分層作業(十一)熱力學第肯定律能量守恒定律A級必備學問基礎練1.(多選)以下說法正確的是()A．第一類永動機違反了能量守恒定律B．第一類永動機不能制成，是因為有摩擦、熱損失等因素的存在C．某種形式的能量削減，肯定有其他形式的能量增加D．隨著科技的發展，能量是可以憑空產生的2．自由搖擺的秋千搖擺幅度越來越小，下列說法正確的是()A．機械能守恒B．能量正在消逝C．只有動能和重力勢能的相互轉化D．削減的機械能轉化為內能，但總能量守恒3．[2024·北京朝陽一模]一封閉容器中裝有肯定質量的志向氣體，容器壁與外界沒有熱量交換，當氣體被壓縮時，下列說法正確的是()A．氣體壓強增大B．氣體對外界做功C．氣體內能不變D．氣體溫度不變4．肯定質量的志向氣體，從某一狀態起先，經過一系列改變后又回到起先的狀態，用W1表示外界對氣體做的功，W2表示氣體對外界做的功，Q1表示氣體汲取的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則在整個過程中肯定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1>Q25．(多選)對于肯定質量的志向氣體，下列過程符合熱力學第肯定律的是()A．在恒定溫度下，氣體絕熱膨脹B．氣體從外界汲取熱量而溫度保持不變C.在絕熱的條件下，氣體體積不變而溫度上升D．氣體對外做功的同時向外界放熱6．二氧化碳的大量排放是導致“溫室效應”加劇的主要緣由之一．人類在實行節能減排措施的同時，也在探討限制溫室氣體的新方法，目前專家們正在探討二氧化碳的深海處理技術．在某次試驗中，將肯定質量的二氧化碳氣體封閉在一個可以自由壓縮的導熱容器中，將容器緩慢移到海水深處，氣體體積減小為原來的一半，不計溫度改變，二氧化碳氣體可視為志向氣體．此過程中()A．封閉的二氧化碳氣體對外界做正功B．封閉的二氧化碳氣體壓強肯定增大C．封閉的二氧化碳氣體分子的平均動能增大D．封閉的二氧化碳氣體肯定從外界汲取熱量7．(多選)某汽車的四沖程內燃機利用奧托循環進行工作，該循環可視為由兩個絕熱過程和兩個等容過程組成．如圖所示為肯定質量的志向氣體所經驗的奧托循環，則該氣體()A．在a→b的過程中，外界對其做的功全部用于增加內能B．在狀態a和c時氣體分子的平均動能可能相等C．在d→a的過程中，單位時間內撞擊汽缸壁的分子數增多D．在一次循環過程中氣體汲取的熱量大于放出的熱量8．肯定質量的氣體，在從一個狀態改變到另一個狀態的過程中，汲取熱量280J，并對外做功120J，試問：(1)這些氣體的內能發生了怎樣的改變？(2)假如這些氣體又返回原來的狀態，并放出了240J熱量．那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？9．汽缸內封閉了肯定質量、壓強p＝1.0×105Pa、體積V＝2.0m3的志向氣體，現使氣體保持壓強不變，體積緩慢壓縮至V′＝1.0m3，此過程氣體向外界釋放了Q＝1.2×105J的熱量，則：(1)壓縮過程外界對氣體做了多少功？(2)氣體內能改變了多少？10．[2024·石家莊高二檢測]如圖所示，肯定質量的志向氣體被活塞封閉在可導熱的汽缸內，活塞可沿汽缸無摩擦地滑動．活塞面積S＝1.0×10－3m2，質量m＝2kg，汽缸豎直放置時，活塞相對于底部的高度為h＝1.2m，室溫等于27℃；現將汽缸置于77℃的熱水中，已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，取g＝10m/s2，求：(1)平衡時活塞離汽缸底部的距離．(2)此過程中內部氣體汲取熱量28.8J，氣體內能的改變量為多少？B級關鍵實力提升練11．(多選)如圖所示，在水平面上放置著一個密閉絕熱的容器，容器內部有一個肯定質量的活塞，活塞的上部封閉著志向氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽視不計，置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處于自然長度時彈性勢能為零)，現在繩突然斷開，則下列說法中正確的是()A．由于能量的轉化與守恒，活塞將不停地振動起來B．容器內氣體的溫度將趨于一個定值C．活塞最終會停留在比原來高的位置上D．活塞最終會停下來，Ep全部轉化為其他形式的能量12．[2024·臨沂高二檢測]如圖所示的p-V圖像中A→B→C→A表示肯定質量的志向氣體的狀態改變過程，1atm＝1.01×105Pa，則以下說法正確的是()A．氣體在A、B兩狀態時的溫度相等，由狀態A到狀態B的過程中，氣體溫度保持不變B．由狀態A到狀態B的過程中，氣體從外界汲取的熱量大于氣體對外界所做的功C．由狀態B到狀態C的過程中，外界對氣體做了202J的功D．由狀態C到狀態A的過程中，氣體汲取的熱量等于外界對氣體做的功13．[2024·河南名校聯盟高二聯考]如圖甲所示，質量為m＝2kg的絕熱活塞將肯定質量的志向氣體封閉在上端開口直立圓筒形絕熱的汽缸中，活塞橫截面積S＝5×10－4m2，可沿汽缸無摩擦滑動且不漏氣，起先活塞處于A位置時汽缸內氣體的內能為U0＝90J，現通過電熱絲緩慢加熱氣體，直到活塞緩慢到達位置B，在此過程中，缸內氣體的V-T圖像如圖乙所示．已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，g取10m/s2，肯定質量志向氣體內能與其熱力學溫度成正比，求：(1)汽缸內氣體的壓強和活塞處于B位置時汽缸內氣體的熱力學溫度；(2)活塞由A位置緩慢到達B位置，汽缸內氣體改變過程中從電熱絲汲取的總熱量．分層作業(十一)熱力學第肯定律能量守恒定律1．解析：第一類永動機不行能實現，是因為它違反了能量守恒定律，A正確，B錯誤；依據能量守恒定律可知，某種形式的能量削減，肯定有其他形式的能量增加，C正確；由能量守恒定律可知，能量是不能憑空產生的，D錯誤．答案：AC2．解析：自由搖擺的秋千搖擺幅度越來越小，說明機械能在削減，A、C錯誤；削減的機械能通過摩擦做功轉化成了內能，但總能量守恒，B錯誤，D正確．答案：D3．解析：當氣體被壓縮時，外界對氣體做功，即W>0，因容器壁與外界沒有熱量交換，則Q＝0，依據熱力學第肯定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU>0，即氣體內能增加，溫度上升，依據eq\f(pV,T)＝C可知，V減小，T變大，則壓強p變大，B、C、D錯誤，A正確．答案：A4．解析：對肯定質量的志向氣體，經過一系列的狀態改變后又回到原狀態，表明整個過程中內能的改變為零，即通過做功和熱傳遞引起的內能改變相互抵消，所以A選項正確．當然，若Q1＝Q2，則必定有W1＝W2；若Q1>Q2，則必定有W1<W2；若Q1<Q2，則必定有W1>W2，所以B、C、D三項都有可能但不肯定，故選A.答案：A5．解析：A錯：肯定質量的志向氣體溫度肯定時，其內能肯定，氣體膨脹對外做功，依據熱力學第肯定律得知，氣體應吸熱，違反了熱力學第肯定律．B對：氣體從外界汲取熱量，若對外做功，而且熱量與做功的數值相等，依據熱力學第肯定律氣體的溫度不變，符合熱力學第肯定律．C錯：氣體體積不變則氣體既不對外做功，外界也不對氣體做功，溫度上升，內能增大，則氣體應汲取熱量，但在絕熱條件下不行能汲取熱量，違反了熱力學第肯定律．D對：氣體對外做功的同時向外界放出熱量，依據熱力學第肯定律氣體的內能減小，符合熱力學第肯定律．答案：BD6．解析：氣體體積減為原來的一半，外界對氣體做正功，故A錯誤．溫度不變，氣體體積減半，依據玻意耳定律可知，氣體壓強增大，故B正確．溫度不變，所以二氧化碳氣體分子的平均動能不變，故C錯誤．肯定質量的志向氣體的溫度不變，內能不變，W>0，依據熱力學第肯定律ΔU＝W＋Q可知，封閉氣體向外界傳遞熱量，故D錯誤．答案：B7．解析：由于a→b是絕熱過程，依據熱力學第肯定律，外界對其做的功全部用于增加內能，A正確；由于a→b的過程氣體的內能增加，溫度上升；b→c的過程，體積不變，壓強增大，依據eq\f(p,T)＝C可知溫度上升，因此Tc>Ta，可得在狀態a時氣體分子的平均動能小于狀態c時氣體分子的平均動能，B錯誤；在d→a的過程中，體積不變，依據eq\f(p,T)＝C，可知溫度降低，單位體積內分子數不變，分子的平均速率減小，因此單位時間內撞擊汽缸壁的分子數削減，C錯誤；在題圖所示的一次循環過程中，封閉圖線圍成的面積等于氣體對外做的功，由于總體對外做功W<0，依據熱力學第肯定律，可知氣體汲取的熱量大于放出的熱量，D正確．答案：AD8．解析：(1)由熱力學第肯定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，所以氣體的內能增加了160J.(2)由于氣體的內能僅與狀態有關，所以氣體從另一個狀態回到原來狀態過程中內能的改變量加上從原來的狀態到另一個狀態過程中內能的改變量等于零，則從另一個狀態回到原來狀態的過程中，內能應削減160J，即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，依據熱力學第肯定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以有W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對氣體做功80J.答案：(1)內能增加了160J(2)外界對氣體做功80J9．解析：(1)外界對氣體做的功W＝p·ΔV＝p(V－V′)，解得W＝1.0×105J.(2)由熱力學第肯定律得，汽缸內氣體內能的改變量ΔU＝Q＋W＝－1.2×105J＋1.0×105J＝－2×104J，即氣體內能削減了2×104J.答案：(1)1.0×105J(2)削減了2×104J10．解析：(1)設平衡時活塞距汽缸底部的距離為h′，取封閉氣體為探討對象，氣體發生等壓改變，由蓋-呂薩克定律eq\f(hS,T1)＝eq\f(h′S,T2)，解得h′＝1.4m.(2)在此過程中氣體對外做功W＝p0S(h′－h)＋mg(h′－h)由熱力學其次定律ΔU＝Q－W解得ΔU＝4.8J氣體內能增加4.8J.答案：(1)1.4m(2)增加4.8J11．解析：由于起先彈簧處于壓縮狀態，彈簧中儲存了肯定的彈性勢能，在繩子斷開后活塞向上運動，到達最高點后再向下運動，如此反復；在此過程中彈簧的部分彈性勢能轉化為氣體的內能，活塞與彈簧的機械能不斷減小，最終活塞將靜止，靜止時彈簧的彈力等于活塞的重力和上部氣體對活塞的壓力，此時彈簧仍處于壓縮狀態．彈簧的彈性勢能有一部分轉化為氣體內能，最終氣體溫度趨于一個定值；在活塞運動過程中對活塞做功的有重力、彈簧的彈力和氣體對活塞的壓力．當彈簧最終靜止時，彈簧仍處于壓縮狀態，但彈簧的形變量減小，故彈簧儲存的彈性勢能減小；由于活塞的高度增大，故活塞的重力勢能增大，在活塞運動的過程中活塞壓縮氣體做功，產生內能，故削減的彈性勢能一部分轉化為重力勢能，一部分轉化為空氣的內能．故B、C正確．答案：BC12．解析：因為pAVA＝pBVB，所以，氣體在A、B兩狀態時的溫度相等．由圖像可知，由狀態A到狀態B的過程中，氣體溫度先上升后降低，A錯誤；因為氣體在A、B兩狀態時的溫度相等，所以內能不變，依據熱力學第肯定律ΔU＝W＋Q，氣體從外界汲取的熱量等于氣體對外界所做的功，B錯誤；由狀態B到狀態C的過程中，外界對氣體做的功為W＝pΔV＝1.01×105×(3—1)×10－3J＝202J，C正確；由狀態C到狀態A的過程中，溫度上升，氣體內能增大，因為體積不變，壓強增大，外界對氣體不做功，所以氣體汲取的熱量等于氣體內能的增加量，D錯誤．答案：C13．解析：(1)活塞從A位置緩慢到B位置，活塞受力平衡，氣體為等壓改變，以活塞為探討對