章末强化练(3) 热力学定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

章末强化练(三)热力学定律 (时间：90分钟　满分：100分) [对应学生用书P122] 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．) 1．某同学用橡皮塞塞紧饮料瓶，并用打气筒向饮料瓶内打气，装置如图所示．当压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结，产生这一现象的原因是饮料瓶中气体(　　) A．体积增大，压强减小 B．动能增大，温度升高 C.对外做功，温度降低 D．质量减少，温度降低 C　[由题意知，因瓶内气体膨胀，对外界做功，故橡皮塞冲出，W＜0.又因时间很短，可得吸放热Q≈0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＜0，所以内能减小，温度降低，故选C.] 2．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(　　) 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．管内气体内能增加，压强变大 D　[绳克服与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增加，温度升高．通过传热，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加，压强变大，故选D.] 3．图中的四个图像是一定质量的气体，按不同的方法由状态a变到状态b，则反映气体变化过程中从外界吸热的是(　　) D　[A项中体积减小，外界对气体做功，压强变大，气体做等温变化，温度不变内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可以得知Q为负值，气体一定向外界放热，A项错误；B项中体积和压强都在减小，外界对气体做功，根据理想气体状态方程＝c，温度一定减小，内能减小，Q＝ΔU－W，Q为负值，气体向外放热，B项错误；C项中压强与温度成正比，气体发生等容变化，体积不变，外界做功为零，温度减小，说明内能减小，气体对外界放热，所以C项错误；D项为等温变化，内能不变，压强减小，体积一定增大，气体对外界做功，W为负值，Q一定为正值，气体吸热，所以D项正确．] 4．如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞到缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa，现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口．在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能的增加量为(　　) A．70 J　　　　 B．60 J　　　　 C．50 J　　　　 D．10 J C　[活塞移动过程，汽缸内气体对外界做功：W＝Fx＝pSh＝5×104×10×10－4×0.2 J＝10 J，由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化：ΔU＝Q＋(－W)＝(60－10)J＝50 J．汽缸内的气体内能增加了50 J，故C正确，A、B、D错误．] 5.如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随内能的增加而升高，则在移动P的过程中(　　) A．外力对乙做功；甲的内能不变 B．外力对乙做功；乙的内能不变 C．乙传递热量给甲；乙的内能增加 D．乙的内能增加；甲的内能不变 C　[由于甲乙系统和外界是绝热的，因此不能和外界进行热交换Q＝0，甲乙内能的变换只能通过外界做功引起，当活塞缓慢地向B移动一段距离时，乙气体体积减小，外界对乙做功，其内能增加，温度升高，然后通过隔板B将热量传递给甲一部分，最终甲乙内能都增加，故A、B、D错误，C正确．] 6．下列关于热学现象和热学规律说法正确的是(　　) A．根据热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体 B．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子势能增加 C．物体的温度为0 ℃时，物体分子的平均动能为零 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加了2×105 J，则空气从外界吸收热量1×105 J B　[根据热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体，但要引起其他的变化，故A错误；一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气要吸收热量，而由于温度不变，故分子平均动能不变，分子总动能不变，则其分子势能增加，故B正确；分子在永不停息地做无规则运动，则当物体的温度为0 ℃时，物体分子的平均动能不为零，故C错误；根据热力学第一定律，用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加了2.0×105 J，则空气向外界放出热量1.0×105 J，故D错误．] 7.如图所示，一个内壁光滑、绝热的汽缸固定在地面上，绝热的活塞下方封闭着空气，若用竖直向上的力F将活塞缓慢向上拉一些距离．则缸内封闭着的气体(　　) A．分子平均动能不变 B．单位时间内缸壁单位面积上受到的气体分子碰撞的次数减少 C．每个分子对缸壁的冲力都会减小 D．若活塞重力不计，拉力F对活塞做的功等于缸内气体内能的改变量 B　[向上拉活塞时，气体体积变大，气体对外做功，W＜0，由于汽缸与活塞是绝热的，在此过程中气体既不吸热，也不放热，则Q＝0，由热力学第一定律可知，ΔU＝W＋Q＜0，气体内能减小，温度降低，分子平均动能变小，但并不是每一个分子动能都减小，不是每个分子对缸壁的冲力都会减小，故A、C错误；气体物质的量不变，气体体积变大，分子数密度变小，单位时间内缸壁单位面积上受到气体分子碰撞的次数减少，故B正确；若活塞重力不计，则活塞质量不计，向上拉活塞时，活塞动能与重力势能均为零，拉力F与大气压力对活塞做的总功等于缸内气体的内能改变量，故D错误．] 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．) 8．导热性能良好的汽缸和活塞，密封一定质量的理想气体，汽缸固定不动，保持环境温度不变，现在将活塞向下缓慢移动一段距离，则(　　) A．外界对气体做功，内能不变 B．气体放出热量，内能增大 C．汽缸内每个气体分子的动能保持不变 D．单位时间内撞击到缸壁上单位面积的分子数增多 AD　[由于汽缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向下缓慢压一段距离过程中，气体温度不变，气体内能不变，由ΔU＝W＋Q可知，外界对气体做功，内能不变，气体将放出热量，故A正确，B错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到缸壁上单位面积上的分子数增多，故D正确．] 9．(2022·山东卷改编)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内汽体(　　) A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，分子平均热运动速率减小 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 BC　[初始时气体的压强p1＝p0＋，体积为V1，温度为T1；将汽缸缓慢转过90°后，气体的压强为p2＝p0，体积为V2，温度为T2.易知V2＞V1，故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得ΔU＜0，由于理想气体内能只与气体温度有关，所以T1＞T2，AD错误．内能减小，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小，B、C正确．] 10.如图所示，在较厚的有机玻璃筒底部，放置少量易燃物，如蓬松的硝化棉．迅速压下筒中的活塞，可看到硝化棉被点燃而发出火光．对该实验现象的下列说法中正确的是(　　) A．这个实验说明功可以变成能 B．这个实验说明做功可以改变筒内空气的内能 C．用厚有机玻璃做筒和迅速压缩都是为了保证该过程为绝热过程 D．活塞向下迅速压缩过程，筒内空气的分子平均动能和分子势能都增大了 BC　[改变物体内能的方式有两种，一种是传热，另外一种是做功．这个实验说明做功可以改变简内空气的内能，但并非说明功可以变成能，故A错误，B正确；这个实验的目的是说明做功可以改变筒内空气的内能，利用控制变量法，先保证气体和外界不进行热交换，所以用厚有机玻璃做筒和迅速压缩都是为了保证该过程为绝热过程，故C正确；活塞向下迅速压缩过程，筒内空气内能增大，分子平均动能也增大，但由于气体分子的距离很大，分子力可以忽略不计，分子势能也可以忽略不计，故D错误．] 三、非选择题(本题共5小题，共54分．) 11.(7分)如图，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的竖直汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地上下滑动．开始时活塞静止，取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上，在倒沙子的过程中，缸内气体内能________(填“增大”“减小”或“不变”)，气体对活塞________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体________(填“吸热”或“放热”). 解析　取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上，在倒沙子的过程中，外界对气体做正功，由于汽缸导热，缸内气体温度不变，气体内能不变．外界对气体做正功，气体对活塞做负功，根据热力学第一定律，可知W＋Q＝0，气体放热． 答案　不变　做负功　放热 12．(9分)长时间旋转在恒温环境中的橡皮胎(可导热)，胎内充有压强为p0，体积为V0的气体．在橡皮胎上压一重物，使其形变，胎内气体体积最终减小了ΔV，整个过程中橡皮胎对外界放出的热量为Q.不考虑气体分子势能．求： (1)橡皮胎对气体做的功； (2)胎内气体压强的变化量． 解析　(1)橡皮胎内气体体积变化前后温度不变，故气体内能不变化，由热力学第一定律可得：W＝Q. (2)由题意可得： p0V0＝p(V0－ΔV)， Δp＝p－p0， 解得：Δp＝p0. 答案　(1)Q　(2)p0 13．(11分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p­V图像，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335 J的热量传入系统，系统对外界做功126 J. (1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42 J，则有多少热量传入系统？ (2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84 J，问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？ 解析　(1)沿a→c→b过程，由热力学第一定律 ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209 J 沿a→d→b过程， 由热力学第一定律ΔU＝W′＋Q′， 得Q′＝ΔU－W′＝209 J－(－42)J＝251 J 即有251 J的热量传入系统． (2)因为由a→b，ΔU＝209 J 所以由b→a，ΔU′＝－ΔU＝－209 J 由热力学第一定律ΔU′＝W″＋Q″ 得Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84)J＝－293 J 负号说明系统放出热量． 答案　(1)251 J　(2)放热　293 J 14．(12分)如图所示为一定质量的氦气(可视为理想气体)状态变化的V­T图像．已知该氦气所含的氦分子总数为N，氦气的摩尔质量为M，其在状态A时的压强为p0，阿伏加德罗常数为NA. (1)求氦气分子的质量； (2)求在C状态时氦气分子间的平均距离d； (3)在第(2)小题的情境中，试求： ①氦气在B状态时的压强pB； ②若氦气从状态B到状态C过程，外界对氦气做功为W，则该过程中氦气是吸热还是放热？传递的热量为多少？ 解析　(1)氦气的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA 则氦气分子的质量：m＝； (2)C状态时气体的体积为V0，一个分子所占空间的平均体积为：V＝； 把气体分子所占平均空间看成是立方体模型，有：V＝d3， 所以氦气在C状态时氦气分子间的平均距离d＝ ； (3)①气体从A到B是等容变化过程，根据查理定律有：＝ 解得：pB＝； ②气体从B到C是等温变化过程，对于一定质量的理想气体，温度不变，内能不变，ΔU＝0，外界对氦气做功为W＞0，根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，有：Q＝－W＜0，则该过程中氦气是放热过程，传递的热量为W. 答案　(1)　(2)　(3)①　②放热，传递的热量为W 15．(15分)如图所示，一个质量为m的T形活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距汽缸底部h0处连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计)，细管内装有一定量水银，初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为1.5h0，U形管两边水银柱存在高度差．已知水银密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，活塞竖直部分高为1.2h0，重力加速度为g. (1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平？ (2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化． 解析　(1)初态时，对活塞受力分析，可求汽缸内气体 p1＝p0＋ V1＝1.5h0S T1＝T0 要使两边水银面相平，汽缸内气体的压强p2＝p0 此时活塞下端一定与汽缸底接触，V2＝1.2h0S 设此时温度为T2，由理想气体状态方程有＝ 解得T2＝. (2)从开始至活塞竖直部分恰与汽缸底接触，气体压强不变， 外界对气体做功W＝p1ΔV＝×0.3h0S 由热力学第一定律有ΔU＝W－Q 解得ΔU＝0.3h0S－Q. 答案　(1)　(2)0.3h0S－Q 学科网（北京）股份有限公司 $$