2024版新教材高中物理第三章熱力學(xué)定律專項(xiàng)1氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用課時(shí)作業(yè)新人教版選擇性必修第三冊

eq\a\vs4\al(專)eq\a\vs4\al(項(xiàng))1氣體試驗(yàn)定律和熱力學(xué)第確定律的綜合應(yīng)用1．2024年5月15日，我國自主研發(fā)的“極目一號(hào)”Ⅲ型浮空艇創(chuàng)建了海拔9032米的大氣科學(xué)觀測世界紀(jì)錄．若在浮空艇某段上升過程中，艇內(nèi)氣體溫度降低，體積和質(zhì)量視為不變，則艇內(nèi)氣體(視為志向氣體)()A．吸取熱量B．壓強(qiáng)增大C．內(nèi)能減小D．對(duì)外做負(fù)功2．(多選)確定質(zhì)量的志向氣體在某一過程中，從外界吸取熱量2.5×104J，氣體對(duì)外界做功1.0×104J，則下列關(guān)于志向氣體的說法正確的是()A．氣體溫度確定上升B．氣體的內(nèi)能確定削減C．氣體的壓強(qiáng)確定不變D．分子間平均距離確定增大3.(多選)夏天，從湖底形成一個(gè)氣泡，在緩慢上升到湖面的過程中沒有裂開，如圖．若越接近水面，湖內(nèi)水的溫度越高，大氣壓強(qiáng)沒有變更，將氣泡內(nèi)氣體看作志向氣體．則上升過程中，以下說法正確的是()A．氣泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功B．氣泡內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大C．氣泡內(nèi)氣體溫度上升導(dǎo)致放熱D．氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)可能不變4.如圖所示，“凸”形絕熱汽缸被a、b兩輕質(zhì)絕熱活塞分成A、B、C三部分，a、b兩活塞用輕桿連接，活塞穩(wěn)定時(shí)A、B、C三個(gè)部分內(nèi)的氣體溫度均相同．現(xiàn)設(shè)法使C中的氣體溫度緩慢上升，則在兩活塞緩慢下降的過程中，下列說法正確的是()A．A中氣體溫度上升B．A中氣體壓強(qiáng)增大C．B中氣體壓強(qiáng)增大D．C中氣體全部分子的動(dòng)能均增大5．為適應(yīng)太空環(huán)境，去太空執(zhí)行任務(wù)的航天員都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系統(tǒng)，為航天員供應(yīng)合適的溫度、氧氣和氣壓，讓航天員在太空中如在地面上一樣，假如在地面上航天服內(nèi)氣壓為1atm，氣體體積為2L，到達(dá)太空后由于外部氣壓低，航天服急劇膨脹，內(nèi)部氣體體積變?yōu)?L，使航天服達(dá)到最大體積，假設(shè)航天服內(nèi)氣體可視為志向氣體且溫度不變，將航天服視為封閉系統(tǒng)()A．由地面到太空過程中航天服內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能減小B．由地面到太空過程中航天服內(nèi)氣體的分子數(shù)密度不變C．由地面到太空過程中航天服內(nèi)氣體放熱D．若開啟航天服生命保障系統(tǒng)向航天服內(nèi)充氣，使航天服內(nèi)的氣壓緩慢達(dá)到0.9atm，則需補(bǔ)充1atm的等溫氣體1.6L6．如圖甲所示，在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用橫截面積S＝100cm2的質(zhì)量不計(jì)且光滑的活塞密封確定質(zhì)量的氣體，活塞上靜止一質(zhì)量為m的重物．圖乙是密閉氣體從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的V-T圖像，密閉氣體在A點(diǎn)的壓強(qiáng)pA＝1.03×105Pa，從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的過程中吸取熱量Q＝500J.已知外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.01×105Pa，下列說法正確的是()A．重物質(zhì)量m＝1kgB．氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積為8.0×10－2m3C．從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的過程，氣體對(duì)外界做功202JD．從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的過程，氣體的內(nèi)能增加294J7.如圖所示，質(zhì)量m＝0.5kg的金屬圓柱形氣缸內(nèi)封閉有長為l0＝1m的空氣，氣缸與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4，截面為T字形的活塞與豎直墻面接觸且無擠壓力，活塞底面積S＝1×10－3m2.忽視活塞與氣缸間的摩擦，環(huán)境溫度穩(wěn)定，氣缸內(nèi)的空氣可視為志向氣體，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa.現(xiàn)用水平外力F使氣缸緩慢向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣缸向右運(yùn)動(dòng)l＝0.6m時(shí)．(1)求此時(shí)氣缸內(nèi)空氣的壓強(qiáng)；(2)求此時(shí)外力F的大小；(3)在氣缸緩慢向右運(yùn)動(dòng)的過程中，請推斷氣體是吸熱還是放熱？并比較外界對(duì)氣缸內(nèi)氣體所做的功W與氣體跟外界交換的熱量Q的大小并說明理由．8.探討表明，新冠病毒耐寒不耐熱，溫度在超過56℃時(shí)，30分鐘就可以滅活．如圖，含有新冠病毒的氣體被輕質(zhì)絕熱活塞封閉在絕熱汽缸下部a內(nèi)，汽缸頂端有一絕熱閥門K，汽缸底部接有電熱絲E.a缸內(nèi)被封閉氣體初始溫度t1＝27℃，活塞位于汽缸中心，與底部的距離h1＝60cm，活塞和汽缸間的摩擦不計(jì)．(1)若閥門K始終打開，電熱絲通電一段時(shí)間，穩(wěn)定后活塞與底部的距離h2＝66cm，持續(xù)30分鐘后，試分析說明a內(nèi)新冠病毒能否被滅活？(2)若閥門K始終閉合，電熱絲通電一段時(shí)間，給a缸內(nèi)氣體傳遞了Q＝1.0×104J的熱量，穩(wěn)定后氣體a內(nèi)能增加了ΔU＝8.5×103J，求此過程氣體b的內(nèi)能增加量．9．如圖所示，一端水平懸掛的圓柱形容器用活塞密封體積V1＝2×10－3m3的志向氣體，活塞重力不計(jì)且能無摩擦地滑動(dòng)，其下端懸掛質(zhì)量m＝60kg的重物，容器的橫截面積S＝10－2m2.整個(gè)裝置放在大氣壓p0＝1.0×105Pa的空氣中，起先時(shí)氣體的溫度T1＝300K，當(dāng)氣體從外界吸取300J的熱量，體積變?yōu)閂2＝4×10－3m3時(shí)，求密閉氣體：(1)壓強(qiáng)p；(2)溫度T2；(3)內(nèi)能增加量.10.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人寵愛的休閑零食．高壓爆米花的原理為：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(dāng)打開容器蓋后，“嘭”的一聲，氣體快速膨脹，壓強(qiáng)急劇減小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．設(shè)當(dāng)?shù)販囟葹閠1＝27℃，大氣壓為p0.已知密閉容器打開蓋前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p0.(1)將封閉容器內(nèi)的氣體看成志向氣體，求打開蓋前容器內(nèi)氣體的溫度；(2)假定在一次打開的過程中，容器內(nèi)的氣體膨脹對(duì)外界做功15kJ，并向外釋放了20kJ的熱量，則容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變更？變更了多少？11.確定質(zhì)量的志向氣體被活塞封閉在汽缸內(nèi)，如圖所示水平放置．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，起先時(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＝3cm.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)氣體慢慢加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平，已知g＝10m/s2，求：(1)此時(shí)氣體的溫度為多少？(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)吸取Q＝370J的熱量，則氣體增加的內(nèi)能ΔU多大？12．如圖1所示，豎直玻璃管上端封閉、下端開口，總長L＝68.8cm，橫截面積S＝0.1cm2，管內(nèi)液柱的長度L0＝7.6cm，質(zhì)量m＝10g，液柱密封確定質(zhì)量的志向氣體，氣體的長度L1＝50cm，氣體溫度T1＝300K．現(xiàn)將玻璃管緩慢轉(zhuǎn)到水平位置，氣體溫度仍為T1，氣體長度變?yōu)長2，如圖2所示．然后對(duì)氣體進(jìn)行緩慢加熱，使氣體溫度上升至T2＝360K，加熱過程氣體吸取熱量Q，內(nèi)能增加ΔU＝0.23J，氣體長度變?yōu)長3，如圖3所示．已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，玻璃管內(nèi)壁光滑，重力加速度g＝10m/s2.(1)求氣體長度L2的值；(2)求氣體長度L3的值；(3)求加熱過程氣體吸取熱量Q的值．專項(xiàng)1氣體試驗(yàn)定律和熱力學(xué)第確定律的綜合應(yīng)用1．答案：C解析：由于浮空艇上升過程中體積和質(zhì)量均不變，則艇內(nèi)氣體不做功；依據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知溫度降低，則艇內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，氣體內(nèi)能減小；又依據(jù)ΔU＝W＋Q可知?dú)怏w放出熱量．故選C.2．答案：AD解析：氣體從外界吸取熱量2.5×104J，氣體對(duì)外界做功1.0×104J，則氣體內(nèi)能增加1.5×104J；氣體的內(nèi)能增加，則溫度確定上升，A正確，B錯(cuò)誤．氣體對(duì)外界做功，體積變大，則分子間平均距離確定變大，溫度上升，由eq\f(pV,T)＝C可知，壓強(qiáng)不愿定不變，C錯(cuò)誤，D正確．3．答案：AB解析：氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)p＝p0＋ρgh，氣泡上升過程中，其壓強(qiáng)減小，溫度上升，依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，體積確定增大，故氣泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功，故A正確，D錯(cuò)誤．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)記，溫度上升，氣泡內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增大，即ΔU>0，體積增大，即W<0，依據(jù)熱力學(xué)第確定律ΔU＝W＋Q可得Q>0，即氣泡內(nèi)的氣體吸熱，故B正確，C錯(cuò)誤．4．答案：C解析：以C中氣體為探討對(duì)象，體積不變，依據(jù)eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)可知C中氣體溫度上升，壓強(qiáng)增大；以活塞和連桿整體為探討對(duì)象，受到向上和向下氣體的壓力p2SA和p2SB，因?yàn)镾A<SB，則有p2SA<p2SB可知活塞和連桿合力向下，豎直向下運(yùn)動(dòng)，A中氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，對(duì)外做功，依據(jù)

SymbolDA@U＝W＋Q氣缸絕熱Q＝0，內(nèi)能減小，溫度降低；B中氣體體積變小，壓強(qiáng)增大，C正確，AB錯(cuò)誤；C中氣體溫度上升，分子的平均動(dòng)能增大，D錯(cuò)誤．5．答案：D解析：航天服內(nèi)，溫度不變，氣體分子平均動(dòng)能不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；航天服內(nèi)氣體質(zhì)量不變，分子數(shù)不變，體積膨脹，單位體積內(nèi)的分子數(shù)削減，即航天服內(nèi)氣體的分子數(shù)密度減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；航天服內(nèi)氣體因?yàn)轶w積膨脹對(duì)外做功，而航天服內(nèi)氣體溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第確定律可知?dú)怏w吸熱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；設(shè)需補(bǔ)充1atm氣體V′后達(dá)到的壓強(qiáng)為p3＝0.9atm，取總氣體為探討對(duì)象，由玻意耳定律得p1(V1＋V′)＝p3V2，解得V′＝1.6L，選項(xiàng)D正確．故選D.6．答案：D解析：在A狀態(tài)，依據(jù)題意mg＋p0S＝pAS，解得m＝2kg，故A錯(cuò)誤；依據(jù)圖像可知eq\f(V,T)＝C，所以氣體做等壓變更eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，解得VB＝8.0×10－3m3，故B錯(cuò)誤；從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的過程，氣體對(duì)外界做功W＝pAΔV＝206J，故C錯(cuò)誤；依據(jù)熱力學(xué)第確定律ΔU＝Q－W＝294J，故D正確．7．答案：(1)2.5×105Pa(2)152N(3)見解析解析：(1)玻意耳定律p0l0S＝p(l0－l)S得壓強(qiáng)p＝2.5×105Pa.(2)對(duì)圓柱形氣缸受力分析p0S＋F＝pS＋μmg得F＝152N.(3)氣缸內(nèi)的空氣可以看成是志向氣體，環(huán)境溫度不變，其內(nèi)能保持不變，故壓縮氣體的過程，氣體釋放熱量，依據(jù)熱力學(xué)第確定律，因ΔU＝0，因此壓縮氣體所做的功W等于氣體對(duì)外釋放的熱量Q.8．答案：(1)病毒能被滅活(2)1.5×103J解析：(1)設(shè)活塞橫截面積為S，則對(duì)a氣體，初態(tài)V1＝Sh1，T1＝(t1＋273)K＝300K；末態(tài)V2＝Sh2，T2＝(t2＋273)K閥門K打開，加熱過程a氣體做等壓變更，由蓋-呂薩克定律得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)聯(lián)立解得t2＝57℃因57℃>56℃，所以a內(nèi)病毒能被滅活．(2)閥門K閉合，系統(tǒng)絕熱，a氣體膨脹對(duì)b氣體做功，由熱力學(xué)第確定律有ΔUa＝Q＋W代入數(shù)據(jù)解得W＝－1.5×103J對(duì)b氣體，由于系統(tǒng)絕熱，則Q′＝0，a氣體膨脹對(duì)b氣體做功，由熱力學(xué)第確定律得，ΔUb＝|W|＝1.5×103J．9．答案：(1)4×104Pa(2)600K(3)220J解析：(1)體積達(dá)到V2時(shí)，對(duì)活塞受力平衡pS＋mg＝p0S得p＝p0－eq\f(mg,S)＝4×104Pa(2)密閉氣體等壓變更，所以eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)得T2＝eq\f(V2,V1)T1＝600K(3)由熱力學(xué)第確定律W＋Q＝ΔE又W＝p(V2－V1)＝80J得ΔE＝Q－W＝220J10．答案：(1)927℃(2)內(nèi)能削減35kJ解析：(1)依據(jù)查理定律eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0整理得T2＝1200K，t2＝927℃(2)由熱力學(xué)第確定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ故內(nèi)能削減35kJ.11．答案：(1)T1＝450K(2)ΔU＝310J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)，活塞的受力分析圖如圖所示有p1S＝p0S＋mg則p1＝1.2×105Pa，V1＝(L1＋L2)S由志向氣體狀態(tài)方程得eq\f(p0L1S,T0)＝eq\f(p1（L1＋L2）S,T1)則T1＝450K(2)當(dāng)汽缸口向上，未加熱穩(wěn)定時(shí)，由玻意耳定律得p0L1S＝p1LS則L＝10cm加熱后，氣體做等壓變更，外界對(duì)氣體做功為W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)＝－60J依據(jù)熱力學(xué)第確定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝310J12．答案：(1)L2＝45c