人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律习题课3分层演练素养达标含答案

[A级——基础达标练]1．一个充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，气球导热良好，则气球内气体()A．内能增加B．对外界做正功C．减少的内能小于放出的热量D．减少的内能大于放出的热量解析：选C。充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，内能降低，A错误；充气气球用绳子拴着一块石头在下降的过程中，水温越来越低，压强逐渐增大，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，可知气球体积减小，对外界做负功，B错误；由选项A、B分析可知气球下降时，气球内气体内能减小，外界对气球做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，放出的热量大于减小的内能，C正确，D错误。2．(多选)小明在和父母西藏自驾游的时候发现，由于大气压强随海拔的升高而减小，密封包装的小零食会出现“胀袋”的现象，他用学过的物理知识对此现象进行分析，首先将零食密封袋中气体视为理想气体，考虑到在行车过程中一直使用暖风取暖，可近似认为汽车内温度不变，汽车从平原行驶到高原，下列判断正确的是()A．外界对密封袋中气体做功B．密封袋中气体从外界吸热C．密封袋中气体压强减小D．密封袋中气体内能减小解析：选BC。密封包装的小零食出现“胀袋”的现象说明零食密封袋中气体体积增大，密封袋中气体对外做功，A错误；由于可近似认为汽车内温度不变，汽车从平原行驶到高原，有p1V1＝p2V2，密封包装的小零食出现“胀袋”，则零食密封袋中气体体积增大，密封袋中气体压强减小，C正确；由于可近似认为汽车内温度不变，则密封袋中气体内能不变，根据选项A可知密封袋中气体对外做功，则W<0，结合热力学第一定律，△U＝Q＋W，可知密封袋中气体从外界吸热，B正确，D错误。3．(多选)快递运送易碎物品时，常在快递箱内放置缓冲气袋，然后放入物品，如图所示。若物品放入时，气袋被挤压无破损，袋内气体视为理想气体，温度保持不变，则被挤压后袋内气体()A．内能增大 B．压强增大C．从外界吸热 D．分子平均动能不变解析：选BD。气体温度不变，内能不变，分子平均动能不变，故A错误，D正确；被挤压后袋内气体体积减小，根据玻意耳定律p1V1＝p2V2可知，气体压强增大，故B正确；外界对气体做正功，气体内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体向外界放热，故C错误。4．某理想气体的p－V图像如图所示，该气体从状态a开始，经历如图所示的变化过程，先后到达状态b和c。下列说法正确的是()A．在a→b过程中气体对外界做功，吸收热量B．在a→b过程中气体对外界做功，放出热量C．在b→c过程中外界对气体做功，放出热量D．在b→c过程中外界对气体做功，吸收热量答案：A5．(多选)(2024·内蒙古包头期末)一定质量理想气体发生如图所示的状态变化A→B→C→A，其中C→A是等温过程，下列说法正确的是()A．A→B的过程中气体吸收的热量等于气体内能的增加量B．B→C过程中系统向外放出的热量大于A→B过程中系统从外界吸收的热量C．B、C状态气体压强相等的原因是单个分子撞击器壁的平均作用力相等D．C→A的过程中气体吸收的热量全部用于对外做功答案：ABD6．一定质量理想气体的压强p随体积V变化规律如图所示，从状态A到B的过程中()A．气体温度保持不变B．外界对气体做功C．气体从外界吸收热量D．气体对器壁单位面积的平均作用力不变解析：选C。从状态A到B的过程中，气体的体积增大，分子密度减小，只有温度升高时，其压强才会增大，A错误；气体体积增大，表明气体对外做功，B错误；气体温度升高，说明内能增大，体积增大，说明气体对外做功，根据热力学第一定律可得气体要吸收热量，C正确；因为压强变大，根据压强定义式可知，单位面积上受力变大，D错误。7．一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图所示。下列说法正确的是()A．B→C的过程中，气体分子平均动能增加B．B→C的过程中，气体一定放出热量C．A→B的过程中，气体分子的密集程度变小D．A→B的过程中，分子的平均动能变大解析：选B。B→C的过程中，气体的温度降低，气体分子平均动能减少，A错误；B→C的过程中，气体的温度降低，气体的内能减少，气体的体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体一定放出热量，B正确；A→B的过程中，气体的体积减小，气体分子的密集程度变大，C错误；A→B的过程中，气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，D错误。8．汽缸内封闭了一定质量、压强为p＝1.0×105Pa、体积为V＝2.0m3的理想气体，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝1.0m3，此过程气体向外界释放了1.2×105J的热量，则：(1)压缩过程外界对气体做了多少功？(2)气体内能变化了多少？解析：(1)外界对气体做功W＝p·ΔV＝p(V－V′)解得W＝1.0×105J；(2)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量ΔU＝Q＋W＝－1.2×105J＋1.0×105J＝－2×104J，即气体内能减少了2×104J。答案：(1)1.0×105J(2)减少了2×104J[B级——能力增分练]9．(多选)已知某轿车四个轮胎为同一种型号的轮胎，汽车刚启动时四个轮胎的压强都为2.0atm(标准大气压)，环境温度为27℃。汽车行驶一段时间后，胎压检测系统显示其中三个轮胎压强为2.4atm，一个轮胎的压强仍为2.0atm(漏气)。四个轮胎此时温度相等，假设轮胎体积均不变，密闭气体可视为理想气体，则()A．轮胎此时的温度为360KB．轮胎此时的温度为360℃C．漏气轮胎内气体吸收的热量等于内能的增加量D．完好轮胎内气体吸收的热量等于内能的增加量解析：选AD。对三个完好轮胎之一，由查理定律可得，eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)，其中，T1＝300K，代入数据解得，T2＝360K，A正确，B错误；完好轮胎体积不变，外界没有对气体做功，即W＝0，由于温度升高内能增大，由热力学第一定律可得，ΔU＝Q，故气体吸收的热量等于内能的增加量，D正确；假设漏气轮胎漏出的气体没有散开，发生等压膨胀，对外做功，即W<0，温度升高内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于内能的增加量，C错误。10．如图所示，假设某个循环过程由一个等温过程(A→B→C)和一个绝热收缩过程(C→D→A)组成，则一定量的理想气体在该循环过程违反了________(选填“热力学第一定律”或“热力学第二定律”)。若(C→D→A)为导热收缩过程，则在这过程中一定量的理想气体________(选填“从外界吸收热量”或“向外界放出热量”)，其内能____________(选填“先增大后减小”或“先减小后增大”)。解析：对于一定量的理想气体，由于忽略分子间的作用力，其内能由温度决定，因此从等温过程(A→B→C)可知理想气体在A、C点的内能相等；对于绝热收缩过程(C→D→A)，与外界的热量交换，Q＝0，气体体积减小，即，W>0，根据，ΔU＝Q＋W，可知理想气体在A点的内能比C点的大，与等温过程(A→B→C)推出的结论相矛盾，因此该循环过程违反了热力学第一定律；若(C→D→A)为导热收缩过程，有W>0，由等温过程有，TA＝TB，即理想气体在A、C点的内能相等，根据，ΔU＝Q＋W，可得，Q<0，即理想气体在该过程中放热；根据玻意耳定律可知，等温变化时p与V成反比例，因此在(C→D→A)过程，理想气体的温度先减小后增大，即内能先减小后增大。答案：热力学第一定律向外界放出热量先减小后增大11．如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸高度为L、底面积为S，缸内有一质量为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体。现用绳子系住汽缸底将汽缸倒过来悬挂，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L0、温度为T0。已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞与缸体的厚度及它们间的摩擦。若采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离。(1)求活塞与汽缸脱离时气体的温度。(2)求缸内气体对活塞做的功。(3)若缸内气体的内能增加量为ΔU，则气体吸收的热量为多少？解析：(1)气体等压变化，由盖­吕萨克定律得eq\f(L0S,T0)＝eq\f(LS,T)解得T＝eq\f(LT0,L0)。(2)设缸内气体压强为p，对活塞，由平衡条件得mg＋pS＝p0S气体做功W＝Fl＝pSl＝pS(L－L0)联立解得W＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S－mg))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(L－L0))。(3)由热力学第一定律ΔU＝－W＋Q知气体吸收的热量Q＝ΔU＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S－mg))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(L－L0))。答案：(1)eq\f(LT0,L0)(2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S－mg))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(L－L0))(3)ΔU＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S－mg))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(L－L0))12．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后达到状态B和C，已知状态A的温度为300K。(1)求该气体在状态C的温度。(2)气体从A到C的整个过程内能增加了300J，则气体从A到C的整个过程吸收的热量是多少？解析：(1)A→B过程，气体做等压变化，由盖－吕萨克定律得eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)B→C过程，气体做等容变化，由查理定律得eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)解得TB＝900K，TC＝270K。(2)A→B过程，气体压强不变，体积增大，外界对气体做负功，W＝－pBeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(VB－VA))解得W＝－600J由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，解得Q＝900J气体从外界吸收热量900J。答案：(1)270K(2)900J13．一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示，活塞的质量m＝20kg，横截面积S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12cm，离汽缸口的距离L2＝4cm。外界气温为27℃，大气压强为1.0×105Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g取10m/s2。(1)求此时气体的温度。(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝392J的热量，则气体增加的内能ΔU为多大？解析：(1)当汽缸水平放置时p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S，T0＝300K当汽缸口向上，活塞到达汽缸口时，设缸内气体压强为p1，温度为T1，活塞的受力分析图如图所示有p1S＝p0S＋mg则p1＝1.2×105Pa，V1＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(L1＋L2))S由理想气体状态方程得eq