2018-2019学年高中物理 第10章 热力学定律课堂作业（打包5套）新人教版选修3-3.zip

1第十章 第 1 节 功和内能基础夯实 一、选择题(1～4 题为单选题，5 题为多选题)1．下列哪个实例说明做功改变了系统的内能( B )A．热水袋取暖 B．用双手摩擦给手取暖C．把手放在火炉旁取暖 D．用嘴对手呵气给手取暖解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D 都是通过热传递来改变系统的内能，选项 B 正确。2．如图是压力保温瓶的结构简图，活塞 a 与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压 a的过程中，瓶内气体( A )A．内能增大 B．体积增大C．压强不变 D．温度不变解析：向下压 a 的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，选项 A 正确。向下压 a 的过程中，瓶内气体体积减小，压强增大，温度升高，选项 B、C、D 错误。3．下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( D )A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同解析：焦耳是英国物理家，A 错误；焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B 错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C 错误；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，D 正确。4．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前( D )A．外界对管内气体做功，气体内能增大B．管内气体对外界做功，气体内能减小C．管内气体内能不变，压强变大D．管内气体内能增大，压强变大解析：克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，2压强变大。选项 D 正确。5．早些年农村的小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是( AC )A．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高B．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功C．马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能D．马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功解析：在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体经历绝热压缩的过程，外界对气体做功，内能增加，故笔芯内密封的气体的温度升高，故 A 正确；在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体被压缩，是外界对气体做功，故 B 错误；封闭气体经历绝热膨胀过程，推出马铃薯，故马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能，这里的气体类似弹簧，故 C 正确，D 错误。二、非选择题6．冬季，由于温度太低，很难启动摩托车(在农村启动 195 型拖拉机也会遇到类似情况)。这时驾驶者往往先关闭油门，连续踏下启动摇杆若干次，然后再打开油门，踏下启动摇杆即可启动，运用的原理是什么？答案：连续踏下启动摇杆，活塞不断压缩气缸里的气体做功，增加气体的内能，使气体的温度升高，当达到汽油的燃点后，即可启动。7．有一个 10m 高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为 2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有 10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)， g 取 10m/s2]答案：2.4×10 －3 ℃解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动能 Ek＝ mv2＋ mgh。12水吸收热量 Q 与温度变化 Δ t 满足关系 Q＝ cmΔ t。由题意知，有 10%的动能转化为水的内能，所以( mv2＋ mgh)×10%＝ cmΔ t。12代入数据得：Δ t＝2.4×10 －3 ℃。能力提升 一、选择题(1～4 题为单选题，5 题为多选题)31.如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾” ，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低。三句话正确的顺序是( B )A．甲、乙、丙 B．乙、丙、甲C．丙、甲、乙 D．乙、甲、丙解析：根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾” ，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致。2．(四川成都 2016 年高二检测)如图所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。以 E 甲 、 E 乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( D )A． E 甲 不变， E 乙 减小 B． E 甲 不变， E 乙 增大C． E 甲 增大， E 乙 不变 D． E 甲 增大， E 乙 减小解析：本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都历经绝热过程，内能改变取决于做功的情况。对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小。3.如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为 m 的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，气缸、活塞是绝热的且不漏气。开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方 h 处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为 Δ E，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是( B )A．Δ E＝ mgh B．Δ EmghC．Δ Emgh D．以上三种情况均有可能解析：气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括 mgh 和乙气体分子对活塞的力做功 W 乙 ，且为正功，Δ E＝ mgh＋ W 乙 。4．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是( B )A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外4C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换解析：因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。5．如图所示，带有活塞的气缸中封闭着一定质量的理想气体(不考虑气体分子势能)，气缸和活塞均具有良好的绝热性能。将一个热敏电阻置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂一沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止。现将沙桶底部钻一小洞，细沙缓缓漏出。则下列说法正确的是( ACD )A．外界对气体做功，气体的内能增大B．气体对外界做功，气体的内能减小C．气体的压强增大，体积减小D．欧姆表的指针逐渐向右偏转解析：沙子漏出，活塞上移压缩气体，气体的体积减小内能增大，故 A、C 正确，B 错误；温度升高，热敏电阻的阻值变小，欧姆表指针右偏，D 正确。二、非选择题6．汽车内胎放完气后，气门的温度可达到 0℃以下，请你解释一下原因。答案：以内胎中的气体为系统，气体推动周围大气做功，(对外界气体做功)大气的内能增加，内胎中的气体内能减少，温度降低。如果在较短时间内做较多的功，气门来不及吸热，气门温度就可达到 0℃以下。7．如图所示为焦耳测定热功当量的实验装置，若重物 P、 P′的质量共为m＝26.320kg，每次下落的高度均为 h＝160.5cm，共下落 n＝20 次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为 c＝6316cal/℃，实验中测得温度升高 Δt ＝0.31℃，试根据这些数据算出热功当量的值。(热功当量 J＝ )WQ5答案：4.23J/cal解析：重物下落 n＝20 次共做功W＝ nmgh量热器中的水及容器等温度升高 Δt 需吸热 Q＝ cΔt由热功当量的定义得J＝ ＝WQ nmghcΔ t＝20×26.320×9.8×160.5×10－ 2J6316×0.31cal≈4.23J/cal。1第十章 第 2节 热和内能基础夯实 一、选择题(1～3 题为单选题，4～6 题为多选题)1．(山东济南一中 2016年高二下学期期中)出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)( B )A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小解析：理想气体的内能只与温度有关，温度升高内能增大，分子的平均动能增大，罐内气体的压强增大。因体积不变，做功为零，从外界吸收热量，综上所述，选项 B正确，A、C、D 错误。2．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有( D )A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．热量是热传递过程中内能转移的量度解析：物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故 A、B 错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故 C项错；关于热量的论述，D 项是正确的。3．关于热量、温度的下列说法正确的是( A )A．热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度B．在绝热容器中，放入两个温度不等的物体，则高温物体放出温度，低温物体吸收温度，直到两个物体温度相等C．高温物体内能多，低温物体内能少D．两个质量和比热容都相等的物体，若吸收相等的热量，则温度相等解析：温度是物体分子平均动能大小的量度，表示冷热程度；热量是热传递过程中物体间内能的转移量，内能包括分子动能与分子势能，与温度、体积、物质的量有关。D 项，不知道初始温度，只能说温度变化相同。24．(安徽省六安 2017～2018 学年高二下学期期中)下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是( AD )A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷B．夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低C．在地面上晒小麦D．冬天，用暖水袋暖手解析：冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上。用暖水袋暖手，道理同上。开空调后整间房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温。晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以正确答案为 AD。5．在下述现象中，没有做功而使物体内能改变的是( BD )A．电流通过电炉而使温度升高B．在阳光照射下，水的温度升高C．铁锤敲打铁块，使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快解析：电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温度升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤敲打铁块是做功改变物体内能的过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变气温的。6．下列说法中正确的是( AD )A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程：做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则不同，它是物体内能的转移B．外界对物体做功，物体的内能一定增大C．物体向外界放热，物体的内能一定增大D．热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移的内能的多少解析：做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，故 A选项正确。而物体的内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化。故 B、C 选项不正确，D 选项正确。二、非选择题7．阳光照暖了大地，地面辐射又对地面附近的空气加热，形成暖气团升往高空。于是有人认为高山顶上的气温要比地面的高，但实际情况正好相反。你怎么理解这种现象？答案：把地面附近温度、压强相同的一大团空气作为研究对象(在热力学中称为系统)。这团空气最初在地面附近受热膨胀，密度变小，因而逐渐上升。在上升的过程中，其边缘3部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响，可以认为气团与外界之间传递的热量 Q＝0，因此气团内能的变化仅与做功有关，即 Δ U＝ W。气团上升时，不断膨胀，对外做功( W0)，内能减少(Δ U0)，温度降低，越高的地方，空气的温度越低。能力提升 一、选择题(1～4 题为单选题，5 题为多选题)1．(淄川 2016年高二下学期检测)如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( C )A．气体对外做功，气体温度一定降低B．气体对外做功，内能一定减少C．气体压强减小，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能一定增加解析：由于气缸为导热的，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变。2．(湖北省部分重点中学 2016年高三模拟)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( D )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，内能只有动能，而动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选 D。3．如图所示， A、 B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内， A、 B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则( B )A． A球吸收的热量较多 B． B球吸收的热量较多C．两球吸收的热量一样多 D．无法确定解析：两球初末态温度分别相同，初末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的 B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选 B。44．下列关于内能与热量的说法中，正确的是( D )A．马铃薯所含热量高B．内能越大的物体热量也越多C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体D．热量总是从温度高的物体流向温度低的物体解析：选项 A是生活中很常见的说法，但是物理学中的热量是过程量，不是状态量，不能象内能那样蕴含在物体中，选项 A错；说法 B与说法 A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项 B错；两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项 C错，D 对。5．在外界不做功的情况下，物体的内能增加了 50J，下列说法中正确的是( BD )A．一定是物体放出了 50J的热量B．一定是物体吸收了 50J的热量C．一定是物体分子动能增加了 50JD．物体的分子平均动能可能不变解析：在外力不做功的情况下，内能的改变等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故选项 A错误，选项 B正确。物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了 50J并不一定是分子平均动能增加了 50J。物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的 50J热量全部用来增加分子势能。二、非选择题6．若对物体做 1200J的功，可使物体温度升高 3℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高 3℃，那么物体应吸收 1200J的热量，如果对该物体做 3000J的功，物体的温度升高 5℃，表明该过程中，物体还放出(填“吸收”或“放出”)热量 1000J。解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式温度升高 3℃，如用吸热方式，也使温度升高 3℃，应吸收 1200J的热量。如对物体做功 3000J，温度升高 5℃，而物体温度升高 5℃，需要的功或热量应为Δ E,1200J＝ cm×3，Δ E＝ cm×5，所以 Δ E＝2000J因此物体应放出 1000J的热量。7．某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为 0.1m2的水盆盛 6kg的水，经太阳垂直照射 15min，温度升高 5℃，若地表植物每秒接收太阳能的能力与水相等，试计算：(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？(2)若绿色植物在光合作用下每吸收 1kJ的太阳能可放出 0.05L的氧气，则每公顷绿地5每秒可放出多少氧气？(1 公顷＝10 4m2) 答案：(1)1.4×10 3J/(m2·s) (2)700L解析：据水升温吸收的热量，便可求出单位面积单位时间吸收的太阳能，进而可求出每公顷绿地每秒放出的氧气。(1)单位面积单位时间吸收的太阳能为P＝ ＝ J/(m2·s)cmΔ tSt 4.2×103×6×50.1×15×60＝1.4×10 3J/(m2·s)。(2)氧气的体积为 V＝ ×0.05L＝700L。104×1.4×1031031第十章 第 3 节 热力学第一定律 能量守恒定律基础夯实 一、选择题(1～4 题为单选题，5 题为多选题)1．第一类永动机是不可能制成的，这是因为( C )A．不符合机械能守恒定律B．做功产生的热量不符合热功当量C．违背了热力学第一定律D．找不到合适的材料和合理的设计方案解析：第一类永动机违背了热力学第一定律，所以是不可能制成的。故选项 C 正确。2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( B )A．降低 B．升高C．不变 D．无法确定解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，外界消耗电能，对系统做功，系统总内能增加。3．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了 8×104J 的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是( B )A． W＝8×10 4J，Δ U＝1.2×10 5J， Q＝4×10 4JB． W＝8×10 4J，Δ U＝－1.2×10 5J， Q＝－2×10 5JC． W＝－8×10 4J，Δ U＝1.2×10 5J， Q＝2×10 5JD． W＝－8×10 4J，Δ U＝－1.2×10 5J， Q＝－4×10 4J解析：因为外界对气体做功， W 取正值，即 W＝8×10 4J，内能减少，Δ U 取负值，即Δ U＝－1.2×10 5J，根据 Δ U＝ Q＋ W，可得Q＝Δ U－ W＝－1.2×10 5J－8×10 4J＝－2×10 5J，B 正确。4.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( C )A．从外界吸热 B．内能增大C．向外界放热 D．内能减小解析：金属筒缓慢下降过程中，外界对筒内气体做功，而筒与水有热交换、水温恒定，所以筒内空气要向外界放热，温度保持不变，从而内能不变。5．(江苏宿迁市 2016 年高二下学期期末)如图所示，一定质量的理想气体由2a 状态变化到 b 状态，下列说法正确的有( BD )A．外界对气体做功 B．气体对外界做功C．气体向外界放热 D．气体从外界吸热解析：由图可看出从 a 到 b 气体体积增大温度升高，内能增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故选 BD。二、非选择题6.(江苏省盐城市 2017 年高二下学期期末)一定质量的理想气体由状态 a 沿 abc 变化到状态 c，吸收了 340J 的热量，并对外做功 120J。若该气体由状态 a 沿 adc 变化到状态 c 时，对外做功40J，则这一过程中气体吸收(填“吸收”或“放出”)260J 热量。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：Δ U＝ Q＋ W＝340－120＝220J，即从 a 状态到 c 状态，理想气体的内能增加了 220J；若该气体由状态 a 沿 adc 变化到状态 c 时，对外做功 40J，此过程理想气体的内能增加还是220J，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：Δ U＝ Q＋ W，得Q＝Δ U－ W＝220＋40＝260J。7.喷雾器内有 10L 水，上部封闭有 1atm 的空气 2L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入 1atm 的空气 3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)。(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。(2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由。答案：(1)2.5atm (2)吸热解析：(1)设气体初态压强为 p1，体积为 V1；末态压强为 p2，体积为 V2，由玻意耳定律 p1V1＝ p2V2代入数据得 p2＝2.5atm微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。(2)吸热。气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热。能力提升 3一、选择题(1、2 题为单选题，3 题为多选题)1．(海南省海南中学 2016 年高二下学期期中)如图，一定质量的理想气体，由状态 a 经过 ab 过程到达状态 b 或者经过 ac 过程到达状态c。设气体在状态 b 和状态 c 的温度分别为 Tb和 Tc，在过程 ab 和 ac 中吸收的热量分别为 Qab和 Qac。则( C )A． Tb＞ Tc， Qab＞ Qac B． Tb＞ Tc， Qab＜ QacC． Tb＝ Tc， Qab＞ Qac D． Tb＝ Tc， Qab＜ Qac解析：根据热力学定律 ＝ C，可知 b、 c 状态的温度相等，又因为 ab 过程中，体积变pVT大，气体对外做功，所以吸收的热量比 ac 过程的多，故 C 项正确。综上所述，本题正确答案为 C。2．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中( A )A．气体吸收热量，内能不变B．气缸内分子的平均动能增大C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大解析：由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量。内能不变。A 正确。3.导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则( BC )A．气体压强增大，内能可能不变B．外界对气体做功，气体温度降低C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小D．外界对气体做功，气体内能一定增加解析：由平衡条件知活塞受到的沙桶拉力减小，其他力如活塞重力、大气压力不变，则气体压强增大、体积减小，外界对气体做功，由于环境温度缓慢降低，则气体内能减少，由 Δ U＝ W＋ Q 知 Q0，即向外放热。二、非选择题4．(苏州市 2016 年高二下学期期末)4(1)下列说法中正确的是 BC。A．两个系统相互接触发生热传递，当内能相等时达到热平衡B．两分子之间距离为 r0分子处于平衡位置时，分子势能最小C．液面上部的蒸汽达到饱和时，仍有液体分子从液面飞出D．单晶体中的原子都是按照一定的规则周期性排列的，原子在晶格上静止不动(2)一定质量的理想气体从状态 A 经过图示中的 B、 C、 D 状态回到状态 A，则由 A 变化到 B，气体内能增加(填“增加” 、 “减少”或“不变”)；由 D 到 A 的过程中，气体放出(填“吸收”或“放出”)热量。(3)在(2)中若气体状态 C 的体积 Vc＝44.8L，状态 D 的体积 VD＝22.4L，状态 D 的温度t0＝0℃。①求气体在状态 C 的温度。②若状态 D 时的压强为 1 个标准大气压，则状态 D 时气体分子间的平均距离是多少？ (结果保留一位有效数字)答案：(3)①546K ②3×10 －9 m解析：(3)①因为 C 到 D 的过程是一个等压变化，因此 ＝VCTC VDtD＋ 273带入数据得 TC＝546K(或 273℃也对)②因为 D 状态是标准状态，1mol 理想气体的体积是 22.4 升，因此每一个气体分子占据的空间为 ＝ m3＝ d3，解之得 d＝3×10 －9 m。VDNA 22.4×10－ 36×10235.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后， “砰”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为 t1＝27℃，大气压为 p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到 4p0。试分析：(1)将容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度。(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功 15kJ，并向外释放了 20kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？答案：(1)927℃ (2)减少 35kJ5解析：(1)根据查理定律： ＝p1T1 p2T2p1＝ p0， T1＝300K， p2＝4 p0。解得： T2＝1200K，则 t2＝927℃。(2)由热力学第一定律 Δ U＝ Q＋ W得 Δ U＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故内能减少 35kJ。6．(江苏徐州市 2016 年高二下学期期末)某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好。室温时气体的体积 V1＝66mL，将气缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积 V2＝60mL。不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压 p0＝1.0×10 5Pa，阿伏加德罗常数NA＝6.0×10 23mol－1 。(取 T＝ t＋273K)(1)求室温是多少；(2)若已知该气体在 1.0×105Pa、0℃时的摩尔体积为 22.4L/mol，求气缸内气体分子数目 N；(计算结果保留两位有效数字)(3)若已知该气体内能 U 与温度 T 满足 U＝0.03 T(J)，则在上述过程中该气体向外释放的热量 Q。答案：(1)300.3K(或 27.3℃) (2)1.6×10 21 (3)1.419J解析：(1)由等温变化得， ＝V1T1 V2T2＝66T1 60273解得 T1＝300.3K 或 t＝27.3℃(2)N＝ NA＝ ×6×1023VVmol 0.0622.4解得 N＝1.6×10 21(3)根据关系式 U＝0.03 T 得，初状态的气体的内能为U1＝0.03 T1＝0.03×300.3＝9.009J末状态气体的内能为 U2＝0.03 T2＝0.03×273＝8.19J内能变化量 Δ U＝－0.819J气体经历等压变化，外界对气体做功W＝ p(V1－ V2)＝1×10 5×6×10－6 ＝0.6J由热力学第一定律，得： Q＝Δ U－ W＝－0.819－0.6＝－1.419J即气体向外界释放的热量为 1.419J1第十章 第 4节 热力学第二定律 第 5节 热力学第二定律的微观解释基础夯实 一、选择题(1～3 题为单选题，4、5 题为多选题)1．第二类永动机不可能制成，是因为( D )A．违背了能量的守恒定律B．热量总是从高温物体传递到低温物体C．机械能不能全部转化为内能D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化解析：第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热量的能量转化过程是有方向性的规律。故选项 A错；在引起其他变化的情况下，热量可由低温物体非自发地传递到高温物体。故 B错。机械能可以全部转化为内能。2．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。其原因是( C )A．这违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现。由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。3．下列说法正确的是( C )A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律解析：热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否定以特殊方式利用能量的可能性，故 A项错误；功和内能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的，故 B项错误；只要不要求吸收的热量全部用来做功而不产生其他影响，可以做成一种热机，由热源吸取一定热量而对外做功，故 C项正确；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律，故 D项错误。4．(济宁市 2016年高二检测)下面关于熵的说法正确的是( AD )2A．熵是物体内分子运动无序程度的量度B．在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的D．熵值越大，代表系统分子运动越无序解析：熵是物体内分子运动无序程度的量度，熵越大则物体内分子运动无序程度越大，A正确，在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向增加的方向进行，B 错误；热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，C 正确；熵值越大，代表系统分子运动越无序，D 正确。5．倒一杯热水，然后加入适量的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是( BD )A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B．溶解过程是有序向无序转变的过程C．结晶过程是有序向无序转变的过程D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响解析：溶解过程是自发的，是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的，通常是由于水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故选项 B、D 正确，选项A、C 错误。二、非选择题6．热力学第二定律常见的表述有以下两种：第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；第二种表述；不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图；外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据第二种表述完成示意图(b)。根据你的理解，热力学第二定律的实质是一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。__。答案：如图所示，7．一盆水在寒冷的天气中放在户外就要结冰，液态水的分子无序度比冰高。那么，结冰的过程违反熵增加原理吗？为什么？3答案：液体的水比冰的无序度大，但我们看孤立系统的熵，而不是看个别不孤立的物体。一盆水在寒冷的天气中并不是孤立系统，因为水与外界大气有能量交换。熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系统。本说法中，水与大气为一个孤立系统，水结冰时放热，使周围大气、地面、分子内能增加，无序度增加，系统总熵值是增加的，并不违反该原理。8．制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？答案：不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高。能力提升 一、选择题(1～2 题为单选题，3～5 题为多选题)1．(齐齐哈尔市实验中学 2017～2018 学年度高二上学期期末)以下说法中正确的是( D )A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的B．某导热材料制成的容器处于温度恒定的环境中，容器内用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当缓慢向下压活塞时，水汽的密度增加C．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点D．布朗运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动解析：自发的宏观热学过程是有方向性的，满足能量守恒定律的宏观过程并不一定都是可以自发进行的，自发的宏观热学过程还应满足熵增加原理，故 A项错误；当缓慢向下压活塞时，温度不变，水汽的饱和气压不变，密度不变，故 B项错误；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故 C项错误；布朗运动是固体小颗粒的运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动。故 D项正确。2．下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是( A )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%解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A 不属于热现象。43．(内蒙古赤峰市 2018届高三上学期期末)下列说法正确的是( ABD )A．一定质量的理想气体，经等容过程，吸收热量，内能一定增加B．气体对容器的压强是大量分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度及气体分子的平均动能有关C．在显微镜下看到的布朗运动是液体分子的无规则运动D．热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递给分子平均动能小的物体解析：一定质量的理想气体，根据热力学定律 Δ U＝ W＋ Q，经等容过程， W＝0，吸收热量， Q0，则 Δ U0，即内能一定增加，故 A正确；气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关，故 B正确；液体分子无法用普通光学显微镜观察，观察到的是固体颗粒在液体分子无规则碰撞下造成的无规则运动，故 C错误；热传递是改变物体内能的一种方式，热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体，而温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，故 D正确。4．关于第二类永动机，下列说法正确的是( AD )A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化解析：根据第二类永动机的定义可知 A选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以 B选项错误。机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C 选项错误，D 选项正确。所以，该题的正确答案是A、D。5．以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序、宏观态和微观态的认识中不正确的是( BD )A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态解析：5选项 个性分析 综合点评A正确 扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的B错误按偶数和奇数分成两部分，是有序的，内部是无序的C正确D错误一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态，洗动一次，该状态为这副扑克牌宏观态对应的一个微观态；奇偶分开是一种宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，原宏观态被破坏规定了某个规则，就规定了一个“宏观态” ，符合这个规则的就是有序，破坏了这个规则，则原有“宏观态”改变二、非选择题6．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点 1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况。答案：不违反；热水温度降低，冷水温度升高；转化效率低于 100%解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律。7．一锅开水投入了 5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了 5个肉馅的咸汤圆，甜、咸汤圆在沸水中翻滚，象征着封闭系统进入一个自发的过程。随后，用两只碗各盛了 5个汤圆，每碗汤圆中共有六种可能：①全是甜的，②全是咸的，③1 甜 4咸，④4 甜 1咸，这是四种不平衡的宏观态；⑤2甜 3咸，⑥3 甜 2咸，这是两种相对平衡的宏观态。两只碗各盛 5个汤圆共有 32种组合方式，我们称为 32个微观态。试问：(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少？请设计一个图表来表示。(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？答案：见解析解析：(1)宏观态对应的微观态个数。宏观态 全是甜的 全是咸的 1甜 4咸4甜 1咸2甜 3咸 3甜 2咸微观态个数 1 1 5 5 10 10(2)相对平衡的宏观态出现的概率为：p＝ ＝10＋ 101＋ 1＋ 5＋ 5＋ 10＋ 10 58