第3章 热力学定律复习与提高-高二物理课后习题精准解析（新教材人教版选择性必修第三册）

人教版新教科书 选择性必修第三册 第三章 热力学定律 复习与提高 （解析版） A组 1. 远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃。随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”的方法。其中的物理原理是什么？ 【答案】通过做功的方式使机械能转化为内能，从而增加了物体的温度，达到燃点后就被点燃了。 2. 冬天手冷的时候你有什么办法让手暖和起来？举出至少两种方法，并解释其中的物理原理。 【答案】可以让两手相互搓，通过摩擦力做功来改变手的内能，从而使手的温度升高;也可以让手接触或靠近温度较高的物体，通过传热的方式使手的温度升高。 3. 如图3-1，一绝热容器被隔板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。分析此过程中气体内能的变化情况。 【答案】由于B内是真空，且容器也是绝热的，抽走隔板后，A内气体自由膨胀，在膨胀的过程中没有遇到任何阻碍，没有对外做功，因此内能不变，温度不变。 4. 一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，若不计气泡内空气分子个数和分子势能的变化，在上浮过程中气泡的内能如何变化，吸热还是放热？ 【答案】内能不变;吸热 【解析】气泡在缓慢上升过程中，可认为气泡内的空气温度不变，始终等于外部的水温，而外部的水温恒定，因此，气泡的内能不变。但是，在气泡缓慢上升的过程中，外部的压强逐渐减小，气泡逐渐膨胀，对外做功，根据U=W+Q可知，气泡要吸热。 5. 如图3-2，固定汽缸内由活塞封闭一定质量的气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热后活塞向左移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。试分析气体内能会如何变化。 【答案】气体的内能增加。 【解析】由题意可知，电热丝对气体加热后，虽然气体膨胀对外做功，但气体的压强不变，体积增加，则气体的温度要升高，故气体的内能增加了。 7. 小李想估测燃气灶烧水时的效率。他在开水壶里装了2.5 L 的水，测得烧水前的水温是 15 ℃，水烧开后便停止加热。烧水前后燃气表的示数如图 3-3所示。为了得出燃气灶烧水的效率，他还要知道什么数据？请用字母表示相关数据，指出所用的单位，列出计算效率的表达式。 【答案】还需知道:燃气灶燃烧单位体积燃气时放出的能量q (J/m2) 以及水的比热容c [J/(kg. C)].水的密度ρ (kg/m3); η=1. 93100% 【解析】水烧开要吸收的热量Q水=ct，其中V水=2.5L，=(100-15) 0C=85 C。 水烧开燃气释放的能量Q燃气= qV燃气，其中V燃气=(69.44- 69.33) m3=0.11 m3。 则燃气灶烧水的效率η= 100%= 100%=1. 93100% B组 1.根据热力学定律，判断下列说法是否正确，若不正确请说明理由。 （1）空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量。 （2）海水降低温度可以放出大量的热量，科技的不断进步使得人类有可能通过降低海水的温度来发电，从而解决能源短缺的问题。 （3）即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能。 （4）对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”。 【答案】 (1)正确。 (2)不正确。因为要使海水降低温度，需要对海水做功才能实现，即要消耗更多的能量才能 实现，这样并不可持续。 (3)正确。 (4)不正确。对能源的过度消耗确实会形成“能源危机”，但自然界的总能量是守恒的，自 然界的能量不会减少。形成能源危机的原因不是能量减少了，而是可以利用的能源减少了，因为有些能源耗散到空中后不能再回收利用了。 【解析】 (1)因为空调在制冷的过程中，还要消耗电能，电能转化过程中也要放出热量，所以空调在制冷时从室内吸收的热量加上电能转化过程中放出的热量都会排放到室外去。 (3)因为热机在工作时，要做功，一定会使热机内的温度高于环境的温度，从而导致热机向 环境散热。同时，热机在工作过程中还要向外排出热量。因此，热机不可能将燃料产生的内能全部转化为机械能。 2. 装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到“哧——”的一声，气体喷到外面。会不会有这样的现象 ：外面的气体自发地进入钢瓶， 使瓶内的压强变大？说出理由。 【答案】不会。打开阀门后，钢瓶中的压缩气体喷到外面，是一个扩散过程，分子的扩散运动总是从密度较大的区域向密度较小的区域进行的，其逆过程是不能发生的。 3. 如图3-4，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m 的活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0 的空气中，开始时气体的 温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q