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1　功、热和内能的改变
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　做功与内能的改变
1.(4分) 如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气,然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内迅速打气,当打到某一状态时,瓶塞会跳起来。当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”。对于“白雾”的形成,下列说法正确的是(　　)
[A] 这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
[B] 这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
[C] 这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
[D] 瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴
【答案】 D
【解析】 当用打气筒向瓶内迅速打气时,外界对系统做功,使系统的内能增加,温度升高,压强增大,在塞子突然跳起时,气体绝热膨胀对外做功,内能减少,温度下降,瓶内水蒸气有一部分被液化成小水滴,形成“白雾”,故选项D正确,A、B、C错误。
2.(4分)礼花喷射器原理如图,通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击,将纸管里填充的礼花彩条喷向高处,营造气氛。喷出礼花彩条的过程可视为绝热过程,则罐内气体(　　)
[A] 温度保持不变
[B] 内能减少
[C] 分子热运动加剧
[D] 通过传热方式改变自身的内能
【答案】 B
【解析】 高压气体膨胀对外做功,气体内能转化为礼花彩条的机械能,气体内能减少,温度降低,分子热运动减慢,故A、C错误,B正确;气体对外做功,内能减少,这是通过做功的方式改变自身的内能,故 D错误。
3.(6分)(多选)下列所述现象中,通过做功改变物体内能的是(　　)
[A] 太阳把地面晒热
[B] 刹车时轮胎变热
[C] 汽缸内的气体被压缩,气体温度升高
[D] 用砂轮磨刀具时,刀具温度升高
【答案】 BCD
【解析】 太阳把地面晒热是热辐射,温差导致传热,故A错误;刹车时轮胎变热,是机械能转化为内能,是通过做功改变物体的内能,故B正确;汽缸内气体被压缩,气体温度升高,是机械能转化为内能,是通过做功改变物体的内能,故C正确;用砂轮磨刀具时,刀具温度升高,是机械能转化为内能,是通过做功改变物体的内能,故D正确。
考点二　传热与内能的改变
4.(4分)如图所示,太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高,这种改变水的内能的方式是(　　)
[A] 做功
[B] 传热
[C] 既有做功也有传热
[D] 电流的热效应
【答案】 B
【解析】 太阳能热水器是通过吸收太阳能,即通过传热的方式使水温度升高,故选B。
5.(6分)(多选)关于传热,下列说法正确的是(　　)
[A] 传热的实质是能量的传递
[B] 物体间存在着温度差,才能发生传热
[C] 传热可以在任何情况下进行
[D] 物体内能发生改变,一定是吸收或放出了热量
【答案】 AB
【解析】 传热的实质是能量的传递,故A正确;物体间存在着温度差,才能发生传热,故B正确;传热必须在有温度差的情况下进行,故C错误;物体的内能发生了改变,可能是发生了传热,也可能是做功导致的,故D错误。
6.(4分)下列各事例通过传热改变物体内能的是(　　)
[A] 加工产品零件时,车床上车刀切削工件后发热
[B] 飞船返回地面过程中温度很高
[C] 用肥皂水淋车床车刀后车刀降温
[D] 搓搓手就会觉得手发热
【答案】 C
【解析】 车床上车刀切削工件后发热、飞船返回地面过程中温度很高、搓搓手就会觉得手发热都是通过做功的方式改变物体内能;用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过传热改变物体内能,选项C正确。
考点三　对内能与热量、温度及功的理解
7.(4分)关于内能、温度和热量,下列说法正确的是(　　)
[A] 物体的温度升高时,一定是吸收热量
[B] 物体沿斜面下滑时,内能将增大
[C] 物体沿斜面匀速下滑时,内能可能增大
[D] 内能总是从高温物体传递给低温物体,当内能相等时传热停止
【答案】 C
【解析】 物体的温度升高时,可能是外界对物体做了功,不一定是吸收热量,选项A错误;若斜面光滑,没有摩擦力做功,则物体的内能不会增大,选项 B错误;物体沿斜面匀速下滑时,可能有摩擦力做功将机械能转化为物体的内能,则物体的内能可能增大,选项C正确;在宏观自然过程中,热量总是从高温物体传递给低温物体,当温度相等时传热停止,选项
D错误。
8.(4分)关于系统的内能及其变化,下列说法正确的是(　　)
[A] 系统的温度改变时,其内能必定改变
[B] 系统对外做功,其内能不一定改变;系统向外传递热量,其内能不一定改变
[C] 对系统做功,系统内能必定改变;系统向外传出一定热量,其内能必定改变
[D] 若系统与外界不发生热交换,则系统的内能必定不改变
【答案】 B
【解析】 一定质量的物体组成的系统,其内能由温度和体积共同决定,系统的温度改变时,其内能不一定改变,故 A错误;系统对外做功的同时,如果从外界吸收热量或者同时有别的系统还对它做功,那么系统的内能就不一定改变;向系统传递热量的同时,如果系统同时放热或者它对别的系统做功,那么系统的内能也不一定改变,故B正确,C错误;不发生热交换的话,也可以是对外界做功或者外界对系统做功,同样可以改变系统的内能,故D错误。
综合提升练
9.(4分)下列关于做功和传热的说法正确的是(　　)
[A] 做功和传热都能引起系统内能的改变
[B] 只要外界对物体做功,物体的内能就一定改变
[C] 传热的条件是物体间存在内能差
[D] 做功和传热改变物体内能的实质是一样的
【答案】 A
【解析】 做功和传热都能引起系统内能的改变,效果相同,但它们的实质不同,做功是其他形式的能和内能之间的转化,而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移,A正确,D错误;因为热量交换情况未知,所以外界对物体做功,物体的内能不一定改变,B错误;传热的条件是物体间存在温度差,而不是存在内能差,C错误。
10.(4分)对于图片中所描述的物理过程,下列分析正确的是(　　)
　　　
甲 乙 丙 丁
[A] 图甲厚玻璃内的空气被压缩,空气的内能减少
[B] 图乙瓶子内的空气推动塞子跳起,空气的内能增大
[C] 图丙试管内的水蒸气推动塞子冲出去,水蒸气的内能减小
[D] 图丁汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
【答案】 C
【解析】 题图甲中,厚玻璃内的空气被压缩时,活塞对空气做功,瓶内空气温度升高,空气的内能增加,故A错误;题图乙中,瓶子内的空气推动塞子跳起时,空气对活塞做功,空气的内能减小,故B错误;题图丙中,试管内的水蒸气推动塞子冲出时,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减小,故C正确;题图丁中,汽缸内的气体推动活塞向下运动时(即做功冲程),内能转化为机械能,汽缸内气体的内能减小,故D错误。
11.(6分)若在绝热过程中对物体做1 500 J的功,可使物体温度升高 5 ℃;若改用单纯传热的方式,使物体温度同样升高5 ℃,那么物体应吸收　　　　 J的热量。如果先在绝热过程中对该物体做3 000 J的功,物体的温度升高10 ℃,再经过单纯的传热过程使物体放出600 J的热量,则物体的温度又降低　　　 　 ℃。
【答案】 1 500　2
【解析】 做功和传热在改变物体内能方面是等效的,因此若用传热的方式,也使物体温度升高 5 ℃,物体应吸收1 500 J的热量。若在绝热过程中对物体做功3 000 J,温度升高 10 ℃,则物体温度升高 1 ℃ 需要外界做功或吸收热量 300 J,因此物体在单纯的传热过程中放出600 J的热量,物体的温度降低2 ℃。
12.(10分)重庆大剧院全面用上“水空调”来让屋内“冬暖夏凉”,其原理是抽取水温约为 18 ℃ 的地下水来冷却室内空气,该过程是通过什么方式改变了空气的内能 1 000 kg的地下水温度上升2 ℃,可以吸收多少热量 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
【答案】 传热　8.4×106 J
【解析】 该过程是通过传热的方式改变了空气的内能;1 000 kg 的地下水温度上升2 ℃,可以吸收的热量为Q=c水m·Δt=4.2×103×1 000×2 J=8.4×106 J。2　热力学第一定律
3　能量守恒定律
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　热力学第一定律
1.(4分)如图所示,在某固定绝热容器中,左侧装有一定质量的某种理想气体,右侧为真空,某时刻把隔板抽掉,让左侧气体自由膨胀到右侧直至达到新的平衡,气体的温度(　　)
[A] 升高 [B] 不变
[C] 降低 [D] 无法确定
2.(4分)一定质量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量3×106 J,对外界做功1.2×106 J,则该理想气体的(　　)
[A] 温度升高,密度减小
[B] 温度降低,密度减小
[C] 温度升高,密度增大
[D] 温度降低,密度增大
3.(6分) (多选)如图所示为气压式升降椅的简易结构切面图,在汽缸和汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体,汽缸密封性和导热性良好,忽略一切摩擦。设无人坐座椅时,汽缸内气体的初始状态为A;有人慢慢地坐到座椅上后,双脚离地,椅面下降,汽缸内气体稳定后的状态为B;空调开启,室内温度下降至某值并保持恒温,汽缸内气体稳定后的状态为C;最后此人离开座椅,汽缸内气体稳定后的状态为D。关于汽缸内气体的描述,下列说法正确的是(　　)
[A] 状态A到B,外界对气体做功,气体内能一直增大
[B] 状态B到C,气体分子热运动的平均动能一定减小
[C] 状态C到D,气体对外界做功,气体从外界吸收热量
[D] 状态A与状态D的气体分子热运动的平均动能可能相等
4.(4分)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A到B和C到D为等温过程,B到C和D到A为绝热过程。该循环过程中,下列说法错误的是(　　)
[A] A到B过程中,气体对外界做功,吸热
[B] B到C过程中,气体分子的平均动能减小
[C] C到D过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化
[D] 该循环过程中,气体放热
5.(6分)(多选)下列关于能量守恒定律的认识,说法正确的是(　　)
[A] 石子从空中落下,最后静止在地面上,说明石子的能量消失了
[B] 对物体做功,物体的内能可能减小
[C] 某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
[D] 某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加
6.(4分)在一间隔热非常好的密闭房间中,把正在工作的电冰箱门打开,室内空气温度将(　　)
[A] 升高 [B] 不变
[C] 降低 [D] 无法确定
7.(4分)有一种磁力“永动机”如图所示,在斜坡顶上放一块磁性较强的磁体,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道,维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁体的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于小球有速度而可以对外做功,然后又被磁体吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于该“永动机”,正确的认识应该是(　　)
[A] 符合理论规律,一定可以实现,只是实现时间早晚的问题
[B] 如果忽略小球与斜面的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现
[C] 如果忽略小球与斜面的摩擦,铁球质量较小,磁体磁性又较强,则维尔金斯“永动机”可以实现
[D] 违背能量守恒定律,不可能实现
8.(6分)(多选)如图所示,开口向右的绝热汽缸,用绝热光滑活塞封闭一定质量的理想气体。轻绳左端连接活塞,活塞横截面积为S,另一端跨过光滑定滑轮连接质量为m的小桶,小桶静止时,气体处于状态1。现接通电热丝一段时间后断电,活塞缓慢向右移动L后静止,气体处于状态2,由状态1到状态2电热丝放出的热量为Q。重力加速度大小为g,外界大气压强不变。下列说法正确的是(　　)
[A] 状态2相比状态1,气体压强不变
[B] 状态2相比状态1,气体压强增大
[C] 由状态1到状态2,气体内能的变化量为 ΔU=Q-(p0S-mg)L
[D] 由状态1到状态2,气体内能的变化量为 ΔU=Q-(p0S+mg)L
9.(10分)如图所示为冲击摆实验装置,一质量为m的子弹以速度v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度h,则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少 (不计空气阻力,重力加速度为g)
10.(12分)若将气泡内的气体视为理想气体,气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中,对外界做了0.6 J的功。(设湖水的温度相等且保持不变)
(1)气泡上升过程中吸收的热量是多少
(2)气泡到达湖面后,由于太阳的照射,在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功,同时吸收了0.3 J的热量,则此过程中,气泡内气体内能增加了多少 4　热力学第二定律
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　对热力学第二定律的理解
1.(6分)(多选)关于热力学第二定律,下列说法正确的是(　　)
[A] 热机不可能将内能全部转化为机械能
[B] 热力学第二定律是物理学家通过实验由理论推导得出来的结果
[C] 第二类永动机不可能制成的原因是机械能不能全部转化为内能
[D] 热量能自发地从高温物体传向低温物体
2.(4分)下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是(　　)
[A] 大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中,而经过一段时间大米、小米不会自动分开
[B] 将一滴红墨水滴入一杯清水中,会均匀扩散到整杯水中,经过一段时间,墨水和清水不会自动分开
[C] 冬季的夜晚,放在室外的物体随气温的降低,不会由内能自发地转化为机械能而动
起来
[D] 随着节能减排措施的不断完善,最终也不会使汽车热机的效率达到100%
3.(4分)如图所示为电冰箱的工作原理示意图,压缩机工作时,强迫制冷剂在电冰箱内、外管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　)
[A] 热量可以自发地从电冰箱内传到电冰箱外
[B] 在封闭的房间里打开电冰箱的门一段时间后,房间温度会降低
[C] 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
[D] 电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
4.(6分)(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是(　　)
[A] 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
[B] 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
[C] 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,传热也不一定改变内能,但同时做功和传热一定会改变内能
[D] 由热力学第二定律可知,从单一热库吸收热量完全变成功是可能的
5.(4分)关于能源,下列说法正确的是(　　)
[A] 太阳能是一种清洁能源
[B] 煤炭和石油是可再生能源
[C] 水能、风能是不可再生能源
[D] 核废料没有放射性,对环境污染极小
6.(4分)关于能源与可持续发展,下列说法正确的是(　　)
[A] 因为自然界的能量是守恒的,所以不会有“能源危机”
[B] 能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
[C] 实现可持续发展,一方面要大力提倡多使用能源,另一方面要开发可再生能源以及对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明
[D] 水能为可再生能源,水电站是利用水能的重要形式
7.(4分)对于孤立系统中发生的实际过程,下列说法正确的是(　　)
[A] 系统的总熵只能减小,不可能增加
[B] 系统的总熵可能增大,可能不变,还可能减小
[C] 系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
[D] 系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
8.(6分)(多选)下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　　)
[A] 从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律
[B] 一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
[C] 有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
[D] 在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小
9.(6分)(多选)发动机热效率是指发动机在工作过程中实际输出的有用功与燃料燃烧所释放热量的百分比。下列关于热现象的说法正确的是(　　)
[A] 通过技术进步,发动机的热效率可以达到100%
[B] 根据能量守恒定律,可以把燃烧释放的能量重新收集起来变为机械能,而不引起其他变化
[C] 不可能把燃料燃烧释放的热量全部用来做功,而不引起其他变化
[D] 汽车刹车时能把动能全部转化为内能
10.(4分)某校中学生提出了下列四个设想方案,从理论上讲可行的是(　　)
[A] 制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功
[B] 制作一种制冷设备,使温度降至绝对零度以下
[C] 汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发分离,既清洁了空气,又变废为宝
[D] 将屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题
11.(12分)汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时,气体体积膨胀推动活塞对外做功,已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为1×103 J,因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为 2.5×102 J,则:
(1)该内燃机对外所做的功为多少
(2)该内燃机的效率为多少
(3)随着科技的进步,不断设法减小热量损失,则内燃机的效率不断提高,效率有可能达到100%吗 为什么 1　功、热和内能的改变
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　做功与内能的改变
1.(4分) 如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气,然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内迅速打气,当打到某一状态时,瓶塞会跳起来。当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”。对于“白雾”的形成,下列说法正确的是(　　)
[A] 这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
[B] 这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
[C] 这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
[D] 瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴
2.(4分)礼花喷射器原理如图,通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击,将纸管里填充的礼花彩条喷向高处,营造气氛。喷出礼花彩条的过程可视为绝热过程,则罐内气体(　　)
[A] 温度保持不变
[B] 内能减少
[C] 分子热运动加剧
[D] 通过传热方式改变自身的内能
3.(6分)(多选)下列所述现象中,通过做功改变物体内能的是(　　)
[A] 太阳把地面晒热
[B] 刹车时轮胎变热
[C] 汽缸内的气体被压缩,气体温度升高
[D] 用砂轮磨刀具时,刀具温度升高
4.(4分)如图所示,太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高,这种改变水的内能的方式是(　　)
[A] 做功
[B] 传热
[C] 既有做功也有传热
[D] 电流的热效应
5.(6分)(多选)关于传热,下列说法正确的是(　　)
[A] 传热的实质是能量的传递
[B] 物体间存在着温度差,才能发生传热
[C] 传热可以在任何情况下进行
[D] 物体内能发生改变,一定是吸收或放出了热量
6.(4分)下列各事例通过传热改变物体内能的是(　　)
[A] 加工产品零件时,车床上车刀切削工件后发热
[B] 飞船返回地面过程中温度很高
[C] 用肥皂水淋车床车刀后车刀降温
[D] 搓搓手就会觉得手发热
7.(4分)关于内能、温度和热量,下列说法正确的是(　　)
[A] 物体的温度升高时,一定是吸收热量
[B] 物体沿斜面下滑时,内能将增大
[C] 物体沿斜面匀速下滑时,内能可能增大
[D] 内能总是从高温物体传递给低温物体,当内能相等时传热停止
8.(4分)关于系统的内能及其变化,下列说法正确的是(　　)
[A] 系统的温度改变时,其内能必定改变
[B] 系统对外做功,其内能不一定改变;系统向外传递热量,其内能不一定改变
[C] 对系统做功,系统内能必定改变;系统向外传出一定热量,其内能必定改变
[D] 若系统与外界不发生热交换,则系统的内能必定不改变
9.(4分)下列关于做功和传热的说法正确的是(　　)
[A] 做功和传热都能引起系统内能的改变
[B] 只要外界对物体做功,物体的内能就一定改变
[C] 传热的条件是物体间存在内能差
[D] 做功和传热改变物体内能的实质是一样的
10.(4分)对于图片中所描述的物理过程,下列分析正确的是(　　)
　　　
甲 乙 丙 丁
[A] 图甲厚玻璃内的空气被压缩,空气的内能减少
[B] 图乙瓶子内的空气推动塞子跳起,空气的内能增大
[C] 图丙试管内的水蒸气推动塞子冲出去,水蒸气的内能减小
[D] 图丁汽缸内的气体推动活塞向下运动时,气体的内能增大
11.(6分)若在绝热过程中对物体做1 500 J的功,可使物体温度升高 5 ℃;若改用单纯传热的方式,使物体温度同样升高5 ℃,那么物体应吸收　　　　 J的热量。如果先在绝热过程中对该物体做3 000 J的功,物体的温度升高10 ℃,再经过单纯的传热过程使物体放出600 J的热量,则物体的温度又降低　　　 　 ℃。
12.(10分)重庆大剧院全面用上“水空调”来让屋内“冬暖夏凉”,其原理是抽取水温约为 18 ℃ 的地下水来冷却室内空气,该过程是通过什么方式改变了空气的内能 1 000 kg的地下水温度上升2 ℃,可以吸收多少热量 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]微专题3　气体实验定律与热力学第一定律的综合问题
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　热力学第一定律和气体实验定律的综合
1.(4分)(2020·天津卷)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体(　　)
[A] 压强变大
[B] 对外界做功
[C] 对外界放热
[D] 分子平均动能变大
2.(4分)空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物的。如图所示为某型号空气炸锅简化模型图,其内部有一气密性良好的内胆,封闭了质量、体积均不变且可视为理想气体的空气。已知初始气体压强为p0=1.0×105 Pa,温度为 t0=27 ℃,加热一段时间后气体温度升高到 t=147 ℃,此过程中气体吸收的热量为5.2×103 J,则(　　)
[A] 升温后所有气体分子的动能都增大
[B] 升温后内胆中气体的压强为1.2×105 Pa
[C] 此过程内胆中气体的内能增加量为5.2×103 J
[D] 此过程中由于气体对外界做功小于气体吸收的热量,则气体内能增加
3.(6分)(多选)如图所示,一足够长的薄壁导热汽缸开口向下,用轻绳悬挂在天花板上,汽缸的横截面积为S,不计厚度的活塞与汽缸之间无摩擦,活塞和汽缸之间封闭一定质量的理想气体,大气压强为p0,环境温度不变。活塞稳定时与汽缸底部的距离为l,在活塞的底部中心悬挂一个轻质小桶,往小桶中缓慢加细沙,当所加细沙质量为m时,活塞与汽缸底部的距离为2l,下列说法正确的是(　　)
[A] 外界对气体做正功
[B] 气体吸收热量
[C] 活塞的质量为-m
[D] 活塞的质量为-2m
4.(4分)(2022·北京卷)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是(　　)
[A] 从a到b,气体温度保持不变
[B] 从a到b,气体对外界做功
[C] 从b到c,气体内能减小
[D] 从b到c,气体从外界吸热
5.(6分)(多选) 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,最后变化到状态C,V-T图像如图所示。已知该气体在状态B时的压强为1.0×105 Pa。下列说法正确的是(　　)
[A] 状态A时的气体压强为2.0×105 Pa
[B] A→B过程气体放热
[C] B→C过程气体压强增大
[D] B→C过程气体对外做功200 J
6.(4分)一定质量的理想气体,初状态如图中A所示,若经历A→B的变化过程吸热450 J,若经历 A→C的变化过程吸热750 J。下列说法正确的是(　　)
[A] 两个过程中,气体的内能增加量不同
[B] A→C过程中,气体对外做功400 J
[C] 状态B时,气体的体积为10 L
[D] A→C过程中,气体体积增加了原体积的
7.(6分)(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体,发生下列缓慢变化过程,气体一定与外界有热量交换的过程是(　　)
[A] 气体的体积不变,压强增大
[B] 气体的体积减小,压强减小
[C] 气体的体积减小,压强增大
[D] 气体的体积增大,压强减小
8.(4分)如图所示,一定质量的某种理想气体,沿p-V图像中箭头所示方向,从状态a开始先后变化到状态b、c,再回到状态a。已知a状态气体温度为 27 ℃。则下列说法正确的是(绝对零度取-273 ℃)(　　)
[A] 气体在c状态时的温度为600 K
[B] 从状态a→b→c的过程中,气体对外界做功200 J
[C] 气体在a→b→c→a过程中放出热量100 J
[D] 气体在b→c过程中单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数增多
9.(10分)某种病毒对热敏感,60 ℃ 时10分钟就可以将其灭活。如图所示,绝热汽缸被轻质绝热活塞分隔为A、B两部分,A内封闭有一定质量的混有该种病毒的空气(可看作理想气体),其温度为 t1=27 ℃,阀门K处于打开状态,活塞恰好处于汽缸中部,h1=0.20 m。已知活塞和汽缸间无摩擦且不漏气。
(1)若对A内气体缓慢加热,当活塞与底部的距离为h2=0.24 m时,保持10分钟能否将该种病毒灭活
(2)若关闭阀门K,电热丝通电一段时间使A内气体吸收了Q=8 000 J的热量,稳定后A内气体的内能增加了ΔU=6 000 J,则此过程中B内气体的内能增加量是多少
10.(12分)如图所示,内壁光滑、导热性能良好的汽缸竖直放置在水平桌面上,内部有一个质量不计、横截面积 S=10 cm2的活塞,封闭着一定质量的理想气体。开始时缸内气体体积V1=1.0×10-4 m3,缸内气体压强 p1=1.0×105 Pa,温度T1=300 K,整个过程中环境大气压强恒定。
(1)当环境温度缓慢上升,缸内气体的内能　　　　(选填“增大”或“减小”);当环境温度升至T2=330 K时,气体体积V2为多少
(2)接第(1)问,保持环境温度T2不变,在活塞顶部施加一个竖直向下的压力F,缓慢增大F,当气体体积变为V1时,F的大小为多少
(3)接第(2)问,保持F不变,缓慢升高环境温度,在气体体积从V1变为V2的过程中,气体从外界吸收的热量Q=4.4 J,此过程中气体的内能增加量ΔU为多少 微专题3　气体实验定律与热力学第一定律的综合问题
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　热力学第一定律和气体实验定律的综合
1.(4分)(2020·天津卷)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体(　　)
[A] 压强变大
[B] 对外界做功
[C] 对外界放热
[D] 分子平均动能变大
【答案】 B
【解析】 在水向外不断喷出的过程中,罐内气体体积增大,则气体对外界做功,根据玻意耳定律可知,罐内气体的压强减小,选项A错误,B正确;由于罐内气体温度不变,则内能不变,而气体对外做功,故吸收热量,选项C错误;温度不变,分子平均动能不变,选项D错误。
2.(4分)空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物的。如图所示为某型号空气炸锅简化模型图,其内部有一气密性良好的内胆,封闭了质量、体积均不变且可视为理想气体的空气。已知初始气体压强为p0=1.0×105 Pa,温度为 t0=27 ℃,加热一段时间后气体温度升高到 t=147 ℃,此过程中气体吸收的热量为5.2×103 J,则(　　)
[A] 升温后所有气体分子的动能都增大
[B] 升温后内胆中气体的压强为1.2×105 Pa
[C] 此过程内胆中气体的内能增加量为5.2×103 J
[D] 此过程中由于气体对外界做功小于气体吸收的热量,则气体内能增加
【答案】 C
【解析】 升温后气体分子的平均动能增大,并不是所有气体分子的动能都增大,故A错误;根据题意可知气体的体积不变,根据查理定律可得=,代入数据可得p=1.4×
105 Pa,故B错误;由于气体的体积不变,气体做功W=0,气体吸收的热量为Q=5.2×103 J,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q=5.2×103 J,故C正确,D错误。
3.(6分)(多选)如图所示,一足够长的薄壁导热汽缸开口向下,用轻绳悬挂在天花板上,汽缸的横截面积为S,不计厚度的活塞与汽缸之间无摩擦,活塞和汽缸之间封闭一定质量的理想气体,大气压强为p0,环境温度不变。活塞稳定时与汽缸底部的距离为l,在活塞的底部中心悬挂一个轻质小桶,往小桶中缓慢加细沙,当所加细沙质量为m时,活塞与汽缸底部的距离为2l,下列说法正确的是(　　)
[A] 外界对气体做正功
[B] 气体吸收热量
[C] 活塞的质量为-m
[D] 活塞的质量为-2m
【答案】 BD
【解析】 根据题意可知,气体体积变大,气体对外界做正功,又汽缸导热,环境温度不变,则气体的内能不变,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸收热量,故A错误,B正确;设活塞质量为m0,不加细沙时,对活塞受力分析,可得m0g+p1S=p0S,加细沙后,对活塞和细沙整体受力分析,可得p0S=(m0+m)g+p2S,根据玻意耳定律有p1Sl=p2S·2l,联立解得m0=-2m,故C错误,D正确。
考点二　热力学第一定律和热学图像的综合应用
4.(4分)(2022·北京卷)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是(　　)
[A] 从a到b,气体温度保持不变
[B] 从a到b,气体对外界做功
[C] 从b到c,气体内能减小
[D] 从b到c,气体从外界吸热
【答案】 D
【解析】 一定质量的理想气体从状态a开始,沿题图路径到达状态b过程中气体发生等容变化,压强减小,根据查理定律 =C,可知气体温度降低,再根据热力学第一定律 ΔU = Q+W,由于气体不做功,内能减小,则气体放热,A、B错误;一定质量的理想气体从状态b沿题图路径到达状态c过程中气体发生等压变化,体积增大,根据=C,可知气体温度升高,内能增大,再根据热力学第一定律 ΔU=Q+W,可知b到 c过程吸热,且吸收的热量大于气体对外界做的功,C错误,D正确。
5.(6分)(多选) 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,最后变化到状态C,V-T图像如图所示。已知该气体在状态B时的压强为1.0×105 Pa。下列说法正确的是(　　)
[A] 状态A时的气体压强为2.0×105 Pa
[B] A→B过程气体放热
[C] B→C过程气体压强增大
[D] B→C过程气体对外做功200 J
【答案】 BD
【解析】 从状态A变化到状态B,气体发生等温变化,根据玻意耳定律可得pAVA=pBVB,解得pA=5×104 Pa,故A错误;气体从状态A到状态B温度不变,内能不变,则ΔU=0,体积减小,外界对气体做功,则W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q<0,即气体放热,故B正确;根据理想气体状态方程=C,变形得V=T,可知 V-T图像的斜率表示,根据题图可知B→C斜率不变,所以B→C过程气体压强不变,故C错误;B→C过程气体体积变大,对外做功,则有W=-p(VC-VB),代入数据解得W=-200 J,负号表示气体对外做功,故D正确。
6.(4分)一定质量的理想气体,初状态如图中A所示,若经历A→B的变化过程吸热450 J,若经历 A→C的变化过程吸热750 J。下列说法正确的是(　　)
[A] 两个过程中,气体的内能增加量不同
[B] A→C过程中,气体对外做功400 J
[C] 状态B时,气体的体积为10 L
[D] A→C过程中,气体体积增加了原体积的
【答案】 C
【解析】 两个过程的初末温度相同,即内能变化相同,因此内能增加量相同,故A错误;A→B为等容过程,气体做功为零,由热力学第一定律可知内能改变量ΔU=Q=450 J,
A→C为等压过程,内能也增加了450 J,由于吸收热量为750 J,由热力学第一定律可知气体对外做功为300 J,故B错误;A→C为等压过程,则有=,做功大小为WAC=pA(VC-VA),联立解得VA=10 L,VC=12 L,则状态B时,气体的体积为10 L,故C正确;A→C过程中,气体体积增加了原体积的,故D错误。
综合提升练
7.(6分)(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体,发生下列缓慢变化过程,气体一定与外界有热量交换的过程是(　　)
[A] 气体的体积不变,压强增大
[B] 气体的体积减小,压强减小
[C] 气体的体积减小,压强增大
[D] 气体的体积增大,压强减小
【答案】 AB
【解析】 根据理想气体状态方程=C,可知气体的体积不变,压强增大,则热力学温度升高,由热力学第一定律ΔU=W+Q,其中W=0,ΔU>0,可得Q>0,即理想气体从外界吸热,故A正确;气体的体积减小,压强减小,则热力学温度降低,由热力学第一定律 ΔU=W+Q,其中W>0,
ΔU<0,可得 Q<0,即理想气体向外界放热,故B正确;气体的体积减小,压强增大,热力学温度可能升高,由热力学第一定律ΔU=W+Q,其中W>0,ΔU>0,当ΔU=W时,可得Q=0,即理想气体可能与外界无热量交换,故C错误;气体的体积增大,压强减小,热力学温度可能降低,由热力学第一定律ΔU=W+Q,其中W<0,ΔU<0,当ΔU=W时,可得 Q=0,即理想气体可能与外界无热量交换,故D错误。
8.(4分)如图所示,一定质量的某种理想气体,沿p-V图像中箭头所示方向,从状态a开始先后变化到状态b、c,再回到状态a。已知a状态气体温度为 27 ℃。则下列说法正确的是(绝对零度取-273 ℃)(　　)
[A] 气体在c状态时的温度为600 K
[B] 从状态a→b→c的过程中,气体对外界做功200 J
[C] 气体在a→b→c→a过程中放出热量100 J
[D] 气体在b→c过程中单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数增多
【答案】 C
【解析】 根据理想气体状态方程=C,对a、c两状态结合图像,可求得气体在c状态时的温度为Tc=Ta=400 K,故A错误;理想气体在a→b→c过程中,气体体积增大,则气体对外界做功,外界对气体做的功为W=-pΔV=-2×105×(4-2)×10-3 J=-400 J,所以气体对外界做功为 400 J,故B错误;气体在a→b→c→a过程中,外界对气体做的功W'==100 J,根据热力学第一定律ΔU=W'+Q,可得Q=-100 J,所以放出热量为100 J,故C正确;气体在b→c过程中,气体压强不变,体积变大,则温度升高,分子平均动能增大,则单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数变少,故D错误。
9.(10分)某种病毒对热敏感,60 ℃ 时10分钟就可以将其灭活。如图所示,绝热汽缸被轻质绝热活塞分隔为A、B两部分,A内封闭有一定质量的混有该种病毒的空气(可看作理想气体),其温度为 t1=27 ℃,阀门K处于打开状态,活塞恰好处于汽缸中部,h1=0.20 m。已知活塞和汽缸间无摩擦且不漏气。
(1)若对A内气体缓慢加热,当活塞与底部的距离为h2=0.24 m时,保持10分钟能否将该种病毒灭活
(2)若关闭阀门K,电热丝通电一段时间使A内气体吸收了Q=8 000 J的热量,稳定后A内气体的内能增加了ΔU=6 000 J,则此过程中B内气体的内能增加量是多少
【答案】 (1)见解析　(2)2 000 J
【解析】 (1)设活塞横截面积为S,则对A内气体初始状态有V1=Sh1,T1=(t1+273)K=300 K,末状态有V2=Sh2,T2=(t2+273)K,阀门K打开,加热过程中A内气体做等压变化,由盖-吕萨克定律得=,
由以上各式可得t2=87 ℃,
由于t2=87 ℃>60 ℃,所以可以将该种病毒灭活。
(2)阀门K闭合,由于系统绝热,A内气体膨胀对B内气体做功,
由热力学第一定律有ΔU=Q+W,
代入数据得W=-2 000 J,
对B内气体,由于系统绝热,则此过程B内气体的内能增加量为ΔUB=|W|=2 000 J。
10.(12分)如图所示,内壁光滑、导热性能良好的汽缸竖直放置在水平桌面上,内部有一个质量不计、横截面积 S=10 cm2的活塞,封闭着一定质量的理想气体。开始时缸内气体体积V1=1.0×10-4 m3,缸内气体压强 p1=1.0×105 Pa,温度T1=300 K,整个过程中环境大气压强恒定。
(1)当环境温度缓慢上升,缸内气体的内能　　　　(选填“增大”或“减小”);当环境温度升至T2=330 K时,气体体积V2为多少
(2)接第(1)问,保持环境温度T2不变,在活塞顶部施加一个竖直向下的压力F,缓慢增大F,当气体体积变为V1时,F的大小为多少
(3)接第(2)问,保持F不变,缓慢升高环境温度,在气体体积从V1变为V2的过程中,气体从外界吸收的热量Q=4.4 J,此过程中气体的内能增加量ΔU为多少
【答案】 (1)增大　1.1×10-4 m3　(2)10 N　(3)3.3 J
【解析】 (1)当环境温度缓慢上升,缸内气体的内能增大;当温度升高时,气体发生等压变化,则有=,
解得V2=1.1×10-4 m3。
(2)环境温度不变,气体发生等温变化,则有
p1V2=p2V1,
解得p2=1.1×105 Pa,
对活塞受力分析可得p2S=p0S+F,p0=p1,
解得F=10 N。
(3)气体体积从V1变为V2的过程中,气体对外做功,有W=-p2(V2-V1)=-1.1 J,
根据热力学第一定律有ΔU=W+Q=-1.1 J+4.4 J=3.3 J。2　热力学第一定律
3　能量守恒定律
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　热力学第一定律
1.(4分)如图所示,在某固定绝热容器中,左侧装有一定质量的某种理想气体,右侧为真空,某时刻把隔板抽掉,让左侧气体自由膨胀到右侧直至达到新的平衡,气体的温度(　　)
[A] 升高 [B] 不变
[C] 降低 [D] 无法确定
【答案】 B
【解析】 气体在真空中自由膨胀,气体体积变大但并不对外做功,即W=0,容器绝热,则Q=0,由热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q,可知ΔU=0,即温度不变,故选B。
2.(4分)一定质量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量3×106 J,对外界做功1.2×106 J,则该理想气体的(　　)
[A] 温度升高,密度减小
[B] 温度降低,密度减小
[C] 温度升高,密度增大
[D] 温度降低,密度增大
【答案】 A
【解析】 外界对气体做功W=-1.2×106 J,气体从外界吸收热量Q=3×106 J,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得 ΔU=1.8×106 J>0,说明气体内能增大,温度升高;气体对外界做功,体积V增大,而气体的质量一定,由ρ=知,气体密度减小,故选A。
3.(6分) (多选)如图所示为气压式升降椅的简易结构切面图,在汽缸和汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体,汽缸密封性和导热性良好,忽略一切摩擦。设无人坐座椅时,汽缸内气体的初始状态为A;有人慢慢地坐到座椅上后,双脚离地,椅面下降,汽缸内气体稳定后的状态为B;空调开启,室内温度下降至某值并保持恒温,汽缸内气体稳定后的状态为C;最后此人离开座椅,汽缸内气体稳定后的状态为D。关于汽缸内气体的描述,下列说法正确的是(　　)
[A] 状态A到B,外界对气体做功,气体内能一直增大
[B] 状态B到C,气体分子热运动的平均动能一定减小
[C] 状态C到D,气体对外界做功,气体从外界吸收热量
[D] 状态A与状态D的气体分子热运动的平均动能可能相等
【答案】 BC
【解析】 状态A到B,外界对气体做功,气体缓慢变化,汽缸导热良好,可认为气体温度不变,因此气体内能不变,故A错误;依题意,状态B到C,汽缸内气体温度降低,则气体分子热运动的平均动能也随之减小,故B正确;依题意,状态C到D,气体对外界做功,内能保持不变,由ΔU=W+Q,可知气体从外界吸收热量,故C正确;依题意,状态A与状态D的气体温度不同,所以两个状态下分子热运动的平均动能也不相等,故D错误。
4.(4分)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A到B和C到D为等温过程,B到C和D到A为绝热过程。该循环过程中,下列说法错误的是(　　)
[A] A到B过程中,气体对外界做功,吸热
[B] B到C过程中,气体分子的平均动能减小
[C] C到D过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化
[D] 该循环过程中,气体放热
【答案】 D
【解析】 A到B过程中,温度一定,则气体内能不变,气体体积增大,气体对外界做功,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸收热量,故A正确;B到C是绝热过程,而气体体积增大,气体对外界做功,根据热力学第一定律可知,气体内能减小,即温度降低,则气体分子的平均动能减小,故B正确;C到D过程中,温度一定,则气体分子的速率分布曲线不发生变化,故C正确;p-V图像中,图线与横轴所围几何图形的面积表示功,根据图像可知,A→B→C过程,气体体积增大,气体对外界做功,设面积大小为S1,C→D→A过程,气体体积减小,外界对气体做功,设面积大小为S2,根据题图可知S1>S2,即该循环过程中,气体对外界做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量,故D错误。
考点二　能量守恒定律
5.(6分)(多选)下列关于能量守恒定律的认识,说法正确的是(　　)
[A] 石子从空中落下,最后静止在地面上,说明石子的能量消失了
[B] 对物体做功,物体的内能可能减小
[C] 某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
[D] 某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加
【答案】 BCD
【解析】 根据能量守恒定律可知,石子从空中落下,最后静止在地面上,石子的能量并没有消失,而是石子的机械能转化成了内能,故A说法错误;做功与传热都可以改变物体的内能,对物体做功的同时,如果物体向外放热,则物体的内能可能减小,故B说法正确;根据能量守恒定律可知,某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加,故C说法正确;根据能量守恒定律可知,某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,故D说法正确。
6.(4分)在一间隔热非常好的密闭房间中,把正在工作的电冰箱门打开,室内空气温度将(　　)
[A] 升高 [B] 不变
[C] 降低 [D] 无法确定
【答案】 A
【解析】 根据能量守恒定律,冰箱门打开,电冰箱的压缩机将一直工作下去,消耗的电能全部变成内能散失在室内,因此室内空气温度将升高。
综合提升练
7.(4分)有一种磁力“永动机”如图所示,在斜坡顶上放一块磁性较强的磁体,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道,维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁体的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于小球有速度而可以对外做功,然后又被磁体吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于该“永动机”,正确的认识应该是(　　)
[A] 符合理论规律,一定可以实现,只是实现时间早晚的问题
[B] 如果忽略小球与斜面的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现
[C] 如果忽略小球与斜面的摩擦,铁球质量较小,磁体磁性又较强,则维尔金斯“永动机”可以实现
[D] 违背能量守恒定律,不可能实现
【答案】 D
【解析】 根据题述,维尔金斯“永动机”不消耗能量,又能源源不断地对外做功,这是第一类永动机,其违背了能量守恒定律,不可能实现。
8.(6分)(多选)如图所示,开口向右的绝热汽缸,用绝热光滑活塞封闭一定质量的理想气体。轻绳左端连接活塞,活塞横截面积为S,另一端跨过光滑定滑轮连接质量为m的小桶,小桶静止时,气体处于状态1。现接通电热丝一段时间后断电,活塞缓慢向右移动L后静止,气体处于状态2,由状态1到状态2电热丝放出的热量为Q。重力加速度大小为g,外界大气压强不变。下列说法正确的是(　　)
[A] 状态2相比状态1,气体压强不变
[B] 状态2相比状态1,气体压强增大
[C] 由状态1到状态2,气体内能的变化量为 ΔU=Q-(p0S-mg)L
[D] 由状态1到状态2,气体内能的变化量为 ΔU=Q-(p0S+mg)L
【答案】 AC
【解析】 不管状态1还是状态2,稳定后,小桶均保持静止,根据平衡条件可得FT=mg,对活塞,根据平衡条件可得 p0S=FT+pS,则状态1、2的气体压强均为p=p0-,故A正确,B错误;由状态1到状态2,外界对气体做功为W=-pΔV=-(p0-)SL,根据热力学第一定律,由状态1到状态2,气体内能的变化量为ΔU=Q+W=Q-(p0S-mg)L,故C正确,D错误。
9.(10分)如图所示为冲击摆实验装置,一质量为m的子弹以速度v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度h,则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少 (不计空气阻力,重力加速度为g)
【答案】 m-(M+m)gh
【解析】 子弹和沙箱相互作用的过程中,损失的动能转化为系统内能,
由能量守恒定律得ΔU=m-(M+m)v2,
由于子弹和沙箱相互作用的时间极短,它们一起从最低点运动到最高点过程中,
满足机械能守恒定律,即(M+m)v2=(M+m)gh,
解得ΔU=m-(M+m)gh。
10.(12分)若将气泡内的气体视为理想气体,气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中,对外界做了0.6 J的功。(设湖水的温度相等且保持不变)
(1)气泡上升过程中吸收的热量是多少
(2)气泡到达湖面后,由于太阳的照射,在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功,同时吸收了0.3 J的热量,则此过程中,气泡内气体内能增加了多少
【答案】 (1)0.6 J　(2)0.2 J
【解析】 (1)气体温度不变,内能不变,
根据热力学第一定律有ΔU1=Q1+W1,则
Q1=ΔU1-W1=0-(-0.6 J)=0.6 J。
(2)气泡到达湖面后,W2=-0.1 J,Q2=0.3 J,
由热力学第一定律得
ΔU2=Q2+W2=0.3 J+(-0.1 J)=0.2 J,
内能增加0.2 J。4　热力学第二定律
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一　对热力学第二定律的理解
1.(6分)(多选)关于热力学第二定律,下列说法正确的是(　　)
[A] 热机不可能将内能全部转化为机械能
[B] 热力学第二定律是物理学家通过实验由理论推导得出来的结果
[C] 第二类永动机不可能制成的原因是机械能不能全部转化为内能
[D] 热量能自发地从高温物体传向低温物体
【答案】 AD
【解析】 由热力学第二定律可知热机的效率不可能达到100%,则热机中内能不可能全部转化为机械能,故A正确;热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律,故B错误;第二类永动机不可能制成的原因是内能不能全部转化为机械能,故C错误;热量不能自发地从低温物体传到高温物体,但在外力做功的情况下可以从低温物体传到高温物体,热量能自发地从高温物体传向低温物体,故D正确。
2.(4分)下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是(　　)
[A] 大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中,而经过一段时间大米、小米不会自动分开
[B] 将一滴红墨水滴入一杯清水中,会均匀扩散到整杯水中,经过一段时间,墨水和清水不会自动分开
[C] 冬季的夜晚,放在室外的物体随气温的降低,不会由内能自发地转化为机械能而动
起来
[D] 随着节能减排措施的不断完善,最终也不会使汽车热机的效率达到100%
【答案】 A
【解析】 大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中,这种现象与温度无关,不是热现象,不能用热力学第二定律解释,A符合题意; 将一滴红墨水滴入一杯清水中,会均匀扩散到整杯水中,经过一段时间,墨水和清水不会自动分开,这种现象与温度有关,温度越高,分子热运动越剧烈,扩散越快,根据热力学第二定律,墨水和清水不会自动分开,B不符合题意;冬季的夜晚,放在室外的物体随气温的降低,物体的内能减少,根据热力学第二定律,内能不会自发地转化为机械能而动起来,C不符合题意;随着节能减排措施的不断完善,根据热力学第二定律,最终也不会使汽车热机的效率达到100%,D不符合题意。
3.(4分)如图所示为电冰箱的工作原理示意图,压缩机工作时,强迫制冷剂在电冰箱内、外管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　)
[A] 热量可以自发地从电冰箱内传到电冰箱外
[B] 在封闭的房间里打开电冰箱的门一段时间后,房间温度会降低
[C] 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
[D] 电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
【答案】 C
【解析】 由热力学第二定律可知,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,除非有外界的影响或帮助,电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消耗电能,故A错误;电冰箱工作时消耗电能,房间的总热量会增加,房间温度会升高,故B错误;电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律,故C正确,D错误。
4.(6分)(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是(　　)
[A] 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
[B] 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
[C] 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,传热也不一定改变内能,但同时做功和传热一定会改变内能
[D] 由热力学第二定律可知,从单一热库吸收热量完全变成功是可能的
【答案】 AD
【解析】 第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机违反热力学第二定律,故A正确,B错误;由热力学第一定律 ΔU=W+Q可知,做功和传热都可以改变系统的内能,同时做功和传热不一定会改变内能,故C错误;由热力学第二定律可知,从单一热库吸收热量完全变成功是可能的,但会引起其他变化,故D正确。
考点二　能量与能源
5.(4分)关于能源,下列说法正确的是(　　)
[A] 太阳能是一种清洁能源
[B] 煤炭和石油是可再生能源
[C] 水能、风能是不可再生能源
[D] 核废料没有放射性,对环境污染极小
【答案】 A
【解析】 太阳能是一种清洁能源,故A正确;煤炭和石油是不可再生能源,故B错误;水能、风能是可再生能源,故C错误;核废料具有放射性,对环境污染极大,故D错误。
6.(4分)关于能源与可持续发展,下列说法正确的是(　　)
[A] 因为自然界的能量是守恒的,所以不会有“能源危机”
[B] 能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
[C] 实现可持续发展,一方面要大力提倡多使用能源,另一方面要开发可再生能源以及对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明
[D] 水能为可再生能源,水电站是利用水能的重要形式
【答案】 D
【解析】 在利用能源的过程中,能量是守恒的,但在可利用的品质上降低了,所以,即使自然界的能量是守恒的,仍然会有“能源危机”,故A、B错误;实现可持续发展,一方面要大力提倡节能,而不是多使用能源,另一方面要开发可再生能源以及对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明,故C错误;水能是可再生能源,水电站是利用水能的重要形式,故D正确。
考点三　热力学第二定律的微观解释
7.(4分)对于孤立系统中发生的实际过程,下列说法正确的是(　　)
[A] 系统的总熵只能减小,不可能增加
[B] 系统的总熵可能增大,可能不变,还可能减小
[C] 系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
[D] 系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
【答案】 C
【解析】 由热力学第二定律可知,系统的总熵只能不变或增加,而不可能减小,故A、B错误;系统只能自发地从比较有序的状态向更无序的状态发展,故C正确,D错误。
8.(6分)(多选)下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　　)
[A] 从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律
[B] 一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
[C] 有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
[D] 在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小
【答案】 AD
【解析】 从热力学第二定律的微观本质看,一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行,我们知道热力学第二定律是一个统计规律,故A正确,B、C错误,在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,故D正确。
综合提升练
9.(6分)(多选)发动机热效率是指发动机在工作过程中实际输出的有用功与燃料燃烧所释放热量的百分比。下列关于热现象的说法正确的是(　　)
[A] 通过技术进步,发动机的热效率可以达到100%
[B] 根据能量守恒定律,可以把燃烧释放的能量重新收集起来变为机械能,而不引起其他变化
[C] 不可能把燃料燃烧释放的热量全部用来做功,而不引起其他变化
[D] 汽车刹车时能把动能全部转化为内能
【答案】 CD
【解析】 根据热力学第二定律,热机效率不能达到100%,A错误;由热力学第二定律的表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响,可知不可能把燃料燃烧释放的热量全部用来做功,而不引起其他变化,B错误,C正确;机械能可以全部转化为内能,因此汽车刹车时能把动能全部转化为内能,D正确。
10.(4分)某校中学生提出了下列四个设想方案,从理论上讲可行的是(　　)
[A] 制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功
[B] 制作一种制冷设备,使温度降至绝对零度以下
[C] 汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发分离,既清洁了空气,又变废为宝
[D] 将屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题
【答案】 D
【解析】 根据热力学第二定律可知,在不产生其他影响时,内能不能全部转化为机械能,因此从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响是不可能实现的,故A错误;绝对零度是温度的极值,是不能达到的,故B错误;根据熵增加原理可知,混合气体不会自发分离变得有序,只能变得更为无序更混乱,故C错误;通过太阳能电池将太阳能直接转化为电能再加以利用是可行的,故D正确。
11.(12分)汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时,气体体积膨胀推动活塞对外做功,已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为1×103 J,因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为 2.5×102 J,则:
(1)该内燃机对外所做的功为多少
(2)该内燃机的效率为多少
(3)随着科技的进步,不断设法减小热量损失,则内燃机的效率不断提高,效率有可能达到100%吗 为什么
【答案】 (1)7.5×102 J　(2)75%　(3)见解析
【解析】 (1)根据热机原理,得
W=Q1-Q2=1×103 J-2.5×102 J=7.5×102 J。
(2)根据热机的效率的定义,得
η=×100%=×100%=75%。
(3)效率不可能达到100%,因为无论如何,我们不可能把热量损失减小至零。

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