第十章 热力学定律答案

第十章热力学定律
第1节功和内能
[基础训练]
1.解析：锯条锯木头与钻木取火时都会做功从而使物体的内能增加，故B、C正确。

答案：B、C
2.解析：用铁锤锻打工件，铁锤对工件做功，使它的内能增加，选C
答案：C
3.解析：选项B是系统对外界做功，内能减小，选项C是吸热使内能增加，而选项D内能不变。

故选A。

答案：A
4.解析：选项D是吸热使内能增加，A、B、C正确。

答案：A、B、C
第2节热和内能
[基础训练]
1.解析：内能与机械能是两种不同形式的能量，故A、B、C错误，而摩擦生热是机械能向内能的转化，D对。

答案：D
2.解析：A是电流做功改变内能，C是摩擦做功改变内能，只有B、D是通过热传递的方法改变物体内能的，故选B、D
答案：B D
3.解析：做功和热传递是等效的，是指在改变系统内能上是等效的。

C正确。

答案: C
4.解析：物体的内能是状态量，是由温度和体积决定的，是物体中所有分子的动能和分子势能的总和，物体内能的大小不能用物体吸热和放热的多少来量度，但物体内能的改变可以用物体吸热和放热的多少来量度，做功和热传递，对改变物体的内能是等效的。

A、D正确。

答案：A D
5.解析：热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功、内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量；热量和功二者可作为物体内能改变的量度而不是内能大小的量度。

故C、D 正确。

答案：C D
第3节热力学第一定律
[基础训练]
1.解析：由热力学第一定律易知B、C正确。

答案：B、C
2.解析：由能的转化和守恒定律及能量守恒定律，显然D正确。

答案：D
3.解析：子弹在射穿木块的过程中，摩擦生热内能增加；在绝热的条件下被压缩的气体，外界对气体做功气体内能增加；运动的两个小球碰撞时损失的机械能转化为内能，故B、C、D正确。

答案：B、C、D
4.解析：外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负。

故C正确。

答案：C
5.解析：在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，温度不变但要吸收热量，体积增大，对外做功；由于温度不变，体积增大，所以分子的动能不变，分子势能增加，内能增加。

故A正确。

答案：A
6.解析：由热力学第一定律和W＝Pt知，以较大的功率对物体做功就会使物体增加的内能大于物体由于热交换减小的内能，从而使物体的内能能够明显增加；该物体以较大的功率对外做功就会使物体减小的内能大于物体由于热交换增加的内能，从而使物体的内能能够明显减小。

答案：A.C
7.解析：由图象可知该气体发生的等温变化，故气体的内能不变，ΔU＝0；但气体的体积在减小，故外界对气体做功，W＞0；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，Q＞0，气体放热。

故C正确。

答案：C
8.解析：由题意得：mghη=cmΔt代入数值得：Δt＝0.01℃
答案：0.01℃
9.解析：活塞对气体做功W=2000J，气体向水放出热量，其绝对值为：
∣Q∣=cmΔt=4.2×103×2×0.2J=1680J
由于压缩中气体向外界放热，所以代入热力学第一定律表达式时，Q取负号，内能变化为ΔU=W＋
Q=2000J－1680J=320J
即气体内能增加了320 J 。

第4节热力学第二定律
[基础训练]
1.解析：由能的转化和守恒定律及能量守恒定律知各种形式的能量之间可以相互转化，但是内能在转化为机械能的过程中，由于内能的各种耗散，内能不会完全转化为机械能。

故B、D正确。

答案：B D
2.解析：第二类永动机仍然遵循能量守恒定律，所以不违反热力学第一定律，但能量的转化和转移具有一定的方向性，它违反了热力学第二定律。

故选C。

答案：C
3.解析：由热机的定义我们易判断A正确；内燃机在工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把气体的内能全部转化为机械能，D正确。

故选A D
答案：A D
4.解析：由热力学第一定律和热力学第二定律易判断A C是正确的。

答案：A C
5.解析：由第二类永动机的特点易判断C是正确的。

答案：C
6.解析：由热传导的特点来进行分析即可。

答案：高温、低温、低温、高温、方向
7.解析：本题考察的是对第二类永动机的理解。

答案：第二类永动机不能
第5节热力学第二定律的微观解释
[基础训练]
1.解析：气体被压缩过程中，体积减小，分子间的相对位置越来越确定，系统的无序程度越来越小，
所以熵减小。

2.解析：系统冷却，温度降低，系统内分子无规则运动减弱，所以熵减小了。

第6节能源和可持续发展
[基础训练]
1.解析：由一级能源和二级能源的定义易判定A、C正确
答案：A C
2.解析：①②③④说法正确，故选B
答案：B
3.解析：阳光中多种波长的电磁波辐射透过大气照到地球表面，使地面温度升高，而地面的热辐射是较长波长的电磁辐射，它不容易透过大气中的二氧化碳，于是大气温度上升。

大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，却不让地面的热辐射出去，这种效应叫“温室效应”。

二氧化碳是一种重要的“温室气体”。

答案：产生“温室效应”
4.解析：煤在燃烧时产生的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成酸雨；落到地面时腐蚀建筑物、酸化土壤。

答案：形成酸雨、腐蚀建筑物、酸化土壤。

达标测评
1.解析：当快速下压活塞时，对空气做功，改变了气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来。

故B正确。

答案：B
2.解析：本题考察的是对两类永动机的本质认识，显然A、D正确。

答案：AD
3.解析：本题考察的是对热力学第一定律ΔU=W+Q的理解和应用，需要注意的是符号法则。

答案：BC
4.解析：利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C正确；设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确。

答案：BCD
5.解析：本题考察的是对热力学第一定律ΔU=W+Q的理解和应用，需要注意的是符号法则及其物理意义。

答案：CD
6.解析：大气压对左面A的水做正功，而对B中水做负功；A内水面下降，体积减小，与B内上升增加的体积相同，因此大气压对水做功的代数和为零；水的重心降低重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加。

故选D。

答案：D
7.解析：抽去隔板前A、B气体的整体重心在中线以下，抽去隔板待气体混合均匀后重心恰好在中线上，所以系统的重力势能增大，由能量守恒定律，吸收的热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能，所以B正确。

答案：B
8.解析：斜面光滑且不计空气阻力时，木块下滑过程中机械能守恒，内能不变；斜面粗糙，木块下滑时要克服摩擦力做功，故木块在机械能减小，由能量守恒定律它的内能将增大。

D 正确。

答案：D
9.解析：设物体质量为m,v 1=9m/s,v 2=7m/s 最终速度减为v 3，由能量守恒定律有：
2222122311112222
mv mv mv mv -=- 代入数值得：v 3=
m/s=4.12m/s 故B 正确。

答案：B
10.解析：热传导只能从高温到低温，A 不正确；由能量守恒定律可知，各种形式的能量之间可以相互转化，并且总能量守恒，所以B 正确，C 不正确；而能量的耗能正好说明自然界的宏观过程有方向性，D 正确。

答案：BD
11.解析：由于气体的温度随其内能的增大而升高，所以内能增大温度必然升高；由热力学第一定律ΔU=W+Q 知，当压缩气体，同时将热量传给气体，其内能增加，温度必升高，D 正确；而A 、B 只是考虑了或W 或Q 的一个方面而忽略了另一方面，故不正确。

答案：D
12.解析：只有迅速向里推活塞，对混合气体做功，才能使混合气体的内能迅速增加，温度迅速升高到燃点。

故A 正确。

答案：A
13.解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以在达到平衡时，它们的温度相等，气体分子的平均动能必相等。

答案：B
14.解析：A 、B 两球初末状态完全相同，故ΔU 相同；B 球膨胀对水银做的功大于A 球膨胀对水做的功，由热力学第一定律ΔU=W+Q ，所以B 球吸收的热量大于A 球吸收的热量，故B 正确。

答案：B
15.解析：温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子的平均动能增大；理想气体的内能是由温度唯一决定，所以温度升高，内能增加；由热力学第一定律ΔU=W+Q ，结合符号法则及其物理意义，则气体要吸热。

答案：增大 增加 吸热
16.解析：由热力学第一定律ΔU=U 2-U 1=W+Q ，结合符号法则及其物理意义有：W=-30J ，Q=20J ，故ΔU=U 2-U 1= -10J ，因而内能减小了10J 。

答案：减少 10
17.解析：设太阳的全部辐射功率为P ，则在两分钟内太阳向外辐射的能量Q=Pt ，则由题意可知 24Pt S cm t d
ηπ=∆ 所以24d cm t P S t
πη∆==4.4×1026W 18.解析：首先可以求出在时间t 内作用于风车的气流质量为m=πr 2υt ρ，这些气流的动能为
12m υ2；转变的是能为E=12 m υ2 ×10％，故风车带动电动机功率为P=E t =12πr 2ρυ3×10％
代入数据以后得P=3.4kW
答案：3.4kW
19.解析：系统损失的机械能转化为系统增加的内能。

2220111=mv (mv +Mv )222
E ∆-损 =12×0.01×2002J －(12×0.01×402J ＋12
×2×0.82J) =191.36J
∴被子弹吸收的热量是Q=ΔE 换×30％=cm Δt ∴2E 30%191.3630%t=
=cm 1.3100.01
∆⨯⨯∆⨯⨯℃=44.16℃。