人教版高中物理選擇性必修第三冊(cè)第三章熱力學(xué)定律習(xí)題課3分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)含答案

[A級(jí)——基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．一個(gè)充氣氣球用繩子拴著一塊石頭正在湖水中緩慢下沉，越往下水溫越低，氣球?qū)崃己?，則氣球內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加B．對(duì)外界做正功C．減少的內(nèi)能小于放出的熱量D．減少的內(nèi)能大于放出的熱量解析：選C。充氣氣球用繩子拴著一塊石頭正在湖水中緩慢下沉，越往下水溫越低，內(nèi)能降低，A錯(cuò)誤；充氣氣球用繩子拴著一塊石頭在下降的過程中，水溫越來越低，壓強(qiáng)逐漸增大，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知?dú)馇蝮w積減小，對(duì)外界做負(fù)功，B錯(cuò)誤；由選項(xiàng)A、B分析可知?dú)馇蛳陆禃r(shí)，氣球內(nèi)氣體內(nèi)能減小，外界對(duì)氣球做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，放出的熱量大于減小的內(nèi)能，C正確，D錯(cuò)誤。2．(多選)小明在和父母西藏自駕游的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，由于大氣壓強(qiáng)隨海拔的升高而減小，密封包裝的小零食會(huì)出現(xiàn)“脹袋”的現(xiàn)象，他用學(xué)過的物理知識(shí)對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析，首先將零食密封袋中氣體視為理想氣體，考慮到在行車過程中一直使用暖風(fēng)取暖，可近似認(rèn)為汽車內(nèi)溫度不變，汽車從平原行駛到高原，下列判斷正確的是()A．外界對(duì)密封袋中氣體做功B．密封袋中氣體從外界吸熱C．密封袋中氣體壓強(qiáng)減小D．密封袋中氣體內(nèi)能減小解析：選BC。密封包裝的小零食出現(xiàn)“脹袋”的現(xiàn)象說明零食密封袋中氣體體積增大，密封袋中氣體對(duì)外做功，A錯(cuò)誤；由于可近似認(rèn)為汽車內(nèi)溫度不變，汽車從平原行駛到高原，有p1V1＝p2V2，密封包裝的小零食出現(xiàn)“脹袋”，則零食密封袋中氣體體積增大，密封袋中氣體壓強(qiáng)減小，C正確；由于可近似認(rèn)為汽車內(nèi)溫度不變，則密封袋中氣體內(nèi)能不變，根據(jù)選項(xiàng)A可知密封袋中氣體對(duì)外做功，則W<0，結(jié)合熱力學(xué)第一定律，△U＝Q＋W，可知密封袋中氣體從外界吸熱，B正確，D錯(cuò)誤。3．(多選)快遞運(yùn)送易碎物品時(shí)，常在快遞箱內(nèi)放置緩沖氣袋，然后放入物品，如圖所示。若物品放入時(shí)，氣袋被擠壓無破損，袋內(nèi)氣體視為理想氣體，溫度保持不變，則被擠壓后袋內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增大 B．壓強(qiáng)增大C．從外界吸熱 D．分子平均動(dòng)能不變解析：選BD。氣體溫度不變，內(nèi)能不變，分子平均動(dòng)能不變，故A錯(cuò)誤，D正確；被擠壓后袋內(nèi)氣體體積減小，根據(jù)玻意耳定律p1V1＝p2V2可知，氣體壓強(qiáng)增大，故B正確；外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體向外界放熱，故C錯(cuò)誤。4．某理想氣體的p－V圖像如圖所示，該氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷如圖所示的變化過程，先后到達(dá)狀態(tài)b和c。下列說法正確的是()A．在a→b過程中氣體對(duì)外界做功，吸收熱量B．在a→b過程中氣體對(duì)外界做功，放出熱量C．在b→c過程中外界對(duì)氣體做功，放出熱量D．在b→c過程中外界對(duì)氣體做功，吸收熱量答案：A5．(多選)(2024·內(nèi)蒙古包頭期末)一定質(zhì)量理想氣體發(fā)生如圖所示的狀態(tài)變化A→B→C→A，其中C→A是等溫過程，下列說法正確的是()A．A→B的過程中氣體吸收的熱量等于氣體內(nèi)能的增加量B．B→C過程中系統(tǒng)向外放出的熱量大于A→B過程中系統(tǒng)從外界吸收的熱量C．B、C狀態(tài)氣體壓強(qiáng)相等的原因是單個(gè)分子撞擊器壁的平均作用力相等D．C→A的過程中氣體吸收的熱量全部用于對(duì)外做功答案：ABD6．一定質(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)p隨體積V變化規(guī)律如圖所示，從狀態(tài)A到B的過程中()A．氣體溫度保持不變B．外界對(duì)氣體做功C．氣體從外界吸收熱量D．氣體對(duì)器壁單位面積的平均作用力不變解析：選C。從狀態(tài)A到B的過程中，氣體的體積增大，分子密度減小，只有溫度升高時(shí)，其壓強(qiáng)才會(huì)增大，A錯(cuò)誤；氣體體積增大，表明氣體對(duì)外做功，B錯(cuò)誤；氣體溫度升高，說明內(nèi)能增大，體積增大，說明氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體要吸收熱量，C正確；因?yàn)閴簭?qiáng)變大，根據(jù)壓強(qiáng)定義式可知，單位面積上受力變大，D錯(cuò)誤。7．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V－T圖像如圖所示。下列說法正確的是()A．B→C的過程中，氣體分子平均動(dòng)能增加B．B→C的過程中，氣體一定放出熱量C．A→B的過程中，氣體分子的密集程度變小D．A→B的過程中，分子的平均動(dòng)能變大解析：選B。B→C的過程中，氣體的溫度降低，氣體分子平均動(dòng)能減少，A錯(cuò)誤；B→C的過程中，氣體的溫度降低，氣體的內(nèi)能減少，氣體的體積減小，外界對(duì)氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體一定放出熱量，B正確；A→B的過程中，氣體的體積減小，氣體分子的密集程度變大，C錯(cuò)誤；A→B的過程中，氣體的溫度不變，氣體分子的平均動(dòng)能不變，D錯(cuò)誤。8．汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量、壓強(qiáng)為p＝1.0×105Pa、體積為V＝2.0m3的理想氣體，現(xiàn)使氣體保持壓強(qiáng)不變，體積緩慢壓縮至V′＝1.0m3，此過程氣體向外界釋放了1.2×105J的熱量，則：(1)壓縮過程外界對(duì)氣體做了多少功？(2)氣體內(nèi)能變化了多少？解析：(1)外界對(duì)氣體做功W＝p·ΔV＝p(V－V′)解得W＝1.0×105J；(2)由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量ΔU＝Q＋W＝－1.2×105J＋1.0×105J＝－2×104J，即氣體內(nèi)能減少了2×104J。答案：(1)1.0×105J(2)減少了2×104J[B級(jí)——能力增分練]9．(多選)已知某轎車四個(gè)輪胎為同一種型號(hào)的輪胎，汽車剛啟動(dòng)時(shí)四個(gè)輪胎的壓強(qiáng)都為2.0atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，環(huán)境溫度為27℃。汽車行駛一段時(shí)間后，胎壓檢測(cè)系統(tǒng)顯示其中三個(gè)輪胎壓強(qiáng)為2.4atm，一個(gè)輪胎的壓強(qiáng)仍為2.0atm(漏氣)。四個(gè)輪胎此時(shí)溫度相等，假設(shè)輪胎體積均不變，密閉氣體可視為理想氣體，則()A．輪胎此時(shí)的溫度為360KB．輪胎此時(shí)的溫度為360℃C．漏氣輪胎內(nèi)氣體吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量D．完好輪胎內(nèi)氣體吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量解析：選AD。對(duì)三個(gè)完好輪胎之一，由查理定律可得，eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)，其中，T1＝300K，代入數(shù)據(jù)解得，T2＝360K，A正確，B錯(cuò)誤；完好輪胎體積不變，外界沒有對(duì)氣體做功，即W＝0，由于溫度升高內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第一定律可得，ΔU＝Q，故氣體吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量，D正確；假設(shè)漏氣輪胎漏出的氣體沒有散開，發(fā)生等壓膨脹，對(duì)外做功，即W<0，溫度升高內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體吸收的熱量大于內(nèi)能的增加量，C錯(cuò)誤。10．如圖所示，假設(shè)某個(gè)循環(huán)過程由一個(gè)等溫過程(A→B→C)和一個(gè)絕熱收縮過程(C→D→A)組成，則一定量的理想氣體在該循環(huán)過程違反了________(選填“熱力學(xué)第一定律”或“熱力學(xué)第二定律”)。若(C→D→A)為導(dǎo)熱收縮過程，則在這過程中一定量的理想氣體________(選填“從外界吸收熱量”或“向外界放出熱量”)，其內(nèi)能____________(選填“先增大后減小”或“先減小后增大”)。解析：對(duì)于一定量的理想氣體，由于忽略分子間的作用力，其內(nèi)能由溫度決定，因此從等溫過程(A→B→C)可知理想氣體在A、C點(diǎn)的內(nèi)能相等；對(duì)于絕熱收縮過程(C→D→A)，與外界的熱量交換，Q＝0，氣體體積減小，即，W>0，根據(jù)，ΔU＝Q＋W，可知理想氣體在A點(diǎn)的內(nèi)能比C點(diǎn)的大，與等溫過程(A→B→C)推出的結(jié)論相矛盾，因此該循環(huán)過程違反了熱力學(xué)第一定律；若(C→D→A)為導(dǎo)熱收縮過程，有W>0，由等溫過程有，TA＝TB，即理想氣體在A、C點(diǎn)的內(nèi)能相等，根據(jù)，ΔU＝Q＋W，可得，Q<0，即理想氣體在該過程中放熱；根據(jù)玻意耳定律可知，等溫變化時(shí)p與V成反比例，因此在(C→D→A)過程，理想氣體的溫度先減小后增大，即內(nèi)能先減小后增大。答案：熱力學(xué)第一定律向外界放出熱量先減小后增大11．如圖所示，一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸高度為L(zhǎng)、底面積為S，缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞，封閉了一定質(zhì)量的理想氣體?，F(xiàn)用繩子系住汽缸底將汽缸倒過來懸掛，汽缸處于豎直狀態(tài)，缸內(nèi)氣體高為L(zhǎng)0、溫度為T0。已知重力加速度為g，大氣壓強(qiáng)為p0，不計(jì)活塞與缸體的厚度及它們間的摩擦。若采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離。(1)求活塞與汽缸脫離時(shí)氣體的溫度。(2)求缸內(nèi)氣體對(duì)活塞做的功。(3)若缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為ΔU，則氣體吸收的熱量為多少？解析：(1)氣體等壓變化，由蓋-呂薩克定律得eq\f(L0S,T0)＝eq\f(LS,T)解得T＝eq\f(LT0,L0)。(2)設(shè)缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p，對(duì)活塞，由平衡條件得mg＋pS＝p0S氣體做功W＝Fl＝pSl＝pS(L－L0)聯(lián)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)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝－W＋Q知?dú)怏w吸收的熱量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．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開始，經(jīng)歷兩個(gè)狀態(tài)變化過程，先后達(dá)到狀態(tài)B和C，已知狀態(tài)A的溫度為300K。(1)求該氣體在狀態(tài)C的溫度。(2)氣體從A到C的整個(gè)過程內(nèi)能增加了300J，則氣體從A到C的整個(gè)過程吸收的熱量是多少？解析：(1)A→B過程，氣體做等壓變化，由蓋－呂薩克定律得eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)B→C過程，氣體做等容變化，由查理定律得eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)解得TB＝900K，TC＝270K。(2)A→B過程，氣體壓強(qiáng)不變，體積增大，外界對(duì)氣體做負(fù)功，W＝－pBeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(VB－VA))解得W＝－600J由熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q，解得Q＝900J氣體從外界吸收熱量900J。答案：(1)270K(2)900J13．一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在汽缸內(nèi)，如圖所示，活塞的質(zhì)量m＝20kg，橫截面積S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動(dòng)但不漏氣，開始時(shí)汽缸水平放置，活塞與汽缸底的距離L1＝12cm，離汽缸口的距離L2＝4cm。外界氣溫為27℃，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa，將汽缸緩慢地轉(zhuǎn)到開口向上的豎直位置，待穩(wěn)定后對(duì)缸內(nèi)氣體逐漸加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平，已知g取10m/s2。(1)求此時(shí)氣體的溫度。(2)在對(duì)缸內(nèi)氣體加熱的過程中，氣體膨脹對(duì)外做功，同時(shí)吸收Q＝392J的熱量，則氣體增加的內(nèi)能ΔU為多大？解析：(1)當(dāng)汽缸水平放置時(shí)p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S，T0＝300K當(dāng)汽缸口向上，活塞到達(dá)汽缸口時(shí)，設(shè)缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1，溫度為T1，活塞的受力分析圖如圖所示有p1S＝p0S＋mg則p1＝1.2×105Pa，V1＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(L1＋L2))S由理想氣體狀態(tài)方程得eq