高中物理练习热力学定律与能量守恒定律.doc

选修3-3 第3讲
一、选择题
1．有关“温度”的概念，下列说法中正确的是(　　)
A．温度反映了每个分子热运动的剧烈程度
B．温度是分子平均动能的标志
C．一定质量的某种物质，内能增加，温度一定升高
D．温度较高的物体，每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大
[答案]　B
[解析]　温度是分子平均动能的标志，但不能反映每个分子的运动情况，所以A、D错误，由ΔU＝Q＋W可知C错，故选项B正确．
2．第二类永动机不可能制成，这是因为(　　)
A．违背了能量守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
[答案]　D
[解析]　第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成，选项D正确．
3．(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体(　　)
A．从外界吸热　　　　　　 B．对外界做负功
C．分子平均动能减小 D．内能增加
[答案]　A
[解析]　该题考查了热力学定律，由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变，放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热．A选项正确．
4．如图所示，两相同的容器装同体积的水和水银，A、B两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度，A、B两球用同一种特殊的材料制成，当温度稍升高时，球的体积会明显变大．如果开始时水和水银的温度相同，且两液体同时缓慢地升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　)
A．A球吸收的热量较多
B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多
D．无法确定
[答案]　B
[解析]　小球吸热用于小球内能的增加和膨胀对外做功，对外做功等于液体重力势能的增加．因此，由热力学第一定律可知，答案B正确．
5．(2010·河北八校联考)如图所示，有一圆筒形绝热容器，用绝热且具有一定质量的活塞密封一定量的理想气体，不计活塞与容器之间的摩擦．开始时容器直立在水平桌面上，容器内气体处于状态a，然后将容器缓慢平放在桌面上，稳定后气体处于状态b.下列说法正确的是(　　)
A．与a态相比，b态气体分子间作用力较小
B．与a态相比，b态气体的温度较低
C．a、b两态的气体分子对活塞的压力相等
D．a、b两态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数相等
[答案]　B
[解析]　理想气体不计分子间作用力，A错；由a到b，气体对外做功且绝热，所以温度降低，B对；两态压强不等，所以压力不等，C错；分子在单位时间内撞击活塞的个数取决于两个因素，温度和分子密度，D错．
6．如图所示，电路与一绝热密闭气缸相连，RA为电热丝．气缸内有一定质量的理想气体，闭合电键后，气缸里的气体(　　)
A．内能增大
B．平均动能减小
C．无规则热运动增强
D．单位时间内对单位面积器壁的撞击次数减少
[答案]　AC
[解析]　本题考查热力学第一定律、分子动理论以及气体压强的微观分析．由热力学第一定律：W＋Q＝ΔU知Q>0，W＝0，则内能增大，故A选项正确；温度升高，无规则热运动增强、分子平均动能增大，故C选项正确、B选项错误；体积不变，气体密度不变，温度升高会使单位时间内对器壁单位面积的撞击次数增加，故D选项错误．
二、非选择题
7．(2010·试题调研)如图所示，是某同学通过实验研究一定质量的理想气体的状态变化得到的p—T图象．气体状态由A变化至B的过程中，气体的体积将________(填“变大”或“变小”)，这是________(填“吸热”或“放热”)过程．
[答案]　变大　吸热
[解析]　连接OA与OB为两条等容线，可知VA小于VB，由热力学第二定律ΔU＝W＋Q可知，在由状态A到状态B的过程中，气体对外做功，温度升高，内能增加，所以一定吸热．
8．(2010·枣庄)如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m.在活塞上施加恒力F推动活塞，使气体体积减小．
(1)设上述过程中气体温度保持不变，则气缸内的气体压强________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，按照分子动理论从微观上解释，这是因为________．
(2)设上述过程中活塞下降的最大高度为Δh，气体放出的热量为Q0，外界大气压强为P0，试求此过程中被封闭气体内能的变化ΔU.
[答案]　(1)增大　分子的平均动能不变，分子的密集程度增大　(2)(F＋mg＋P0S)Δh－Q0
[解析]　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得：
ΔU＝(F＋mg＋P0S)Δh－Q0
9．(1)如图为同一密封的小包装食品的两张照片，甲图摄于海拔500m、气温18℃的环境下，乙图摄于海拔3200m、气温10℃环境下．下列说法中正确的是(　　)
A．乙图中小包内气体的压强增大了
B．乙图中小包内气体的压强减小了
C．由此推断，如果小包不破裂，且鼓起得越厉害，则所在位置的海拔越高
D．由此推断，如果小包不破裂，则海拔越高，小包内气体的压强就越大
(2)能源是当今社会快速发展所面临的一大难题，由此，人们想到了永动机．关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休．
甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功．
乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化．丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机才因此不能制成．
丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因．
你认为________的说法是正确的．
A．甲　　　 B．乙　　　
C．丙　　　 D．丁
[答案]　(1)B　(2)D
[解析]　(1)小包内气体温度降低，体积增大，由状态方程＝C知，小包内的压强p减小，A项错误、B正确；小包鼓起来，是因为小包内气体压强大于小包外气体压强，在海拔高度不增加、外界压强不变的情况下，小包内压强越大，鼓得越厉害，C项错误；海拔高度越高，外界压强越小，内部压强也减小，D项错误．
(2)内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因，正确的选项为D.
10．(2010·试题调研)如图所示，用面积为S的活塞在气缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对气缸缓缓加热使气缸内的空气温度从T1升高到T2，原空气柱的高度为l，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0，问此过程中被封闭气体的内能变化了多少？
[答案]　－mgl－p0Sl＋Q
[解析]　根据＝，即＝，所以l′＝l
由受力分析和做功分析知，在气体缓缓膨胀过程中，活塞与砝码对气体的压力对气体做负功，大气压力对气体也做负功，根据热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－mgl－p0Sl＋Q
11．(2010·江苏苏、锡、常、镇四市一模)如图所示的圆柱形气缸固定于水平面上，缸内用活塞密封一定质量的理想气体，已知气缸的横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0.将活塞固定，使气缸内气体温度升高1℃，气体吸收的热量为Q1；如果让活塞可以缓慢自由滑动(活塞与气缸间无摩擦、不漏气，且不计气体的重力)，也使气缸内气体温度升高1℃，其吸收的热量为Q2.
(1)简要说明Q1和Q2哪个大些．
(2)求气缸内气体温度升高1℃时活塞向上移动的高度h.
[答案]　(1)Q1<Q2　(2)
[解析]　(1)等容过程，吸收的热量用于增加气体的内能，ΔU1＝Q1等压过程，吸收的热量用于增加气体的内能和对外做功，ΔU2＋|W2|＝Q2
又ΔU2＝ΔU1，则Q1<Q2.
(2)气体对外做功|W2|＝(p0S＋G)h
活塞向上移动的高度h＝.
12．(2010·山东潍坊一模)如图所示，水平放置的气缸内壁光滑，活塞的厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，A左侧气缸的容积为V0，A、B之间容积为0.1V0，开始时活塞在A处，缸内气体压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297K，现通过对气体缓慢加热使活塞恰好移动到B.求：
(1)活塞移动到B时，缸内气体温度TB；
(2)画出整个过程的p－V图线；
(3)阐述活塞由A到B过程中，缸内气体吸热的理由．
[答案]　(1)363K　(2)如图所示　(3)见解析
[解析]　(1)活塞由A移动到B的过程中，先做等容变化，后做等压变化．由气态方程得
＝　＝
或＝
解得TB＝363K.
(2)如图所示
(3)气体在缓慢加热过程中，温度升高，气体内能增加；活塞由A移动到B，气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸热．
13．已知太阳每年辐射到地球上的能量可达1018kW·h，日地距离为r＝1.5×1011m，地球半径R＝6.4×106m.
(1)试估算太阳每年释放出的能量是多少？
(2)如果太阳辐射到地球上的能量全部用来推动热机发电，能否每年发出1018度电？
[答案]　(1)2.2×1027kW·h　(2)不能
[解析]　(1)太阳辐射的能量向四面八方辐射，地球仅仅是其中的一个“小元”，因此太阳辐射的能量只有很少的一部分到达地球．
已知日地距离为r＝1.5×1011m
地球半径为R＝6.4×106m
所以地球的有效接收面积S＝πR2
地球运转轨道所在的球面面积为S1＝4πr2
所以太阳辐射总能量为
Q＝·q＝×1018kW·h
≈2.2×1027kW·h.
(2)每年到达地球的能量为1018kW·h，利用该能量推动热机发电，由热力学第二定律可知，其发电量必小于1018度．
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