W可知,氣體的內能不變,由于體積增大,壓強變小,B錯誤,A正確。氣體被壓縮過程中,外界對氣體做功,根據熱力學第一定律ΔU=Q+W,氣體內能增大,溫度升高,體積減小,根據=C,可知壓強變大,C、D正確。
7.BD　解析:過程①是等容變化,溫度升高,壓強增大,故A項錯誤。過程②中,體積增大,氣體對外做功,故B項正確。過程④是等容變化,溫度降低,放出熱量,故C項錯誤。過程③是等溫變化,溫度不變,故狀態c、d的內能相等,故D項正確。
8.BD　解析:根據理想氣體狀態方程=C可知,降低封閉氣體溫度,封閉氣體的體積與壓強乘積變小;如果封閉氣體體積不變,降低封閉氣體溫度,壓強減小,則試管中的水銀柱高度上升,故A、C錯誤,B正確。由熱力學第一定律ΔU=Q+W可知,由于降低封閉氣體溫度過程中外界對氣體做功,則氣體內能的變化值小于氣體放出的熱量,故D正確。
9.AC　解析:液體變成氣體后,分子間的平均距離增大了,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,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=2 260 J-170 J=2 090 J,即水的內能增大2 090 J,則水分子的總勢能增大了2 090 J,C正確。在整個過程中能量是守恒的,D錯誤。
10.解析:(1)開始時,V1=l1S,壓強為p1=p0+=1.2×105 Pa①
活塞下移到時,V2=S
設此時氣體的壓強為p2,對所封閉的氣體,活塞向下移動時,氣體發生等溫變化
根據玻意耳定律有p1V1=p2V2 ②
解得p2=1.5×105 Pa③
設所放物體的質量為m',此時對活塞有p2S=p0S+mg+m'g ④
解得m' =3 kg。
(2)對所封閉的氣體,開始時V2=S,T2=300 K
溫度升高后V3=S
設此時的溫度為T3,此過程為等壓過程,根據 ⑤
解得T3=330 K=57 ℃⑥
該過程中氣體對活塞做功,得W=-p2SΔl ⑦
由熱力學第一定律可得ΔU=W+Q ⑧
解得Q=11 J。 ⑨
答案:(1)3 kg　(2)57 ℃　11 J
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