课时作业33 热力学定律和能量守恒
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(8×8′＝64′)
1.关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )
A．气体吸收的热量可以完全转化为功
B．气体体积增大时，其内能一定减少
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．外界对气体做功，气体内能可能减少
解析：由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功，但通过其他方法可以全部转化为功，故A正确；气体体积增大，对外做功，若同时伴随有吸热，其内能不一定减少，B错误；气体从外界吸热，若同时伴随有做功，其内能不一定增加，C错误；外界对气体做功，同时气体放热，其内能可能减少，D正确．
答案：AD
2．下列说法中正确的是( )
A．任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
解析：物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，所以A选项错误．将内能全部转化为机械能而不引起其他变化是不可能的，B选项错误．在热力学第二定律中，热传导是有方向性的，不违背能量转化和守恒定律，但不能自发进行，D选项错误．做功和热传递是改变内能的两种方式，C选项正确．
答案：C
3．(2012·广东理综)
景颇族的祖先发明的点火器如右图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒．猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体内能增加
D．外界对气体做正功，气体内能减少
解析：猛推推杆，封闭在套筒中的气体被压缩，外界对气体做功，套筒由牛角做成，导热能力很差，且压缩过程用时极短，故压缩过程可看做绝热过程．由ΔE＝W可知气体的内能增加，温度升高，根据＝C可知因T增大，V减小，故p增大，选项B正确．
答案：B
4．下图为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．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．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
解析：在电冰箱的热量传递过程中是由于压缩机消耗电能做功才使热量从冰箱内传到冰箱外，并不是自发地进行，所以A项错误，B项正确．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律和能量守恒定律，所以C项正确，D项错误．
答案：BC
5．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有( )
A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2
C．W1＝W2 D．Q1＞Q2
解析：理想气体的初态和末态相同，则温度相同，理想气体的内能变化为零．由热力学第一定律：ΔU＝W总＋Q总＝(W1－W2)＋(Q1－Q2)，0＝(W1－W2)＋(Q1－Q2)，所以W2－W1＝Q1－Q2，所以A选项正确．
答案：A
6．如下图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上．弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态．经过此过程( )
A．Ep全部转换为气体的内能
B．Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
解析：依题可知，断开绳子，活塞最终静止后的位置高于初始位置，Ep的能量转化有三种形式：活塞的重力势能、气体的内能及弹簧的弹性势能，故D正确．
答案：D
7．(2010·全国卷Ⅱ)如图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中( )
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
解析：由于b内为真空，容器绝热，所以a内气体进入b时不做功，且内能不变，温度不变，选项B正确，A、C错误；根据气体压强微观解释可知，气体等温膨胀，则压强变小，选项D正确．
答案：BD
8．(2010·重庆高考)给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )
A．从外界吸热 B．对外界做负功
C．分子平均动能减小 D．内能增加
解析：缓慢放水过程中，胎内气体体积增大、温度不变，内能不变，分子平均动能不变，选项C、D错误；由体积增大可知气体对外界做功，或克服外界做功，选项B错误．由热力学第一定律可知气体从外界吸热，选项A正确．
答案：A
二、计算题(3×12′＝36′)
9．一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知VA＝0.3 m3，TA＝TC＝300K，TB＝400 K.
(1)求气体在状态B时的体积．
(2)说明B→C过程压强变化的微观原因．
(3)设A→B过程气体吸收热量为Q1，B→C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因．
解析：(1)设气体在B状态时的体积为VB，由盖·吕萨克定律得＝①
代入数据得VB＝0.4 m3.②
(2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小)．
(3)Q1大于Q2；因TA＝TC，故A→B增加的内能与B→C减少的内能相同，而A→B过程气体对外做正功，B→C过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q1大于Q2.
答案：(1)0.4 m3 (2)见解析 (3)Q1>Q2，原因见解析
10．如下图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部由一细管连通(忽略细管的容积)．两气缸各有一活塞，质量分别为m1和m2，活塞与气缸壁无摩擦．活塞的下方为理想气体，上方为真空．当气体处于平衡状态时，两活塞位于同一高度h.(已知m1＝3m，m2＝2m)
(1)在两活塞上同时各放一质量为m的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差(假定环境的温度始终保持为T0)
(2)在达到上一问的终态后，环境温度由T0缓慢上升到T，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？气体是吸收还是放出了热量？(假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部)
解析：(1)设左、右活塞的面积分别为A′和A.由于气体处于平衡状态，故两活塞对气体的压强相等，即＝
由此得A′＝A①
在两个活塞上各加一质量为m的物块后，右活塞降至气缸底部，所有气体都在左气缸中．
在初态，气体的压强为，体积为；在末态，气体的压强为，体积为(x为左活塞的高度)．由波意耳—马略特定律得5Ah＝3Ax②
由上式解得x＝h③
即两活塞的高度差为h.
(2)当温度由T0上升到T时，气体的压强始终为.设x′是温度达到T时左活塞的高度，由盖·吕萨克定律得
x′＝x＝④
气体对活塞做的功为
W＝Fs＝4mgh(－1)＝5mgh(－1)⑤
在此过程中气体吸收热量．
答案：(1)h (2)5mgh(－1) 吸收热量
11．(2012·山东理综)
如右图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm.(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)
①求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．
②此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)．
解析：①设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2①
p1＝p0②
p2＝p＋ph③
V1＝l1 S④
V2＝l2 S⑤
由几何关系得
h＝2(l2－l1)⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得
p＝50 cmHg⑦
②左管内气体体积增大，说明气体膨胀对外做正功；由于气体温度保持不变，根据热力学第一定律可得W＋Q＝0，故气体从外界吸热．
答案：①50 cmHg ②做正功，吸热
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