高考物理一轮复习 3热力学定律与能量守恒定律课时作业 新人教版选修33.doc

第3课时热力学定律与能量守恒定律基本技能练1(多选)如图1所示，绝热隔板k把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，k与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡()图1aa的体积增大了，压强变小了bb的温度升高了c加热后a的分子热运动比b的分子热运动更剧烈da增加的内能大于b增加的内能解析a气体吸收热量，体积增大，使隔板k压缩b气体，由热力学第一定律可知，b气体内能增加，即温度升高，b正确；对a、b两部分气体来说，加热前p、v、t皆相等，加热后，papb，vavb，由常数可知，tatb，所以c、d正确。答案bcd2(多选)图2为某同学设计的喷水装置，内部装有2 l水，上部密封1 atm的空气0.5 l，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 l，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有()图2a充气后，密封气体压强增加b充气后，密封气体的分子平均动能增加c打开阀门后，密封气体对外界做正功d打开阀门后，不再充气也能把水喷光解析由pvnrt知，当v、t不变时，n增加，p增大，故a对；物体的温度不变，分子的平均动能就不变，故b错；通过公式p1v1p2v2pv1计算出，密封气体压强变为1.2 atm，大于外界压强，故打开阀门后气体就会压水把水喷出，显然气体对外界做正功，体积变大，压强变小，当密封气体压强与装置内剩余水的压强之和与外界压强相等的时候，就不再喷水了，故c对，d错。答案ac3.封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态a变到状态d，其体积v与热力学温度t的关系如图3所示，该气体的摩尔质量为m，状态a的体积为v0，温度为t0，o、a、d三点在同一直线上，阿伏加德罗常数为na。图3(1)(多选)由状态a变到状态d过程中()a气体从外界吸收热量，内能增加b气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少c气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大d气体的密度不变(2)在上述过程中，气体对外做功为5 j，内能增加9 j，则气体_(填“吸收”或“放出”)热量_ j。(3)在状态d，该气体的密度为，体积为2v0，则状态d的温度为多少？该气体的分子数为多少？解析(1)由状态a到状态d，温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，由热力学第一定律知，气体一定从外界吸收热量，a正确；气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少，b正确；温度升高，气体分子的平均动能增大，但每个气体分子的动能不一定增大，c错误；因气体体积增大了，所以气体的密度减小了，d错误。(2)由热力学第一定律wqu得quw9 j(5 j)14 j，吸收热量。(3)ad，由状态方程c，得td2t0，分子数n。答案(1)ab(2)吸收14(3)2t04如图4所示，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a。其中，ab和cd为等温过程，bc和da为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。图4(1)该循环过程中，下列说法正确的是_。aab过程中，外界对气体做功bbc过程中，气体分子的平均动能增大ccd过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多dda过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)若该循环过程中的气体为1 mol，气体在a状态时的体积为10 l，在b状态时压强为a状态时的。求气体在b状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数na6.01023mol1，计算结果保留一位有效数字)解析(1)ab体积增大，气体对外做功，a错误；bc体积增大，气体对外做功，w0，q0，u0，t增大，气体分子平均速率增大，d错误。(2)等温过程pavapbvb，得vb，单位体积内的分子数n。解得n，代入数据得n41025m3。答案(1)c(2)41025m35(2014重庆卷，10)(1)重庆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)()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(2)图5为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为v0，压强为p0的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到v时气泡与物品接触面的面积为s，求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力。图5解析(1)由于储气罐的体积不变，气体做等容变化，由查理定律k得，气体温度升高，压强增大，选项c错误；理想气体的内能只有分子动能，而温度是分子平均动能的标志，故温度升高，分子平均动能增大，内能增大，选项a、d错误；由热力学第一定律uqw可知，气体吸收热量、内能增大，b项正确。(2)设压力为f，压缩后气体压强为p，由玻意耳定律，p0v0pv和fps解得fs答案(1)b(2)s能力提高练6(2014江苏卷，12a)一种海浪发电机的气室如图6所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。图6(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的有_。a理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型b只要气体压强不是很高就可视为理想气体c一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关d在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4104 j，则该气体的分子平均动能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功_(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4104 j。(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27，体积为0.224 m3，压强为1个标准大气压。已知1 mol气体在1个标准大气压、0时的体积为22.4 l，阿伏加德罗常数na6.021023 mol1。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字)解析(1)理想气体是一种理想化模型，忽略了气体分子之间的相互作用，实际上并不存在，a对；只有当气体的温度不太低，压强不太高时，实际气体才可视为理想气体，b错；一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关，c错；不论在何种温度和压强下，理想气体都遵循气体实验定律，d对。(2)气体被压缩，外界对气体做功，内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，由热力学第一定律uw3.4104 j。(3)设气体在标准状态时的体积为v1，等压过程气体物质的量n，且分子数nnna，解得n na代入数据得n51024个(或n61024个)答案(1)ad(2)增大等于(3)51024个(或61024个)7(1)(多选)根据热力学定律，下列说法中正确的是()a电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递b空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量c科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机d能的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”(2)图7图7中a、b气缸的长度为l30 cm，横截面积为s20 cm2，c是可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，d为阀门。整个装置均由导热材料制成。起初阀门关闭，a内有压强pa2.0105 pa的氮气，b内有压强pb1.0105 pa的氧气。阀门打开后，活塞c向右移动，最后达到平衡。求活塞c移动的距离及平衡后b中气体的压强；活塞c移动过程中a中气体对外做功为25 j，则a中气体是吸热还是放热？吸收或者放出的热量为多少？(假定氧气和氮气均为理想气体，连接气缸的管道体积可忽略)解析(1)显而易见，选项a正确。空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，选项b正确。根据热力学第二定律，不可能制成一种循环工作的热机，从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其它变化，所以选项c错误。能量守恒是自然界普遍遵循的规律，能源危机的形成是由于在使用能源的过程中，能源的品质降低了，难以再利用，所以选项d错误。(2)由玻意耳定律对a部分气体有：palsp(lx)s对b部分气体有：pblsp(lx)s代入相关数据解得x10 cm，p1.5105 pa气体发生等温变化，内能不变，u0活塞c向右移动的过程中a中气体对外做功25 j，w25 j根据热力学第一定律，uwq所以qw25 j，故a中气体从外界吸热，吸收的热量为25 j。答案(1)ab(2)10 cm1.5105 pa吸热25 j8(2014山东滨州一模)(1)下列说法正确的是()a布朗运动是指悬浮固体颗粒的运动，反映了固体内部分子的无规则运动b温度一定时，水的饱和汽压也是一定的c第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机没有违背能量守恒定律，因此，随着科学技术的迅猛发展，第二类永动机是可以制成的d由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算出该种气体分子的大小(2)图8如图8所示，体积为v、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞，汽缸内密封有温度为2.8t0、压强为1.4p0的理想气体。p0和t0分别为大气的压强和温度。已知气体内能u与温度t的关系为uat，a为正的常量，容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求：当活塞与顶面间恰好无压力时，气体的温度t；最终气体与外界温度相同，则活塞下落过程中气体内能减少了_，该过程中气体放出的热量为_。解析(1)布朗运动是指悬浮固体颗粒的运动，反映了液体分子的无规则运动，a错误；水的饱和汽压由温度决定，b正确；第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机虽然没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，两类永动机都不能制成，c错误；气体分子间有很大的空隙，由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可计算出每个气体分子占据的空间体积，d错误。(2)当活塞与顶面间恰好无压力时，气体压强由p11.4p0下降到p2p0，气体体积不变，温度由t12.8t0变为t2t。由查理定律，解得：t2t0活塞下落过程中气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律得，则v。气体的温度由2t0变为t0，根据uat得uat02at0at0，故内能减少at0。活塞质量不计，活塞下落过程中外界对气体做功wp0v，根据uwq得quw(at0)0，所以放出的热量为at0。答案(1)b(2)2t0at0at09.如图9所示，一根两端开口、横截面积为s2 cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长l21 cm的气柱，气体的温度为t17 ，外界大气压取p01.0105 pa(相当于75 cm高的汞柱的压强)。图9(1)若在活塞上放一个质量为m0.1 kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？(g10 m/s2)(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t277 ，此时气柱为多长？(3)若在(2)过程中，气体吸收的热量为10 j，则气体的内能增加多少？解析(1)被封闭气体的初状态为p1p01.0105 pav1ls