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第十三章 热学
第三讲 热力学定律与能量守恒定律
课时跟踪练
A组 基础巩固
1．(2015·重庆卷)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么( )
A．外界对胎内气体做功，气体内能减小
B．外界对胎内气体做功，气体内能增大
C．胎内气体对外界做功，内能减小
D．胎内气体对外界做功，内能增大
解析：对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体对外做功，体积增大，由＝C得温度升高，内能增大，故选项D正确．
答案：D
2．(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时， 假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )
A．体积减小，内能增大
B．体积减小，压强减小
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C．对外界做负功，内能增大
D．对外界做正功，压强减小
解析：充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做正功，由于袋内气体与外界无热交换，据热力学第一定律判知气体内能增加，故A、C正确；袋内气体温度升高，体积减小，由＝C判知气体压强变大，故B、D错误．
答案：AC
3．(多选)(2018·昆明模拟)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述错误的是( )
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律
E．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
解析：热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性，二者并不矛盾，故A、C、D错误，B正确；热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的，各自描述了热现象中不同方面的规律，E正确．
答案：ACD
4．(多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
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B．能量耗散过程中能量不守恒
C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
解析：第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A正确；能量耗散过程中能量仍是守恒的，B错误；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C错误；能量耗散具有方向性，D正确；物体在引起其他变化时可以从单一热源吸收热量并全部用于做功，E正确．
答案：ADE
5．(多选)下列关于热现象的说法正确的是( )
A．一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，系统的内能保持不变
B．对某物体做功，可能会使该物体的内能增加
C．气体分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的温度和体积
D．一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
E．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
解析：根据能量守恒定律，一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，系统的内能增加，选项A错；功可以全部转化为热，热量在引起其他变化的情况下也可以全部转化为功，选项E错．
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答案：BCD
6．(多选)(2018·南昌模拟)关于热现象和热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体的多
B．煤、石油、天然气等能源所储存的能量最初来源可追溯到太阳能
C．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热则其内能一定增大
D．物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关
E．压缩气体，对其做2.0×105 J的功，同时气体向外界放出 1.5×105 J的热量，则气体的内能增加了0.5×105 J
解析：甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体的温度高，选项A错；煤、石油、天然气等能源所储存的能量最初来源可追溯到太阳能，选项B对；一定质量的气体经历等容过程，不对外做功，根据热力学第一定律，如果吸热则其内能一定增大，选项C对；物体的内能在宏观上不但与其温度和体积有关，而且还与分子数有关，选项D错；压缩气体，对其做2.0×105 J的功，同时气体向外界放出1.5×105 J的热量，根据热力学第一定律，则气体的内能增加了0.5×105 J，选项E对．
答案：BCE
7．(2018·济南模拟)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)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J的热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，
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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的过程中内能的变化量应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化量，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)增加了160 J (2)外界对气体做功 80 J
8．如图甲所示，用面积为S的活塞在气缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m.现使气缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化，气缸内的气体从状态A变化到状态B.若该过程中气体内能发生了变化，气体柱高度增加了ΔL.外界大气压强为p0.
(1)(多选)下列说法中正确的是________．
A．该过程中气缸内气体的压强始终为p0
B．该过程中气体的内能不断增大
C．该过程中气体不断从外界吸收热量
D．气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功
E．A和B两个状态，气缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同
(2)气缸内气体的温度为T1时，气体柱的高度为L
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＝________(用图中和题目中给出的字母表示)．
(3)若气体从状态A变化到状态B的过程中从外界吸收的热量为Q，则被封闭气体的内能变化了多少？
解析：(1)根据题图乙可知气体在该过程中发生的是等压变化，该过程中气缸内气体的压强始终为p0＋，选项A错误；由图乙可知气体温度升高，内能增大，气体体积膨胀对外做功，根据热力学第一定律可知，气体必定从外界吸收热量，且气体从外界吸收的热量大于气体对外做的功，选项B、C、D正确；A和B两个状态，气体温度不相同，气体分子运动的平均速率不相等，单个分子对气缸内壁的平均撞击力也不相等，根据等压变化，可判断气缸内壁单位面积单位时间内受到分子撞击的次数不同，选项E错误．
(2)由盖—吕萨克定律得
＝，即＝，
解得L＝.
(3)对活塞和砝码整体，由力的平衡条件得
mg＋p0S＝pS，
解得p＝p0＋，
气体从状态A变化到状态B的过程中对外做的功为
W＝pSΔL＝(p0S＋mg)ΔL，
由热力学第一定律得
ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)ΔL.
答案：(1)BCD (2)ΔL
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(3)Q－(p0S＋mg)ΔL
B组 能力提升
9.(多选)如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态．现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是( )
A．气体A吸热，内能增加
B．气体B吸热，对外做功，内能不变
C．气体A分子的平均动能增大
D．气体A和气体B内每个分子的动能都增大
E．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少
解析：气体A进行等容变化，则W＝0，根据ΔU＝W＋Q可知气体A吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但是不是每个分子的动能都增加，选项A、C正确，D错误；因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加，又因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，选项B错误；气体B的压强不变，但是体积增大，平均动能增大，所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，选项E正确．
答案：ACE
10．(多选)(2018·哈尔滨第三中学模拟)下列关于分子运动和热现象的说法正确的是( )
A．气体如果失去了容器的约束就会散开，
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这是因为气体分子之间存在势能的缘故
B．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
E．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和
解析：气体分子间距较大，分子间的分子力很小，分子永不停息地做无规则运动，所以气体如果失去了容器的约束就会散开，故A错误；一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，内能增加，动能不变，分子势能增加，故B正确；由＝C可知，对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大则温度升高，体积增大对外做功，温度升高则内能增加，结合热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量，故C正确；气体分子总数不变，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但不知气体体积的变化情况，因此压强不一定增大，故D错误；一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，故E正确．
答案：BCE
11.(2018·太原模拟)如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J．若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体______(选填“吸收”或“放出”)热量______ J.
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解析：对该理想气体由状态a沿abc变化到状态c，由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W＝340 J＋(－120 J)＝220 J，即从状态a到状态c，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能还是增加220 J，所以可以判定此过程是吸收热量，再根据热力学第一定律可得：ΔU＝Q′＋W′，得Q′＝ΔU－W′＝220 J－(－40 J)＝260 J.
答案：吸收 260
12.如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S.开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0.现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d，然后再次平衡，求：
(1)外界空气的温度是多少？
(2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？
解析：(1)取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖—吕萨克定律有
＝，
得外界温度
T＝T0＝T0＝T0.
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(2)活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功
W＝－(mg＋p0S)d，
根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能
ΔE＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d.
答案：(1)T0 (2)Q－(mg＋p0S)d
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