人教版物理選修33：第10章 熱力學定律 第3節(jié) 課堂作業(yè) 含解析

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1、 第十章　第3節(jié) 基礎夯實 一、選擇題(1～4題為單選題，5題為多選題) 1．第一類永動機是不可能制成的，這是因為( C ) A．不符合機械能守恒定律 B．做功產(chǎn)生的熱量不符合熱功當量 C．違背了熱力學第一定律 D．找不到合適的材料和合理的設計方案 解析：第一類永動機違背了熱力學第一定律，所以是不可能制成的。故選項C正確。 2．在一個與外界沒有熱交換的房間內(nèi)打開冰箱門，冰箱正常工作，過一段時間房間內(nèi)的溫度將( B ) A．降低　　　　　　　　 B．升高 C．不變 D．無法確定 解析：取房間內(nèi)氣體及電冰箱(有散熱裝置)為系統(tǒng)，外界消耗電能，對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)總

2、內(nèi)能增加。 3．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是( B ) A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104J B．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105J C．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×105J D．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J 解析：因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J，內(nèi)能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105J，根據(jù)ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2

3、×105J，B正確。 4.如圖所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小( C ) A．從外界吸熱　　　　　 B．內(nèi)能增大 C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小 解析：金屬筒緩慢下降過程中，外界對筒內(nèi)氣體做功，而筒與水有熱交換、水溫恒定，所以筒內(nèi)空氣要向外界放熱，溫度保持不變，從而內(nèi)能不變。 5．(江蘇宿遷市2016年高二下學期期末)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，下列說法正確的有( BD ) A．外界對氣體做功 B．氣體對外界做功 C．氣體向外界放熱 D

4、．氣體從外界吸熱 解析：由圖可看出從a到b氣體體積增大溫度升高，內(nèi)能增大，氣體對外界做功，氣體從外界吸收熱量，故選BD。 二、非選擇題 6.(江蘇省鹽城市2017年高二下學期期末)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，吸收了340J的熱量，并對外做功120J。若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做功40J，則這一過程中氣體吸收(填“吸收”或“放出”)260J熱量。 解析：對該理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，由熱力學第一定律可得：ΔU＝Q＋W＝340－120＝220J，即從a狀態(tài)到c狀態(tài)，理想氣體的內(nèi)能增加了220J；若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做

5、功40J，此過程理想氣體的內(nèi)能增加還是220J，所以可以判定此過程是吸收熱量，再根據(jù)熱力學第一定律可得：ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W＝220＋40＝260J。 7.噴霧器內(nèi)有10L水，上部封閉有1atm的空氣2L。關(guān)閉噴霧閥門，用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L(設外界環(huán)境溫度一定，空氣可看作理想氣體)。 (1)當水面上方氣體溫度與外界溫度相等時，求氣體壓強，并從微觀上解釋氣體壓強變化的原因。 (2)打開噴霧閥門，噴霧過程中封閉氣體可以看成等溫膨脹，此過程氣體是吸熱還是放熱？簡要說明理由。 答案：(1)2.5atm　(2)吸熱 解析：(1)設氣體初態(tài)壓強為p1，體積為V

6、1；末態(tài)壓強為p2，體積為V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2 代入數(shù)據(jù)得p2＝2.5atm 微觀解釋：溫度不變，分子平均動能不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，所以壓強增加。 (2)吸熱。氣體對外做功而內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體吸熱。 能力提升 一、選擇題(1、2題為單選題，3題為多選題) 1．(海南省海南中學2016年高二下學期期中)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達狀態(tài)c。設氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac。則( C ) A．Tb＞Tc，Qab＞Qac　　 B．Tb

7、＞Tc，Qab＜Qac C．Tb＝Tc，Qab＞Qac D．Tb＝Tc，Qab＜Qac 解析：根據(jù)熱力學定律＝C，可知b、c狀態(tài)的溫度相等，又因為ab過程中，體積變大，氣體對外做功，所以吸收的熱量比ac過程的多，故C項正確。綜上所述，本題正確答案為C。 2．如圖所示，有一導熱性良好的氣缸放在水平面上，活塞與氣缸壁間的摩擦不計，氣缸內(nèi)用一定質(zhì)量的活塞封閉了一定質(zhì)量的氣體，忽略氣體分子間的相互作用(即分子勢能視為零)，忽略環(huán)境溫度的變化，現(xiàn)緩慢推倒氣缸，在此過程中( A ) A．氣體吸收熱量，內(nèi)能不變 B．氣缸內(nèi)分子的平均動能增大 C．單位時間內(nèi)撞擊氣缸壁單位面積上的分子數(shù)增多

8、 D．氣缸內(nèi)分子撞擊氣缸壁的平均作用力增大 解析：由題圖可知，該過程氣體對外做功，由于忽略環(huán)境溫度變化，溫度不變，內(nèi)能不變，由熱力學第一定律可知，氣體吸收熱量。內(nèi)能不變。A正確。 3.導熱氣缸開口向下，內(nèi)有理想氣體，缸內(nèi)活塞可自由滑動且不漏氣，活塞下掛一個沙桶，沙桶裝滿沙子時，活塞恰好靜止，現(xiàn)在把沙桶底部鉆一個小洞，細沙慢慢漏出，并緩慢降低氣缸外部環(huán)境溫度，則( BC ) A．氣體壓強增大，內(nèi)能可能不變 B．外界對氣體做功，氣體溫度降低 C．氣體體積減小，壓強增大，內(nèi)能一定減小 D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能一定增加 解析：由平衡條件知活塞受到的沙桶拉力減小，其他力如活塞重力、大氣

9、壓力不變，則氣體壓強增大、體積減小，外界對氣體做功，由于環(huán)境溫度緩慢降低，則氣體內(nèi)能減少，由ΔU＝W＋Q知Q<0，即向外放熱。 二、非選擇題 4．(蘇州市2016年高二下學期期末) (1)下列說法中正確的是BC。 A．兩個系統(tǒng)相互接觸發(fā)生熱傳遞，當內(nèi)能相等時達到熱平衡 B．兩分子之間距離為r0分子處于平衡位置時，分子勢能最小 C．液面上部的蒸汽達到飽和時，仍有液體分子從液面飛出 D．單晶體中的原子都是按照一定的規(guī)則周期性排列的，原子在晶格上靜止不動 (2)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過圖示中的B、C、D狀態(tài)回到狀態(tài)A，則由A變化到B，氣體內(nèi)能增加(填“增加”、“減少”或“不變”

10、)；由D到A的過程中，氣體放出(填“吸收”或“放出”)熱量。 (3)在(2)中若氣體狀態(tài)C的體積Vc＝44.8L，狀態(tài)D的體積VD＝22.4L，狀態(tài)D的溫度t0＝0℃。 ①求氣體在狀態(tài)C的溫度。 ②若狀態(tài)D時的壓強為1個標準大氣壓，則狀態(tài)D時氣體分子間的平均距離是多少？ (結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 答案：(3)①546K　②3×10－9m 解析：(3)①因為C到D的過程是一個等壓變化， 因此＝ 帶入數(shù)據(jù)得TC＝546K(或273℃也對) ②因為D狀態(tài)是標準狀態(tài)，1mol理想氣體的體積是22.4升，因此每一個氣體分子占據(jù)的空間為＝m3＝d3，解之得d＝3×10－9m。 5.爆

11、米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛的休閑零食。如圖為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱，封閉氣體被加熱成高溫高壓氣體，當打開容器蓋后，“砰”的一聲氣體迅速膨脹，壓強急劇減小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。設當?shù)販囟葹閠1＝27℃，大氣壓為p0，已知密閉容器打開前的氣體壓強達到4p0。試分析： (1)將容器內(nèi)的氣體看作理想氣體，求容器內(nèi)氣體的溫度。 (2)假定在一次打開的過程中，容器內(nèi)氣體膨脹對外界做功15kJ，并向外釋放了20kJ的熱量，容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？ 答案：(1)927℃　(2)減少　35kJ 解析：(1)根據(jù)查理定律：＝ p1＝p0，

12、T1＝300K，p2＝4p0。 解得：T2＝1200K，則t2＝927℃。 (2)由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W 得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故內(nèi)能減少35kJ。 6．(江蘇徐州市2016年高二下學期期末)某同學估測室溫的裝置如圖所示，用絕熱的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸導熱性能良好。室溫時氣體的體積V1＝66mL，將氣缸豎直放置于冰水混合物中，穩(wěn)定后封閉氣體的體積V2＝60mL。不計活塞重力及活塞與缸壁間的摩擦，室內(nèi)大氣壓p0＝1.0×105Pa，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1。(取T＝t＋273K) (1)求室溫是多少； (2)若已知該氣體在1.

13、0×105Pa、0℃時的摩爾體積為22.4L/mol，求氣缸內(nèi)氣體分子數(shù)目N；(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)若已知該氣體內(nèi)能U與溫度T滿足U＝0.03T(J)，則在上述過程中該氣體向外釋放的熱量Q。 答案：(1)300.3K(或27.3℃)　(2)1.6×1021　 (3)1.419J 解析：(1)由等溫變化得，＝ ＝ 解得T1＝300.3K或t＝27.3℃ (2)N＝NA＝×6×1023 解得N＝1.6×1021 (3)根據(jù)關(guān)系式U＝0.03T得，初狀態(tài)的氣體的內(nèi)能為U1＝0.03T1＝0.03×300.3＝9.009J 末狀態(tài)氣體的內(nèi)能為U2＝0.03T2＝0.03×273＝8.19J 內(nèi)能變化量ΔU＝－0.819J 氣體經(jīng)歷等壓變化，外界對氣體做功 W＝p(V1－V2)＝1×105×6×10－6＝0.6J 由熱力學第一定律，得：Q＝ΔU－W＝－0.819－0.6＝－1.419J 即氣體向外界釋放的熱量為1.419J