高中物理 加强练习第十五章　141.热力学定律

141.热力学定律(分值：50分)1、2题每题5分1.(2025·四川成都市三模)在2025年春节期间，小明进行了一项有趣的实验。他将一个未开封的薯片袋放在温暖的室内(温度为T1=27℃)，此时薯片袋看起来较为饱满，袋内气体压强与外界大气压相同，设为p0，之后他带着这袋薯片开车前往海拔较高的山区老家过年，山区温度较低，为T2=7℃，且外界大气压变为0.8p0，此过程中薯片袋均未张紧，袋内气体视为理想气体，下列关于袋内气体状态变化的说法正确的是()A.袋内气体分子的平均动能减小B.袋内气体的体积会变小C.袋内气体对外界做负功D.袋内气体的一定会放出热量答案A解析以袋内气体为研究对象，由题意可知，初始状态T1=27℃=300K，压强为p0，设体积为V1，最终状态T2=7℃=280K，压强为0.8p0，设体积为V2。袋内气体温度从300K降低到280K，因此袋内气体分子的平均动能减小，故A正确；由理想气体状态方程可得p1V1T1=p2V2T2，解得V2=280300×0.8V根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q，因为袋内气体温度降低，所以ΔU<0，因为袋内气体体积增大，所以W<0，则无法确定Q的正负，即袋内气体不一定会放出热量，故D错误。2.(多选)(2026·河北石家庄市检测)某种理想气体内能公式可表示为U=5nRT2，其状态参量满足pV=nRT，n表示物质的量，R为理想气体常数(R=8.3J·mol-1·K-1)，T为热力学温度。现有一绝热汽缸，用一个横截面积S=400cm2、质量M=15kg的绝热活塞封闭物质的量n=0.5mol的该种理想气体，汽缸底部有电阻丝可以对气体进行加热。现对电阻丝通电一段时间后断开电源，稳定后发现汽缸内气体温度升高了ΔT=50K。已知外界大气压强为p0=1×105Pa，重力加速度g取10m/s2，不计活塞与汽缸之间的摩擦。从对气体加热到活塞停止上升的整个过程中，关于缸内气体的判断正确的是(A.稳定后压强为1.0375×105PaB.活塞上升的高度为5cmC.对外界做功为207.5JD.吸收的热量为526.25J答案ABC解析由平衡条件知pS=p0S+Mg，稳定后压强为p=p0+MgS=1.0375×105Pa，故A气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律有V0T0=ΔVΔT=SΔhΔT，又pV0=nRT对外界做功为W=pSΔh=207.5J，故C正确；由题干知气体增加的内能为ΔU=5nRΔT2=518.75J，根据热力学第一定律有ΔU=-W+Q，解得气体吸收的热量为Q=726.253.(8分)(2025·辽宁鞍山市二模)如图所示一U形玻璃管竖直放置，右端开口，左管用光滑活塞和水银封闭一段空气柱。外界大气压为p0=1.0×105Pa，封闭气体的温度t0=27℃，玻璃管的横截面积为S=5.0cm2，管内水银柱及空气柱长度如图所示。已知水银的密度为ρ=1.36×104kg/m3，重力加速度g取10m/s2；封闭气体的温度缓慢降至t1=-3℃(过程中活塞位置不变)。(1)(4分)求温度t1=-3℃时空气柱的长度L；(2)(4分)已知该过程中气体向外界放出6.0J的热量，求气体内能的变化量(结果保留两位有效数字)。答案(1)36cm(2)-3.5J解析(1)气体温度降低时，气体进行等压变化，由盖—吕萨克定律可知V0T0=V1解得L=36cm(2)封闭气体压强为p=p0+ρgh该过程中外界对气体做功W=pΔV=(p0+ρgh)ΔV=(1.0×105+1.36×104×10×0.2)×(0.40-0.36)×5.0×10-4J≈2.5J气体内能的变化量ΔU=W+Q=2.5J-6J≈-3.5J。4.(10分)(2026·四川巴中市“零诊”)如图所示为一超重报警装置示意图，长度L=0.8m，横截面积S=1×10-2m2、导热性能良好的薄壁容器水平放置，开口向右。一厚度不计的轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在容器内，活塞通过水平轻绳跨过滑轮与重物相连。不挂重物时封闭气体的长度为14L，挂上一质量为m=50kg的重物时活塞右移至预警传感器处，此时系统刚好发出超重预警且活塞恰好平衡。已知环境温度为t0=27℃，大气压强为p0=1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2(1)(5分)求预警传感器离容器底部距离d；(2)(5分)从刚好发出预警开始，若环境温度从t0=27℃缓慢降至t1=17℃，该过程中气体内能减少了ΔU=803J，求气体向外界放出的热量Q答案(1)0.4m(2)1003解析(1)由题可知，初始状态p1=p0，V1=14系统刚好发出超重预警时，设理想气体的压强为p2，有p2S+mg=p0S对理想气体，由玻意耳定律得p1·L4S=p2·联立解得d=0.4m(2)由盖—吕萨克定律可得dST0解得V3=5815×10-3m此过程外界对气体做的功W=p2ΔV=p2(dS-V3)=203由热力学第一定律有-ΔU=-Q+W解得Q=1003J5.(10分)(2025·江苏常州市二模)“声致发光”是悬浮于液体中的气泡受到强声波的激发，气泡膨胀后迅速塌缩并发出极短暂亮光的现象。设气泡内气体最初的压强p0=100kPa，温度T0=300K，气泡半径r0=5.0μm。当气泡周围流体中的压强降低时，气泡等温膨胀至半径为r1=25.0μm；接着由于声波的作用，压强爆增，气泡迅速坍缩到半径r0。已知气泡在膨胀过程吸收0.24×10-9J的热量，在塌缩过程中内能增加了3.6×10-9J。求：(1)(5分)气泡膨胀后的压强；(2)(5分)在一次膨胀和塌缩的过程中外界对气泡所做的总功。答案(1)0.8kPa(2)3.36×10-9J解析(1)气泡等温膨胀，根据玻意耳定律p0V0=p1V1且V0=43πr03，V1=解得气泡膨胀后的压强p1=0.8kPa(2)根据热力学第一定律，膨胀过程ΔU1=W1+Q1塌缩过程ΔU2=W2+Q2其中ΔU1=0，ΔU2=3.6×10-9J，Q1=0.24×10-9J，Q2=0解得W=W1+W2=3.36×10-9J。6.(12分)(2025·陕西西安市三模)“拔火罐”是一种中医的传统疗法，某实验小组为了探究“火罐”的“吸力”，设计了如图所示的实验。圆柱状汽缸(横截面积为S)被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置于铁架台平面上的质量为m的重物相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的阀门K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时密闭阀门K，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸顶为L。由于汽缸传热良好，随后重物会被吸起，最后重物稳定在距地面2L5处。已知环境温度T0不变，mgS=16p0(1)(6分)酒精棉球熄灭时的温度T与环境温度T0的比值；(2)(6分)若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。答