2023高考物理一輪總復習第十一章熱學（選修3-3）第33講熱力學定律與能量守恒課時達標

PAGEPAGE5第33講熱力學定律與能量守恒[解密考綱]理解熱力學第一定律，知道改變內(nèi)能的兩種方式；知道與熱現(xiàn)象有關的宏觀物理過程的方向性，了解熱力學第二定律；掌握能量守恒定律及應用．1．地球上有很多的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018噸，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023焦耳的熱量，有人曾設想利用海水放出的熱量使它完全變成機械能來解決能源危機，但這種機器是不能制成的，其原因是(C)A．內(nèi)能不能轉化成機械能B．內(nèi)能轉化成機械能不滿足熱力學第一定律C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉化成機械能的機器不滿足熱力學第二定律D．上述三種原因都不正確解析：內(nèi)能可以轉化成機械能，如熱機，A錯誤，內(nèi)能轉化成機械能的過程滿足熱力學第一定律，即能量守恒定律，B錯誤；熱力學第二定律告訴我們：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，C正確．2．(2022·重慶卷)重慶出租車常以天然氣作為燃料．加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，假設儲氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，那么罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)(B)A．壓強增大，內(nèi)能減小B．吸收熱量，內(nèi)能增大C．壓強減小，分子平均動能增大D．對外做功，分子平均動能減小解析：儲氣罐中氣體體積不變，氣體不做功，當溫度升高時，氣體壓強增大，氣體內(nèi)能增大，分子平均動能增大；由熱力學第一定律可知，氣體一定吸熱，應選項B正確．3．一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5×104J，氣體對外界做功1.0×104J，那么該理想氣體的(D)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：從外界吸熱，Q＝2.5×104J，對外界做功，W＝－1.0×104J，由ΔU＝Q＋W可得，ΔU＝1.5×104J，內(nèi)能增大，這說明溫度升高；又氣體對外界做功，體積增大，由ρ＝eq\f(m,V)可知，密度減?。瓺項正確．4．(多項選擇)如圖為某同學設計的噴水裝置．內(nèi)部裝有2L水，上部密封1atm的空氣0.5L，保持閥門關閉，再充入1atm的空氣0.1L，設在所有過程中空氣可看作理想氣體，且溫度不變，以下說法正確的有(AC)A．充氣后，密封氣體壓強增加B．充氣后，密封氣體的分子平均動能增加C．翻開閥門后，密封氣體對外界做正功D．翻開閥門后，不再充氣也能把水噴光解析：溫度不變，分子平均動能不變，充氣后由于氣體的質(zhì)量增大，溫度、體積根本不變，氣體的壓強增大，A項對、B項錯；翻開閥門后，水減少，氣體膨脹，密封氣體對水做正功，C項對；如果水全排出，氣體壓強為p3，p3(2L＋0.5L)＝p1(0.5L＋0.1L)得p3＝0.24p1<p1，故不再充氣不能把水噴光，因為當氣壓與外界大氣壓相同時就不再噴水，D項錯．5．(多項選擇)關于一定量的氣體，以下說法正確的選項是(ABE)A．氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達的空間的體積，而不是該氣體所有分子體積之和B．只要能減弱氣體分子熱運動的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低C．在完全失重的情況下，氣體對容器壁的壓強為零D．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加E．氣體在等壓膨脹過程中溫度一定升高解析：氣體體積為氣體分子所能到達的空間的體積，而氣體分子體積很小，體積之和遠小于氣體體積，A項正確；氣體溫度反映了分子運動的劇烈程度，分子運動的劇烈程度減弱，溫度必然降低，B項正確；氣體壓強是大量氣體分子頻繁碰撞容器器壁的結果，在完全失重的情況下，氣體對器壁仍產(chǎn)生壓強，C項錯誤；氣體從外界吸收熱量，但如果同時對外做功，那么氣體的內(nèi)能不一定增加，D項錯誤；根據(jù)氣體定律可知，氣體在等壓膨脹過程中，體積與熱力學溫度成正比，體積變大，溫度升高，E項正確．6．如下圖為某種椅子與其升降局部的結構示意圖，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(A)A．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：M向下滑動的過程中，氣體體積減小，故外界對氣體做功，W>0，下滑過程不與外界發(fā)生熱交換，Q＝0，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知內(nèi)能增大，A項正確，B、C、D三項錯誤．7．如下圖，內(nèi)壁光滑的圓柱形金屬容器內(nèi)有一個質(zhì)量為m、面積為S的活塞．容器固定放置在傾角為θ的斜面上．一定量的氣體被密封在容器內(nèi)，溫度為T0，活塞底面與容器底面平行，距離為h.大氣壓強為p0，重力加速度為g.(1)容器內(nèi)氣體壓強為p0＋eq\f(mgcosθ,S).(2)由于環(huán)境溫度變化，活塞緩慢下移eq\f(h,2)時氣體溫度為eq\f(T0,2)，此過程中容器內(nèi)氣體放熱(填“吸熱〞或“放熱〞)，氣體分子的平均速率減小(填“增大〞、“減小〞或“不變〞)．解析：(1)容器內(nèi)氣體的壓強與大氣壓和活塞的重力有關．活塞對氣體產(chǎn)生的壓強為p′＝eq\f(mgcosθ,S)，那么容器內(nèi)氣體的壓強p＝p0＋p′＝p0＋eq\f(mgcosθ,S).(2)環(huán)境溫度變化，活塞緩慢下移，可認為是等壓變化，那么eq\f(V0,T0)＝eq\f(V1,T1)，且V0＝2V1，解得T1＝eq\f(T0,2).在此等壓變化過程中，氣體溫度降低，內(nèi)能減少，氣體體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一律ΔU＝Q＋W知氣體放出熱量，氣體分子的平均速率減?。?．(2022·山東卷，節(jié)選)我國“蛟龍〞號深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀錄．在某次深潛實驗中，“蛟龍〞號探測到990m深處的海水溫度為280K．某同學利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如下圖，導熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0＝300K，壓強p0＝1atm，封閉氣體的體積V0＝3m3，如果將該氣缸下潛至990m(1)求990m深處封閉氣體的體積(1atm相當于10m深的海水產(chǎn)生的壓強)．答案：2．8×10－2(2)下潛過程中封閉氣體放熱(填“吸熱〞或“放熱〞)，傳遞的熱量大于(填“大于〞或“小于〞)外界對氣體所做的功．解析：(1)當氣缸下潛至990m時，設封閉氣體的壓強為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p＝100atm.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得：eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(pV,T).代入數(shù)據(jù)得V＝2.8×10－2m9．(2022·江蘇卷)(1)在裝有食品的包裝袋中充人氮氣，可以起到保質(zhì)作用．某廠家為檢測包裝袋的密封性，在包裝袋中充滿一定量的氮氣，然后密封進行加壓測試．測試時，對包裝袋緩慢地施加壓力．將袋內(nèi)的氮氣視為理想氣體，那么加壓測試過程中，包裝袋內(nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力增大(選填“增大〞、“減小〞或“不變〞)，包裝袋內(nèi)氮氣的內(nèi)能不變(選填“增大〞、“減小〞或“不變〞)．(2)給某包裝袋充入氮氣后密封，在室溫下，袋中氣體壓強為1個標準大氣壓、體積為1L．將其緩慢壓縮到壓強為2個標準大氣壓時，氣體的體積變?yōu)?.45L．請通過計算判斷該包裝袋是否漏氣．答案：(2)漏氣解析：壓強增加，包裝袋內(nèi)壁單位面積的撞擊分子數(shù)變多，所受氣體分子撞擊作用力增大；溫度不變，包裝袋內(nèi)氮氣的內(nèi)能不變．假設不漏氣，設加壓后的體積為V1，由等溫過程得p0V0＝p1V1代入數(shù)據(jù)得V1＝0.5L因為0.45L<0.5L，故包裝袋漏氣．10．如下圖，A、B兩個氣缸中裝有體積均為10L、壓強均為1atm(標準大氣壓)、溫度均為27℃的空氣，中間用細管連接，細管容積不計．細管中有一絕熱活塞，現(xiàn)將B氣缸中的氣體升溫到127℃，假設要使細管中的活塞仍停在原位置．(不計摩擦，A氣缸中的氣體溫度保持不變，A氣缸截面積為500cm2)(1)求A中左邊活塞應向右移動的距離；(2)A中氣體是吸熱還是放熱，為什么？解析：(1)對B：由eq\f(pB,TB)＝eq\f(p′B,T′B)得p′B＝eq\f(T′B,TB)pB＝eq\f(400,300)pB＝eq\f(4,3)pB對A：由pAV