選修3－3第11章第3節(jié)知能演練強化闖關

1、1. (2011高考廣東理綜卷)圖1135為某種椅子與其升降部分的結構示意圖, M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體, M可沿N的內(nèi)壁上下滑動. 設筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換, 在M向下滑動的過程中()圖1135A. 外界對氣體做功, 氣體內(nèi)能增大B. 外界對氣體做功, 氣體內(nèi)能減小C. 氣體對外界做功, 氣體內(nèi)能增大D. 氣體對外界做功, 氣體內(nèi)能減小解析: 選A.因為M、N內(nèi)被封閉氣體體積減小, 所以外界對氣體做功. 由熱力學第一定律及M、N內(nèi)氣體與外界沒有熱交換可知外界對氣體做功, 內(nèi)能一定增加, 故A正確, B、C、D錯誤. 2. (2011高考福建理綜卷)一定量的理想氣體在某一過程中,

2、從外界吸收熱量2.5104 J, 氣體對外界做功1.0104 J, 則該理想氣體的()A. 溫度降低, 密度增大 B. 溫度降低, 密度減小C. 溫度升高, 密度增大 D. 溫度升高, 密度減小解析: 選 D.由UWQ可得理想氣體內(nèi)能變化U1.0104 J2.5104 J1.5104 J0, 故溫度升高, A、B兩項均錯. 因為氣體對外做功, 所以氣體一定膨脹, 體積變大, 由eq f(m,V)可知密度變小, 故C項錯誤D項正確. 3. 根據(jù)熱力學第二定律, 下列判斷正確的是()A. 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B. 在火力發(fā)電機中, 燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸. 在熱機中, 燃氣的內(nèi)能不可

3、能全部變?yōu)闄C械能D. 在熱傳導中, 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體解析: 選BCD.由熱力學第二定律可知, 凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性, 電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能, 而內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娏鞯哪? 機械能可全部變?yōu)閮?nèi)能, 而內(nèi)能不可能全部變成機械能. 在熱傳導中, 熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體, 而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體, 所以選項B、C、D正確. 4. (2012淮安模擬)某學習小組做了如下實驗: 先把空的燒瓶放入冰箱冷凍, 取出燒瓶, 并迅速把一個氣球緊套在燒瓶頸上, 封閉了一部分氣體, 然后將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里, 氣球逐漸膨脹起來, 如圖11

4、36所示: 圖1136(1)在氣球膨脹過程中, 下列說法正確的是()A. 該密閉氣體分子間的作用力增大B. 該密閉氣體組成的系統(tǒng)熵增加C. 該密閉氣體的壓強是由于氣體重力而產(chǎn)生的D. 該密閉氣體的體積是所有氣體分子的體積之和(2)若某時刻該密閉氣體的體積為V, 密度為, 平均摩爾質(zhì)量為M, 阿伏伽德羅常數(shù)為NA, 則該密閉氣體的分子個數(shù)為_; (3)若將該密閉氣體視為理想氣體, 氣球逐漸膨脹的過程中, 氣體對外做了0.6 J的功, 同時吸收了0.9 J的熱量, 則該氣體內(nèi)能變化了_J; 若氣球在膨脹過程中迅速脫離瓶頸, 則該氣球內(nèi)氣體的溫度_(選填“升高”或“降低”). 解析: (1)氣球內(nèi)氣

5、體的體積增大, 微觀上體現(xiàn)為分子間距增大, 分子間引力減小, A錯; 系統(tǒng)自發(fā)變化時總是向著熵增加的方向發(fā)展, B正確; 氣體的壓強是大量做無規(guī)則熱運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞而產(chǎn)生的, C錯; 氣體的體積是氣球的容積, 而不是氣體分子的體積之和, D錯. (2)氣體的質(zhì)量為V, 摩爾數(shù)為eq f(V,M), 故該密閉氣體的分子個數(shù)為eq f(V,M)NA(3)W0.6 J, Q0.9 J, 由熱力學第一定律UQW0.3 J氣球脫離瓶頸, 氣球體積減小, 對外做功, Q0由熱力學第一定律知UW0, 故氣球內(nèi)氣體溫度降低. 答案: (1)B(2)eq f(V,M)NA(3)0.3降低5. (

6、2012高考浙江卷)吸盤是由橡膠制成的一種生活用品, 其上固定有掛鉤用于懸掛物體. 如圖1137所示, 現(xiàn)有一吸盤, 其圓形盤面的半徑為2.0102 m, 當其與天花板輕輕接觸時, 吸盤與天花板所圍容積為1.0105 m3; 按下吸盤時, 吸盤與天花板所圍容積為2.0106 m3, 盤內(nèi)氣體可看作與大氣相通, 大氣壓強為p01.0105 Pa.設在吸盤恢復原狀過程中, 盤面與天花板之間緊密接觸, 吸盤內(nèi)氣體初態(tài)溫度與末態(tài)溫度相同. 不計吸盤的厚度及吸盤與掛鉤的重量. 圖1137(1)吸盤恢復原狀時, 盤內(nèi)氣體壓強為_; (2)在掛鉤上最多有懸掛重為_的物體; (3)請判斷在吸盤恢復原狀過程中盤

7、內(nèi)氣體是吸熱還是放熱, 并簡述理由. 解析: (1)吸盤恢復原狀時盤內(nèi)氣體發(fā)生等溫變化由p1V1p2V2可得p2eq f(p1V1,V2)eq f(p0V1,V2)eq f(1.01052.0106,1.0105) Pa2.0104 Pa.(2)由平衡條件可得, G(p0p2)S100 N.(3)吸盤恢復原狀過程中盤內(nèi)氣體發(fā)生等溫膨脹, 其內(nèi)能不變卻對外做功, 由熱力學第一定律可知氣體吸熱. 答案: (1)2.0104 Pa(2)100 N(3)吸熱簡述理由見解析一、選擇題1. 若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變, 則在此過程中關于氣泡中的氣體, 下列說法中正確的是()A. 氣體分子

8、間的作用力增大B. 氣體分子的平均速率增大C. 氣體分子的平均動能減小D. 氣體組成的系統(tǒng)的熵增加解析: 選 D.氣泡的上升過程氣泡內(nèi)的壓強減小, 溫度不變, 由玻意耳定律知, 上升過程中體積增大, 微觀上體現(xiàn)為分子間距增大, 分子間引力減小, 溫度不變所以氣體分子的平均動能、平均速率不變, 此過程為自發(fā)過程, 故熵增大. D正確. 2. (2010高考重慶卷)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面, 在緩慢放水過程中, 若車胎不漏氣, 胎內(nèi)氣體溫度不變, 不計分子間勢能, 則胎內(nèi)氣體()A. 從外界吸熱B. 對外界做負功C. 分子平均動能減少 D. 內(nèi)能增加解析: 選A.在消防車緩慢放水的過程中,

9、重力減小, 胎內(nèi)氣體的壓強減小, 體積增大. 因此對一定質(zhì)量的理想氣體, 溫度不變(分子平均動能不變), 體積增大, 氣體對外做功; 由熱力學第一定律WQU可知, 內(nèi)能不變且氣體對外界做功, 則胎內(nèi)氣體一定吸熱. 故A正確. 3. 一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中, 外界對氣體做功7.0104 J, 氣體內(nèi)能減少1.3105 J, 則此過程()A. 氣體從外界吸收熱量2.0105 JB. 氣體向外界放出熱量2.0105 JC. 氣體從外界吸收熱量6.0104 JD. 氣體向外界放出熱量6.0104 J解析: 選 B.根據(jù)熱力學第一定律有, WQU, 所以QUW1.3105 J7.0104 J2.

10、0105 J, 即氣體向外界放出熱量2.0105 J.4. 電冰箱的制冷設備是用機械的方式制造人工低溫的裝置, 壓縮機工作時, 強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán), 實現(xiàn)制冷作用, 那么下列說法中正確的是()A. 打開電冰箱門讓壓縮機一直工作, 可使室內(nèi)溫度逐漸降低B. 在電冰箱的內(nèi)管道中, 制冷劑迅速膨脹并吸收熱量C. 在電冰箱的外管道中, 制冷劑被劇烈壓縮放出熱量D. 電冰箱的工作原理違背了熱力學第二定律解析: 選BC.電冰箱工作過程中, 消耗電能的同時部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能, 故室內(nèi)溫度不可能降低, A錯誤; 制冷劑在內(nèi)管道膨脹吸熱, 在外管道被壓縮放熱, B、C正確; 電冰箱的工作原理并

11、不違背熱力學第二定律, D錯誤. 5. 下列說法中正確的是()A. 熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B. 外界對物體做功, 物體的內(nèi)能必定增加C. 第二類永動機不可能制成, 是因為違反了能量守恒定律D. 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功, 而不引起其他變化解析: 選 D.根據(jù)熱力學第二定律, 熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體, 但在一定條件下, 熱量可以由低溫物體傳向高溫物體, 例如電冰箱的工作過程, 故選項A錯誤; 根據(jù)熱力學第一定律, 物體內(nèi)能的變化量取決于吸收或放出的熱量和做功的正負兩個因素, 所以選項B錯誤; 第二類永動機不違反能量守恒定律, 違反了熱力學第二定律, 選

12、項C錯誤; 選項D是熱力學第二定律的表述形式之一, 是正確的. 6. (2010高考福建理綜卷)如圖1138所示, 一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中, 容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞. 今對活塞施以一豎直向下的壓力F, 使活塞緩慢向下移動一段距離后, 氣體的體積減小. 若忽略活塞與容器壁間的摩擦力, 則被密封的氣體()圖1138A. 溫度升高, 壓強增大, 內(nèi)能減少B. 溫度降低, 壓強增大, 內(nèi)能減少C. 溫度升高, 壓強增大, 內(nèi)能增加D. 溫度降低, 壓強減小, 內(nèi)能增加解析: 選C.本題考查熱力學第一定律、一定質(zhì)量氣體溫度、壓強和體積的關系. 容器絕熱, 活塞

13、對氣體做功, 由熱力學第一定律可知, 氣體內(nèi)能增加; 溫度是分子平均動能的標志, 且氣體內(nèi)能增加, 故溫度一定升高; 對活塞進行受力分析p0SFmgp氣S, 可知, 氣體壓強增大, C正確; 答案為C.7.如圖1139所示, 直立容器內(nèi)部有隔板隔開的A、B兩部分氣體, A的密度小, B的密度較大, 抽去隔板, 加熱氣體使兩部分氣體均勻混合, 設在此過程中氣體吸熱為Q, 氣體內(nèi)能增加量為U, 則()圖1139A. UQ B. UQ D. 無法比較解析: 選 B.A、B氣體開始的合重心在中線下, 混合均勻后在中線, 所以系統(tǒng)重力勢能增大. 由能量守恒知, 吸收的熱量一部分增加氣體內(nèi)能, 一部分增加

14、重力勢能. 8. 如圖11310所示, 絕熱隔板K把絕熱的汽缸分隔成體積相等的兩部分, K與汽缸壁的接觸是光滑的. 兩部分分別盛有相同質(zhì)量、相同溫度的同種氣體a和B.氣體分子之間相互作用勢能可忽略. 現(xiàn)通過電熱絲對氣體a加熱一段時間后, a、b各自達到新的平衡則下列說法中正確的是()圖11310A. a的體積增大了, 壓強變小了B. b的溫度升高了C. 加熱后a的分子熱運動比b的分子熱運動更激烈D. a增加的內(nèi)能大于b增加的內(nèi)能解析: 選BCD.電熱絲對氣體a加熱, a的溫度升高, 體積會增大, 這樣a對b做功, b的體積減小同時壓強會增大, 至平衡后a和b的壓強相等, 因此A錯誤. 9. (

15、2010高考全國卷)如圖11311, 一絕熱容器被隔板K圖11311隔開成a、b兩部分. 已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體, b內(nèi)為真空. 抽開隔板K后, a內(nèi)氣體進入b, 最終達到平衡狀態(tài). 在此過程中()A. 氣體對外界做功, 內(nèi)能減少B. 氣體不做功, 內(nèi)能不變C. 氣體壓強變小, 溫度降低D. 氣體壓強變小, 溫度不變解析: 選BD.由題意可知, a部分的氣體向真空膨脹, 所以氣體不做功, 選項A錯誤; 由于該容器為絕熱容器, 氣體與外界沒有熱交換. 由熱力學第二定律可知, 氣體的內(nèi)能不變, 選項B正確; 因為氣體體積增大, 則壓強變小, 又因為其內(nèi)能不變, 稀薄氣體可以看成理想氣體, 故氣

16、體的溫度不變, 選項C錯誤, 選項D正確. 二、非選擇題10. (2011高考江蘇單科卷)如圖11312所示, 內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置, 一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在氣缸內(nèi), 外界大氣壓強為p0.現(xiàn)對氣缸緩慢加熱, 氣體吸收熱量Q后, 體積由V1增大為V2.則在此過程中, 氣體分子平均動能_(選填“增大”“不變”或“減小”), 氣體內(nèi)能變化了_. 圖11312解析: 氣體的溫度最終升高, 分子平均動能增大, 內(nèi)能增大, 由熱力學第一定律UQW, 由于氣體對外做功, 故Wp0(V2V1), 所以UQp0(V2V1). 答案: 增大Qp0(V2V1)11. 蒸汽機、內(nèi)燃機等熱機以及電冰箱工作時都

17、利用了氣體狀態(tài)變化來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化, 我們把這些氣體稱為工質(zhì). 某熱機經(jīng)過一個循環(huán)后, 工質(zhì)從高溫熱源吸熱Q1, 對外做功W, 又對低溫熱源放熱Q2, 工質(zhì)完全恢復初始狀態(tài), 內(nèi)能沒有變化. 根據(jù)熱力學第一定律, 在工質(zhì)的一個循環(huán)中, Q1、Q2、W三者之間滿足的關系是_. 熱機的效率不可能達到100%, 從能量轉(zhuǎn)換的角度, 說明_能不能完全轉(zhuǎn)化為_能而不引起其他變化. 解析: 根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知Q1Q2W, 再利用熱機的知識可知: 熱機的效率不可能達到100%, 說明內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機械能. 答案: Q1Q2W內(nèi)機械能12.如圖11313所示, 一圓柱形絕熱容器豎直放置, 通過絕熱活塞封閉著攝氏溫度為t1的理想氣體, 活塞的質(zhì)量為m, 橫截面積為S, 與容器底部相距h1.現(xiàn)通過電熱絲給氣體加熱一段時間, 使其溫度上升到t2, 若這段時間內(nèi)氣體吸收的熱量為Q, 已知大氣壓強為p0, 重力加速度為g, 求: 圖11313(1)氣體的壓強. (2)這段時間內(nèi)活塞上升的距離是多少？(3)這段時間內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？解析: (1)分析活塞的受力情況如圖所示, 根據(jù)平衡條件有mgp0SpS, 由此得: pp0eq f(mg,S).(2)設溫度為t2時活塞與容器底部相距h2.因為氣體做等壓變化, 由蓋呂薩克定律eq f(V1,T1)eq f(V2,T2)得: