课时作业37热力学定律与能量守恒定律时间：45分钟一、多项选择题1．下列关于热力学第二定律的说法中正确的是()A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能D．气体向真空的自由膨胀是可逆的E．热运动的宏观过程有一定的方向性解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误；热运动的宏观过程有一定的方向性，选项E 正确．答案：BCE2．下列对热学相关知识的判断中正确的是()A．对一定质量的气体加热，其内能一定增大B．物体温度升高时，物体内的每个分子的速率都将增大C．对一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大D．功转化为热的实际宏观过程是不可逆过程E．自然界中的能量虽然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源解析：气体内能变化由做功和热传递共同决定，A错误；温度升高，分子的平均动能增大，部分分子速率也会减小，B错误；理想气体压强和体积增大，温度一定增大，内能一定增大，C正确；一切涉及热现象的宏观过程都是不可逆的，D正确；自然界中的能量在数量上是守恒的，但能量在转化过程中，品质逐渐降低，可利用的能量在逐渐减小，故要节约能源，E正确．答案：CDE3．关于物体的内能，以下说法中正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少C．物体体积改变，内能可能不变D．不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功E．质量相同的0 ℃的水的内能比0 ℃的冰的内能大解析：物体吸收热量，若同时对外做功，其内能可能减少，选项A错误；根据热力学第一定律，物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，选项B正确；物体体积改变，例如理想气体体积改变，只要温度不变，其内能不变，选项C正确；可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他变化，选项D错误；0 ℃的水变成0 ℃的冰需要放出热量，故质量相同的0 ℃的水的内能比0 ℃的冰的内能大，选项E正确．答案：BCE4．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是()A．气体的内能减少B．气体的内能不变C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了E．气体分子的平均动能减小解析：气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q ＝0，对外做功，热力学第一定律的表达式为W＝ΔU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确．答案：ACE5．(2018·河南、河北、山西联考)下列说法正确的是()A．分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大B．当分子间的作用力表现为引力时，随分子间距离的增大分子势能增大C．一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量D．一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量E．熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度解析：分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，选项A 错误；当分子间的作用力表现为引力时，随分子间距离的增大分子势能增大，选项B正确；一定质量的理想气体发生等温膨胀，温度不变，内能不变，对外做功，一定从外界吸收热量，选项C正确；一定质量的理想气体发生等压膨胀，对外做功，根据盖—吕萨克定律，等压膨胀，温度一定升高，内能增大，一定吸收热量，选项D错误；熵是系统内分子运动无序性的量度，其大小可以反映物体内分子运动的无序程度，选项E正确．答案：BCE6．下列有关热学的说法中正确的是()A．气体放出热量，其分子的平均动能一定减小B．气体温度升高，分子的平均动能一定增大C．随着科技的进步，物体的温度可以降低到－300 ℃D．热量可以从低温物体传递到高温物体E．对物体做功，物体的内能可能减小解析：由热力学第一定律可知，气体放出热量，其内能不一定减小，温度不一定降低，故分子平均动能不一定减小，选项A错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，选项B正确；根据热力学第三定律可知，绝对零度(－273 ℃)是不可能达到的，所以－300 ℃是不可能达到的，选项C错误；在一定的条件下，热量可以从低温物体传递到高温物体，选项D正确；根据热力学第一定律可知，对物体做功的同时，若物体向外界放出热量，其内能可能减小，选项E正确．答案：BDE7．在一个标准大气压下，1 g 水在沸腾时吸收了2 260 J 的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 J 的功．已知阿伏加德罗常数N A ＝6.0×1023 mol －1，水的摩尔质量M ＝18 g/mol.下列说法中正确的是( )A ．分子间的平均距离增大B ．水分子的热运动变得更剧烈了C ．水分子总势能的变化量为2 090 JD ．在整个过程中能量是不守恒的E ．1 g 水所含的分子数为3.3×1022个解析：液体变成气体后，分子间的平均距离增大了，选项A 正确；温度是分子热运动剧烈程度的标志，由于两种状态下的温度是相同的，故两种状态下水分子热运动的剧烈程度是相同的，选项B 错误；水发生等温变化，分子平均动能不变，因水分子总数不变，分子的总动能不变，根据热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W ，可得水的内能的变化量ΔU ＝2 260 J －170 J ＝2 090 J ，即水的内能增大2 090 J ，则水分子的总势能增大了2 090 J ，选项C 正确；在整个过程中能量是守恒的，选项D 错误；1 g 水所含的分子数为n ＝m M N A ＝118×6.0×1023＝3.3×1022(个)，选项E 正确．答案：ACE8．(2017·新课标全国卷Ⅱ)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是()A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：气体向真空自发扩散过程中，气体不对外界做功，C错误；由热力学第一定律W＋Q＝ΔU，W＝0，Q＝0，则内能不变，A正确；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，W>0，Q＝0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU可知ΔU>0，B、D正确；由于理想气体的内能只与温度有关，所以气体被压缩的过程中，温度升高，气体分子的平均动能增大，E错误．答案：ABD三、非选择题9．一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？解析：(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.答案：(1)增加160 J(2)外界对气体做功80 J10．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27 ℃.(1)求该气体在状态B、C时的温度；(2)该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？解析：(1)气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有p AT A＝p BT B，解得T B＝200 K，即t B＝－73 ℃；气体从状态B到状态C做等压变化，由盖—吕萨克定律有V BT B＝V CT C，解得T C＝300 K，即t C＝27 ℃.(2)因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中ΔU ＝0.由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q＝－W.在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，故W＝－p BΔV＝－200 J.即Q＝－W＝200 J，是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量Q＝200 J.答案：(1)－73 ℃27 ℃(2)吸收热量200 J11．如图所示，一个质量为m的T形活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距汽缸底部h0处连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计)，细管内装有一定量水银，初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为1.5h0，U形管两边水银柱存在高度差．已知水银密度为ρ，大气压强为p 0，汽缸横截面积为S ，活塞竖直部分高为1.2h 0，重力加速度为g .(1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平？(2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q ，求气体内能的变化．解析：(1)初态时，对活塞受力分析，可求汽缸内气体压强p 1＝p 0＋mg S体积V 1＝1.5h 0S ，温度T 1＝T 0要使两边水银面相平，汽缸内气体的压强p 2＝p 0此时活塞下端一定与汽缸底接触，V 2＝1.2h 0S设此时温度为T 2，由理想气体状态方程有p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2解得T 2＝4p 0T 0S 5p 0S ＋5mg. (2)从开始至活塞竖直部分恰与汽缸底接触，气体压强不变，外界对气体做功W ＝p 1ΔV ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0＋mg S ×0.3h 0S 由热力学第一定律有ΔU ＝W －Q解得ΔU ＝0.3⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0＋mg S h 0S －Q . 答案：(1)4p 0T 0S 5p 0S ＋5mg (2)0.3⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0＋mg S h 0S －Q。