新教材同步系列2024春高中物理第三章熱力學定律專練2分子動理論的運用新人教版選擇性必修第三冊_第1頁
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專練二熱力學定律與志向氣體1.在一個密閉容器內(nèi)有一滴15℃的水,過一段時間后,水滴蒸發(fā)變成了水蒸氣,溫度還是15℃,下列說法正確的是()A.分子勢能減小 B.分子平均動能減小C.內(nèi)能確定增加 D.分子的速率都減小【答案】C【解析】它的內(nèi)能增加,由于水滴蒸發(fā)變成水蒸氣的過程,須要吸取熱量,由熱力學第確定律有ΔU=W+Q,在密閉容器內(nèi)不考慮外界做功,W=0,Q>0,故它的內(nèi)能增加了,C正確;水蒸氣的分子勢能大于水的分子勢能,溫度一樣,分子平均動能不變,分子的速率不行能都減小,內(nèi)能是全部分子勢能和分子動能的總和,故分子勢能增大,A、B、D錯誤.2.山地自行車前輪有氣壓式減震裝置來抗拒顛簸,其原理如圖所示.當路面不平常,在汽缸內(nèi)封閉氣體的作用下,活塞上下振動,起到減緩振動的目的.當活塞快速下壓過程中()A.汽缸內(nèi)的氣體分子的平均動能不變B.汽缸內(nèi)全部分子的速率增大C.汽缸內(nèi)的氣體壓強可能不變D.單位時間內(nèi)撞到汽缸內(nèi)壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多【答案】D【解析】當活塞快速下壓時,活塞對氣體做功,氣體來不及散熱,則由熱力學第確定律可知,氣體內(nèi)能增加,溫度上升,汽缸內(nèi)氣體分子的平均動能增大,A錯誤;汽缸內(nèi)氣體分子的平均動能增大,則分子的平均速率增大,不是汽缸內(nèi)全部分子的速率增大,B錯誤;當活塞快速下壓時,汽缸內(nèi)氣體的體積減小,由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)=C可知,氣體壓強增大,則單位時間內(nèi)撞到汽缸內(nèi)壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多,C錯誤,D正確.3.(2024年廣州階段檢測)如圖,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有志向氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空.現(xiàn)將隔板抽開,氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸.待氣體達到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來的體積.假設整個系統(tǒng)不漏氣.下列說法錯誤的是()A.氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C.氣體在自發(fā)擴散過程中,氣體對外界不做功D.氣體在被壓縮的過程中,氣體對外界做功【答案】D【解析】抽開隔板時,由于右方是真空,氣體向右自由擴散,氣體沒有對外做功,又沒有熱傳遞,則依據(jù)ΔU=Q+W可知,氣體的內(nèi)能不變,A、C正確;氣體被壓縮的過程中,外界對氣體做功,又沒有熱傳遞,依據(jù)ΔU=Q+W可知,氣體內(nèi)能增大,B正確,D錯誤.4.(多選)確定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)M到狀態(tài)N,其p-T過程為圖中M到N的直線,如圖所示,在此過程中()A.氣體始終對外界做正功 B.氣體的體積始終在減小C.氣體的內(nèi)能始終在減小 D.氣體始終對外界放熱【答案】BCD【解析】由題中圖像可知,氣體從M到N的過程中,壓強p越來越大,溫度T越來越小,確定質(zhì)量的志向氣體內(nèi)能只與溫度有關,溫度減小,內(nèi)能就減小,C正確;連接ON、OM,p-T圖像某點與原點連線的斜率為體積的倒數(shù),從M到N,斜率變大,氣體的體積越來越小,氣體體積減小,氣體對外界做負功,A錯誤,B正確;依據(jù)熱力學第確定律ΔU=W+Q,內(nèi)能減小,ΔU為負值,體積減小,W為正值,則Q為負值,氣體放熱,D正確.5.如圖所示為確定質(zhì)量的志向氣體狀態(tài)變更的V-T圖像.已知在狀態(tài)A時的壓強為p0,則()A.狀態(tài)C時的壓強為2p0B.B→C過程中氣體從外界吸熱C.A→B過程中外界對氣體做功p0V0D.A→B過程中單個分子對容器壁的平均撞擊力不變【答案】D【解析】從A到B溫度不變,有pB=eq\f(VA,VB)pA=2p0,從B到C體積不變,則狀態(tài)C時的壓強為pC=eq\f(TC,TB)pB=eq\f(pB,2)=p0,A錯誤;B→C過程氣體體積不變,則W=0,溫度降低,內(nèi)能減小,即ΔU<0,依據(jù)熱力學第確定律可知Q<0,即氣體向外界放熱,B錯誤;A→B過程中體積減小,則外界對氣體做功,由于壓強變大,所以外界對氣體做功大于p0V0,C錯誤;A→B過程中溫度不變,所以單個分子對容器壁的平均撞擊力不變,D正確.6.(多選)(2024年中山聯(lián)考)自熱鍋因其便于加熱和便利攜帶,越來越受到戶外驢友的歡迎.自熱鍋內(nèi)有一個發(fā)熱包,遇水發(fā)生化學反應而產(chǎn)生大量熱能,不須要明火,溫度可超過100℃,能在15分鐘內(nèi)快速加熱食品.自熱鍋的蓋子上有一個透氣孔,假如透氣孔堵塞,簡潔造成小型爆炸.對于這種現(xiàn)象下列說法正確的是()A.自熱鍋爆炸前,鍋內(nèi)氣體溫度上升B.自熱鍋爆炸前,鍋內(nèi)氣體內(nèi)能增加C.自熱鍋爆炸時,鍋內(nèi)氣體溫度降低D.自熱鍋爆炸時,鍋內(nèi)氣體內(nèi)能增加【答案】ABC【解析】自熱鍋內(nèi)有一個發(fā)熱包,遇水發(fā)生化學反應而產(chǎn)生大量熱量,可知自熱鍋爆炸前,鍋內(nèi)氣體溫度上升,鍋內(nèi)氣體內(nèi)能增加,A、B正確;自熱鍋爆炸時,由于時間極短,鍋內(nèi)氣體對外做功,且來不及與外界發(fā)生熱傳遞,依據(jù)熱力學第確定律可知,鍋內(nèi)氣體內(nèi)能減小,鍋內(nèi)氣體溫度降低,C正確,D錯誤.7.(2024年重慶卷)2024年5月15日,我國自主研發(fā)的“極目一號Ⅲ型”浮空艇創(chuàng)建了海拔9032米的大氣科學觀測世界紀錄.若在浮空艇某段上升過程中,艇內(nèi)氣體溫度降低,體積和質(zhì)量視為不變,則艇內(nèi)氣體(視為志向氣體)()A.吸取熱量 B.壓強增大C.內(nèi)能減小 D.對外做負功【答案】C【解析】由于浮空艇上升過程中體積和質(zhì)量均不變,則艇內(nèi)氣體不做功;依據(jù)eq\f(pV,T)=C,可知溫度降低,則艇內(nèi)氣體壓強減小,氣體內(nèi)能減小;又依據(jù)ΔU=W+Q,可知氣體放出熱量,C正確.8.如圖,確定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變更到狀態(tài)c,已知氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b的過程中外界對氣體做功為W1,同時向外界放出熱量Q1;從狀態(tài)b變更到狀態(tài)c過程中外界對氣體做功為W2,與外界的熱交換量為Q2,下列說法正確的是()A.氣體在狀態(tài)a、狀態(tài)b、狀態(tài)c時的內(nèi)能相等B.W2=3W1C.Q1+Q2=2p0V0D.W1+W2=Q1+Q2【答案】D【解析】在p-V圖像中,依據(jù)eq\f(pV,T)=C可知,氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變更到狀態(tài)c的過程中,溫度先增大后減小,即Ta=Tc<Tb,故氣體在狀態(tài)a與狀態(tài)c時的內(nèi)能相等,都小于狀態(tài)b的內(nèi)能,A錯誤;在p-V圖像中,圖像與橫軸所圍面積表示外界對氣體做的功,則W1=eq\f(1,2)×(p0+2p0)×V0=eq\f(3p0V0,2),W2=eq\f(1,2)×(2p0+3p0)×V0=eq\f(5p0V0,2),故W2=eq\f(5,3)W1,B錯誤;確定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變更到狀態(tài)c,內(nèi)能的變更量為0,即與外界交換的熱量與外界對氣體所做的功大小相等,即Q1+Q2=W1+W2=eq\f(3p0V0,2)+eq\f(5p0V0,2)=4p0V0,C錯誤;從a到b,溫度上升,內(nèi)能增大,外界對氣體做功,氣體向外界放出熱量Q1,依據(jù)熱力學第確定律可得ΔU=-Q1+W1,從b到c,溫度降低,內(nèi)能減小,外界對氣體做功,則氣體向外界放出熱量,依據(jù)熱力學第確定律可得-ΔU=W2-Q2,則有W1+W2=Q1+Q2,D正確.9.(多選)如圖所示,在做托里拆利試驗時,玻璃管內(nèi)有些殘留的空氣,此時玻璃管豎直放置.假如把玻璃管緩慢豎直向上提起一段距離,玻璃管下端仍浸在水銀中,在這過程中,大氣的壓強、溫度均保持不變,則管內(nèi)的空氣(視為志向氣體)()A.體積增大 B.壓強減小C.放出熱量 D.內(nèi)能增大【答案】AB【解析】在試驗中,水銀柱產(chǎn)生的壓強加上封閉空氣柱產(chǎn)生的壓強等于外界大氣壓.假如將玻璃管向上提,則管內(nèi)水銀柱上方空氣的體積增大,因為溫度保持不變,依據(jù)eq\f(pV,T)=C,所以壓強減小,A、B正確;溫度不變,則氣體的內(nèi)能不變,D錯誤;體積變大,氣體對外做功,又氣體的內(nèi)能不變,依據(jù)熱力學第確定律可知,氣體吸取熱量,C錯誤.10.確定量的志向氣體從狀態(tài)a起先,閱歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其p-T圖像如圖所示.下列推斷正確的是()A.過程ab中氣體的體積增大B.過程bc中氣體既不吸熱也不放熱C.過程ca中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱D.b和c兩個狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同【答案】D【解析】由圖可知,ab過程,氣體壓強與熱力學溫度成正比,則氣體發(fā)生等容變更,氣體體積不變,A錯誤;由圖可知,bc過程氣體發(fā)生等溫變更,由pV=C知bc過程體積增大,對外做功,溫度不變,則氣體內(nèi)能保持不變,由熱力學第確定律知bc過程吸熱,B錯誤;過程ca中溫度降低,體積減小,則內(nèi)能減小,外界對氣體所做的功小于氣體所放出的熱量,C錯誤;b和c兩個狀態(tài)中,溫度相同,分子平均動能相同,體積不同,分子密度不同,則容器壁單位面積單位時間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,D正確.11.如圖所示,汽缸內(nèi)用活塞封閉確定質(zhì)量的志向氣體,汽缸和活塞是絕熱的,汽缸固定不動,一條細線左端連接在活塞上,另一端跨過定滑輪后吊著一個裝沙的小桶,起先時活塞靜止,某時刻起先小桶中的沙緩慢漏出,不計活塞與汽缸的摩擦,下列說法正確的說法是()A.汽缸內(nèi)的活塞向右運動 B.汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能變小C.汽缸內(nèi)氣體的壓強減小 D.汽缸內(nèi)氣體的分子平均動能變大【答案】D【解析】設汽缸內(nèi)氣體壓強為p,以活塞為探討對象受力分析,依據(jù)平衡條件pS+T=p0S,細沙不斷流出時繩子拉力T變小,而p0不變,故p變大,氣體體積減小,則汽缸內(nèi)的活塞向左運動,氣體被壓縮,外界對氣體做功,由于汽缸和活塞是絕熱的,由熱力學第確定律可知氣體的內(nèi)能變大,溫度上升,則汽缸內(nèi)氣體的分子平均動能變大,則A、B、C錯誤,D正確.12.(多選)(2024年全國卷節(jié)選)對于確定量的志向氣體,經(jīng)過下列過程,其初始狀態(tài)的內(nèi)能與末狀態(tài)的內(nèi)能可能相等的是()A.等溫增壓后再等溫膨脹 B.等壓膨脹后再等溫壓縮C.等容減壓后再等壓膨脹 D.等容增壓后再等壓壓縮【答案】ACD【解析】對于確定質(zhì)量的志向氣體內(nèi)能由溫度確定,故等溫增壓和等溫膨脹過程溫度均保持不變,內(nèi)能不變,A正確;依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)=C可知,等壓膨脹后氣體溫度上升,內(nèi)能增大,等溫壓縮溫度不變,內(nèi)能不變,故末狀態(tài)與初始狀態(tài)相比內(nèi)能增加,B錯誤;依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程可知等容減壓過程溫度降低,內(nèi)能減??;等壓膨脹過程溫度上升,末狀態(tài)的溫度有可能和初狀態(tài)的溫度相等,內(nèi)能相等,C正確;依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程可知等容增壓過程溫度上升;等壓壓縮過程溫度降低,末狀態(tài)的溫度有可能和初狀態(tài)的溫度相等,內(nèi)能相等,D正確.13.如圖所示是確定質(zhì)量的志向氣體的p-t圖線,當氣體狀態(tài)發(fā)生沿圖線A到B的變更,下列說法中正確的是()A.氣體確定吸取熱量 B.氣體體積不變C.氣體分子平均動能削減 D.外界對氣體做功【答案】D【解析】因為T=(t+273)K,若將橫軸單位換算為K,則A與原點連線的斜率小于B與原點連線的斜率,依據(jù)eq\f(p,T)=eq\f(C,V),則A狀態(tài)的體積大于B狀態(tài)的體積,B錯誤;沿圖線A到B,溫度上升,則氣體內(nèi)能增大,而體積減小,則外界對氣體做功,依據(jù)熱力學第確定律可知,氣體可能吸取熱量也可能放出熱量,A錯誤,D正確;確定質(zhì)量的志向氣體中,溫度是平均動能的標記,溫度上升,則氣體的分子平均動能增大,C錯誤.14.(多選)如圖所示,豎直放置、上端開口的絕熱汽缸底部固定一電熱絲,質(zhì)量不計、面積為S的絕熱活塞位于汽缸內(nèi),活塞與汽缸之間封閉確定質(zhì)量的某種志向氣體.活塞上放置一質(zhì)量為M的重物并保持平衡,此時汽缸內(nèi)志向氣體的溫度為T0,活塞距汽缸底部的高度為h.現(xiàn)用電熱絲緩慢給汽缸內(nèi)的志向氣體加熱,使活塞上升了eq\f(h,3),封閉志向氣體的內(nèi)能增加了ΔU,已知大氣壓強為p0,重力加速度為g.下列說法正確的是()A.活塞上升eq\f(h,3)時志向氣體的溫度為eq\f(4,3)T0B.志向氣體吸取的熱量為ΔUC.志向氣體吸取的熱量為ΔU+eq\f(p0hS,3)D.志向氣體吸取的熱量為ΔU+eq\f(p0hS,3)+eq\f(Mgh,3)【答案】AD【解析】氣體發(fā)生等壓變更,則有eq\f(hS,T0)=eq\f(\f(4,3)hS,T),解得T=eq\f(4,3)T0,故活塞上升eq\f(h,3)時志向氣體的溫度為eq\f(4,3)T0,A正確;活塞上升eq\f(h,3)過程,氣體的壓強為p=p0+eq\f(Mg,S),此過程氣體克服外界做功為W=pS·eq\f(h,3),依據(jù)熱力學第確定律可得ΔU=-W+Q,解得Q=ΔU+eq\f(p0hS,3)+eq\f(Mgh,3),即此過程氣體吸熱ΔU+eq\f(p0hS,3)+eq\f(Mgh,3),D正確,B、C錯誤.15.如圖甲所示,一橫截面積S=10cm2的活塞將確定質(zhì)量的志向氣體封閉在汽缸內(nèi),不計活塞與汽缸間的摩擦.如圖乙所示是氣體從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的V

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