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課時檢測(七十七) 熱力學定律 (重點突破課) 1.(多選)如圖所示，導熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸內(nèi)部光滑?，F(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿，使活塞緩慢地向右移動，在此過程中，如果環(huán)境溫度保持不變，下列說法正確的是(　　) A．氣體分子平均動能不變 B．氣體內(nèi)能減小 C．氣體吸收熱量 D．氣體內(nèi)能不變，卻對外做功，此過程違背熱力學第一定律，不可能實現(xiàn) E．氣體是從單一熱庫吸熱，全部用來對外做功，但此過程不違背熱力學第二定律 解析：選ACE　環(huán)境溫度保持不變，由于汽缸導熱，則汽缸內(nèi)氣體溫度不變，故氣體分子平均動能不變，故A正確；一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟溫度有關，溫度不變，則氣體內(nèi)能不變，故B錯誤；氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積膨脹時對外做功，根據(jù)熱力學第一定律知，氣體一定吸熱，故C正確；氣體內(nèi)能不變，對外做功，從外界吸收熱量，不違背熱力學第一定律，可以實現(xiàn)，故D錯誤；由熱力學第二定律知，不可能從單一熱庫吸熱全部用來做功而不引起其他變化，該氣體是從單一熱庫吸熱，全部用來對外做功，此過程是在外界的影響下發(fā)生的，所以不違背熱力學第二定律，故E正確。 2．(多選)(2016海南高考)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過程1或者過程2到達狀態(tài)N，其p V圖像如圖所示。在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對于這兩個過程，下列說法正確的是(　　) A．氣體經(jīng)歷過程1，其溫度降低 B．氣體經(jīng)歷過程1，其內(nèi)能減小 C．氣體在過程2中一直對外放熱 D．氣體在過程2中一直對外做功 E．氣體經(jīng)歷過程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過程2的相同 解析：選ABE　氣體經(jīng)歷過程1，壓強減小，體積變大，膨脹對外做功，且與外界無熱量交換，則內(nèi)能減小，故溫度降低，選項A、B正確；氣體在過程2中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，開始時，氣體體積不變，壓強減小，則溫度降低，對外放熱；然后壓強不變，體積變大，膨脹對外做功，則溫度升高，吸熱，選項C、D錯誤；無論是經(jīng)歷過程1還是過程2，氣體初、末狀態(tài)相同，故內(nèi)能改變量相同，選項E正確。 3．(多選)下列說法正確的是(　　) A．氣體內(nèi)熱運動速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例與溫度有關 B．功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功 C．空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度時水的飽和汽壓之比叫空氣的相對濕度 D．一定質(zhì)量的理想氣體，在體積不變時，分子每秒與器壁的碰撞次數(shù)隨著溫度降低而減小 E．一定質(zhì)量的理想氣體，當氣體溫度升高時，因做功情況不明確，其內(nèi)能不一定增大 解析：選ACD　溫度越高，氣體內(nèi)熱運動速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例越大，A正確；功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，根據(jù)熱力學第二定律可知，在外界的影響下熱量也可以全部轉(zhuǎn)化為功，B錯誤；由空氣的相對濕度定義知，C正確；一定質(zhì)量的理想氣體，在體積不變時，溫度降低，壓強減小，根據(jù)氣體壓強的微觀解釋可知，分子每秒與器壁碰撞的次數(shù)減小，D正確；一定質(zhì)量的理想氣體，分子勢能不計，當氣體溫度升高時，分子熱運動的平均動能增大，故內(nèi)能一定增大，E錯誤。 4．(2018江蘇高考)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時壓強為2.0105 Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過程，整個過程中對外界放出61.4 J熱量。求該氣體在A→B過程中對外界所做的功。 解析：整個過程中，外界對氣體做功W＝WAB＋WCA， 且WCA＝pA(VC－VA)， 由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)， 代入數(shù)據(jù)得WAB＝－138.6 J， 即氣體對外界做的功為138.6 J。 答案：138.6 J 5．如圖所示的p V圖像記錄了一定量的理想氣體經(jīng)歷的緩慢變化過程A→B→C，其中AB段是體積保持不變的過程，BC段是絕熱過程。已知該理想氣體內(nèi)能與溫度的關系為U＝CT，其中C＝10 J/K，A點的熱力學溫度為TA＝450 K。求B→C過程中外界對氣體所做的功。 解析：A→B過程為等容變化，由查理定律有＝ 得：TB＝189 K 等容過程沒有做功，由熱力學第一定律，此過程放熱 Q＝C(TA－TB)＝2 610 J 對A、C兩狀態(tài)，由理想氣體狀態(tài)方程有＝ 得：TC＝ 300 K B→C過程無熱傳遞，A→B過程無做功，對A→B→C全過程，由熱力學第一定律有C(TC－TA) ＝W－Q 得：B→C過程外界對氣體做功W＝1 110 J。 答案：1 110 J 6.如圖所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0的理想氣體，p0和T0分別為外界大氣的壓強和溫度。已知：氣體內(nèi)能U與溫度T的關系為U＝aT，a為正的常量；缸內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的，求： (1)缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V1； (2)在活塞下降過程中，缸內(nèi)氣體放出的熱量Q。 解析：(1)在氣體壓強由1.2p0減小到p0時，V不變，溫度由2.4T0變?yōu)門1，由查理定律得：＝， 解得：T1＝2T0 在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中，體積由V減小到V1，氣體壓強不變，由蓋－呂薩克定律得：＝， 解得：V1＝0.5V。 (2)活塞下降過程中， 活塞對氣體做的功為W＝p0(V－V1) 在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少量為ΔU＝a(T1－T0) 由熱力學第一定律得，缸內(nèi)氣體放出的熱量為 Q＝W＋ΔU 解得：Q＝p0V＋aT0。 答案：(1)0.5V　(2)p0V＋aT0