新教材同步系列2024春高中物理第三章熱力學(xué)定律專練2分子動(dòng)理論的運(yùn)用新人教版選擇性必修第三冊(cè)

專練二熱力學(xué)定律與志向氣體1．在一個(gè)密閉容器內(nèi)有一滴15℃的水，過(guò)一段時(shí)間后，水滴蒸發(fā)變成了水蒸氣，溫度還是15℃，下列說(shuō)法正確的是()A．分子勢(shì)能減小 B．分子平均動(dòng)能減小C．內(nèi)能確定增加 D．分子的速率都減小【答案】C【解析】它的內(nèi)能增加，由于水滴蒸發(fā)變成水蒸氣的過(guò)程，須要吸取熱量，由熱力學(xué)第確定律有ΔU＝W＋Q，在密閉容器內(nèi)不考慮外界做功，W＝0，Q＞0，故它的內(nèi)能增加了，C正確；水蒸氣的分子勢(shì)能大于水的分子勢(shì)能，溫度一樣，分子平均動(dòng)能不變，分子的速率不行能都減小，內(nèi)能是全部分子勢(shì)能和分子動(dòng)能的總和，故分子勢(shì)能增大，A、B、D錯(cuò)誤．2．山地自行車前輪有氣壓式減震裝置來(lái)抗拒顛簸，其原理如圖所示．當(dāng)路面不平常，在汽缸內(nèi)封閉氣體的作用下，活塞上下振動(dòng)，起到減緩振動(dòng)的目的．當(dāng)活塞快速下壓過(guò)程中()A．汽缸內(nèi)的氣體分子的平均動(dòng)能不變B．汽缸內(nèi)全部分子的速率增大C．汽缸內(nèi)的氣體壓強(qiáng)可能不變D．單位時(shí)間內(nèi)撞到汽缸內(nèi)壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多【答案】D【解析】當(dāng)活塞快速下壓時(shí)，活塞對(duì)氣體做功，氣體來(lái)不及散熱，則由熱力學(xué)第確定律可知，氣體內(nèi)能增加，溫度上升，汽缸內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能增大，A錯(cuò)誤；汽缸內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能增大，則分子的平均速率增大，不是汽缸內(nèi)全部分子的速率增大，B錯(cuò)誤；當(dāng)活塞快速下壓時(shí)，汽缸內(nèi)氣體的體積減小，由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，氣體壓強(qiáng)增大，則單位時(shí)間內(nèi)撞到汽缸內(nèi)壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多，C錯(cuò)誤，D正確．3．(2024年廣州階段檢測(cè))如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有志向氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空．現(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸．待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積．假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C．氣體在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界不做功D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功【答案】D【解析】抽開(kāi)隔板時(shí)，由于右方是真空，氣體向右自由擴(kuò)散，氣體沒(méi)有對(duì)外做功，又沒(méi)有熱傳遞，則依據(jù)ΔU＝Q＋W可知，氣體的內(nèi)能不變，A、C正確；氣體被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，又沒(méi)有熱傳遞，依據(jù)ΔU＝Q＋W可知，氣體內(nèi)能增大，B正確，D錯(cuò)誤．4．(多選)確定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)M到狀態(tài)N，其p－T過(guò)程為圖中M到N的直線，如圖所示，在此過(guò)程中()A．氣體始終對(duì)外界做正功 B．氣體的體積始終在減小C．氣體的內(nèi)能始終在減小 D．氣體始終對(duì)外界放熱【答案】BCD【解析】由題中圖像可知，氣體從M到N的過(guò)程中，壓強(qiáng)p越來(lái)越大，溫度T越來(lái)越小，確定質(zhì)量的志向氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度減小，內(nèi)能就減小，C正確；連接ON、OM，p－T圖像某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率為體積的倒數(shù)，從M到N，斜率變大，氣體的體積越來(lái)越小，氣體體積減小，氣體對(duì)外界做負(fù)功，A錯(cuò)誤，B正確；依據(jù)熱力學(xué)第確定律ΔU＝W＋Q，內(nèi)能減小，ΔU為負(fù)值，體積減小，W為正值，則Q為負(fù)值，氣體放熱，D正確．5．如圖所示為確定質(zhì)量的志向氣體狀態(tài)變更的V－T圖像．已知在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)為p0，則()A．狀態(tài)C時(shí)的壓強(qiáng)為2p0B．B→C過(guò)程中氣體從外界吸熱C．A→B過(guò)程中外界對(duì)氣體做功p0V0D．A→B過(guò)程中單個(gè)分子對(duì)容器壁的平均撞擊力不變【答案】D【解析】從A到B溫度不變，有pB＝eq\f(VA,VB)pA＝2p0，從B到C體積不變，則狀態(tài)C時(shí)的壓強(qiáng)為pC＝eq\f(TC,TB)pB＝eq\f(pB,2)＝p0，A錯(cuò)誤；B→C過(guò)程氣體體積不變，則W＝0，溫度降低，內(nèi)能減小，即ΔU＜0，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可知Q＜0，即氣體向外界放熱，B錯(cuò)誤；A→B過(guò)程中體積減小，則外界對(duì)氣體做功，由于壓強(qiáng)變大，所以外界對(duì)氣體做功大于p0V0，C錯(cuò)誤；A→B過(guò)程中溫度不變，所以單個(gè)分子對(duì)容器壁的平均撞擊力不變，D正確．6．(多選)(2024年中山聯(lián)考)自熱鍋因其便于加熱和便利攜帶，越來(lái)越受到戶外驢友的歡迎．自熱鍋內(nèi)有一個(gè)發(fā)熱包，遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生大量熱能，不須要明火，溫度可超過(guò)100℃，能在15分鐘內(nèi)快速加熱食品．自熱鍋的蓋子上有一個(gè)透氣孔，假如透氣孔堵塞，簡(jiǎn)潔造成小型爆炸．對(duì)于這種現(xiàn)象下列說(shuō)法正確的是()A．自熱鍋爆炸前，鍋內(nèi)氣體溫度上升B．自熱鍋爆炸前，鍋內(nèi)氣體內(nèi)能增加C．自熱鍋爆炸時(shí)，鍋內(nèi)氣體溫度降低D．自熱鍋爆炸時(shí)，鍋內(nèi)氣體內(nèi)能增加【答案】ABC【解析】自熱鍋內(nèi)有一個(gè)發(fā)熱包，遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生大量熱量，可知自熱鍋爆炸前，鍋內(nèi)氣體溫度上升，鍋內(nèi)氣體內(nèi)能增加，A、B正確；自熱鍋爆炸時(shí)，由于時(shí)間極短，鍋內(nèi)氣體對(duì)外做功，且來(lái)不及與外界發(fā)生熱傳遞，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可知，鍋內(nèi)氣體內(nèi)能減小，鍋內(nèi)氣體溫度降低，C正確，D錯(cuò)誤．7．(2024年重慶卷)2024年5月15日，我國(guó)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(cè)世界紀(jì)錄．若在浮空艇某段上升過(guò)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【答案】C【解析】由于浮空艇上升過(guò)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，C正確．8．如圖，確定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變更到狀態(tài)c，已知?dú)怏w從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b的過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W1，同時(shí)向外界放出熱量Q1；從狀態(tài)b變更到狀態(tài)c過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W2，與外界的熱交換量為Q2，下列說(shuō)法正確的是()A．氣體在狀態(tài)a、狀態(tài)b、狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能相等B．W2＝3W1C．Q1＋Q2＝2p0V0D．W1＋W2＝Q1＋Q2【答案】D【解析】在p－V圖像中，依據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變更到狀態(tài)c的過(guò)程中，溫度先增大后減小，即Ta＝Tc＜Tb，故氣體在狀態(tài)a與狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能相等，都小于狀態(tài)b的內(nèi)能，A錯(cuò)誤；在p－V圖像中，圖像與橫軸所圍面積表示外界對(duì)氣體做的功，則W1＝eq\f(1,2)×(p0＋2p0)×V0＝eq\f(3p0V0,2)，W2＝eq\f(1,2)×(2p0＋3p0)×V0＝eq\f(5p0V0,2)，故W2＝eq\f(5,3)W1，B錯(cuò)誤；確定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變更到狀態(tài)c，內(nèi)能的變更量為0，即與外界交換的熱量與外界對(duì)氣體所做的功大小相等，即Q1＋Q2＝W1＋W2＝eq\f(3p0V0,2)＋eq\f(5p0V0,2)＝4p0V0，C錯(cuò)誤；從a到b，溫度上升，內(nèi)能增大，外界對(duì)氣體做功，氣體向外界放出熱量Q1，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可得ΔU＝－Q1＋W1，從b到c，溫度降低，內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體做功，則氣體向外界放出熱量，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可得－ΔU＝W2－Q2，則有W1＋W2＝Q1＋Q2，D正確．9．(多選)如圖所示，在做托里拆利試驗(yàn)時(shí)，玻璃管內(nèi)有些殘留的空氣，此時(shí)玻璃管豎直放置．假如把玻璃管緩慢豎直向上提起一段距離，玻璃管下端仍浸在水銀中，在這過(guò)程中，大氣的壓強(qiáng)、溫度均保持不變，則管內(nèi)的空氣(視為志向氣體)()A．體積增大 B．壓強(qiáng)減小C．放出熱量 D．內(nèi)能增大【答案】AB【解析】在試驗(yàn)中，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)加上封閉空氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于外界大氣壓．假如將玻璃管向上提，則管內(nèi)水銀柱上方空氣的體積增大，因?yàn)闇囟缺３植蛔?，依?jù)eq\f(pV,T)＝C，所以壓強(qiáng)減小，A、B正確；溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，D錯(cuò)誤；體積變大，氣體對(duì)外做功，又氣體的內(nèi)能不變，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可知，氣體吸取熱量，C錯(cuò)誤．10．確定量的志向氣體從狀態(tài)a起先，閱歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖所示．下列推斷正確的是()A．過(guò)程ab中氣體的體積增大B．過(guò)程bc中氣體既不吸熱也不放熱C．過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱D．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同【答案】D【解析】由圖可知，ab過(guò)程，氣體壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，則氣體發(fā)生等容變更，氣體體積不變，A錯(cuò)誤；由圖可知，bc過(guò)程氣體發(fā)生等溫變更，由pV＝C知bc過(guò)程體積增大，對(duì)外做功，溫度不變，則氣體內(nèi)能保持不變，由熱力學(xué)第確定律知bc過(guò)程吸熱，B錯(cuò)誤；過(guò)程ca中溫度降低，體積減小，則內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放出的熱量，C錯(cuò)誤；b和c兩個(gè)狀態(tài)中，溫度相同，分子平均動(dòng)能相同，體積不同，分子密度不同，則容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同，D正確．11．如圖所示，汽缸內(nèi)用活塞封閉確定質(zhì)量的志向氣體，汽缸和活塞是絕熱的，汽缸固定不動(dòng)，一條細(xì)線左端連接在活塞上，另一端跨過(guò)定滑輪后吊著一個(gè)裝沙的小桶，起先時(shí)活塞靜止，某時(shí)刻起先小桶中的沙緩慢漏出，不計(jì)活塞與汽缸的摩擦，下列說(shuō)法正確的說(shuō)法是()A．汽缸內(nèi)的活塞向右運(yùn)動(dòng) B．汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能變小C．汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小 D．汽缸內(nèi)氣體的分子平均動(dòng)能變大【答案】D【解析】設(shè)汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p，以活塞為探討對(duì)象受力分析，依據(jù)平衡條件pS＋T＝p0S，細(xì)沙不斷流出時(shí)繩子拉力T變小，而p0不變，故p變大，氣體體積減小，則汽缸內(nèi)的活塞向左運(yùn)動(dòng)，氣體被壓縮，外界對(duì)氣體做功，由于汽缸和活塞是絕熱的，由熱力學(xué)第確定律可知?dú)怏w的內(nèi)能變大，溫度上升，則汽缸內(nèi)氣體的分子平均動(dòng)能變大，則A、B、C錯(cuò)誤，D正確．12．(多選)(2024年全國(guó)卷節(jié)選)對(duì)于確定量的志向氣體，經(jīng)過(guò)下列過(guò)程，其初始狀態(tài)的內(nèi)能與末狀態(tài)的內(nèi)能可能相等的是()A．等溫增壓后再等溫膨脹 B．等壓膨脹后再等溫壓縮C．等容減壓后再等壓膨脹 D．等容增壓后再等壓壓縮【答案】ACD【解析】對(duì)于確定質(zhì)量的志向氣體內(nèi)能由溫度確定，故等溫增壓和等溫膨脹過(guò)程溫度均保持不變，內(nèi)能不變，A正確；依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，等壓膨脹后氣體溫度上升，內(nèi)能增大，等溫壓縮溫度不變，內(nèi)能不變，故末狀態(tài)與初始狀態(tài)相比內(nèi)能增加，B錯(cuò)誤；依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程可知等容減壓過(guò)程溫度降低，內(nèi)能減?。坏葔号蛎涍^(guò)程溫度上升，末狀態(tài)的溫度有可能和初狀態(tài)的溫度相等，內(nèi)能相等，C正確；依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程可知等容增壓過(guò)程溫度上升；等壓壓縮過(guò)程溫度降低，末狀態(tài)的溫度有可能和初狀態(tài)的溫度相等，內(nèi)能相等，D正確．13．如圖所示是確定質(zhì)量的志向氣體的p－t圖線，當(dāng)氣體狀態(tài)發(fā)生沿圖線A到B的變更，下列說(shuō)法中正確的是()A．氣體確定吸取熱量 B．氣體體積不變C．氣體分子平均動(dòng)能削減 D．外界對(duì)氣體做功【答案】D【解析】因?yàn)門(mén)＝(t＋273)K，若將橫軸單位換算為K，則A與原點(diǎn)連線的斜率小于B與原點(diǎn)連線的斜率，依據(jù)eq\f(p,T)＝eq\f(C,V)，則A狀態(tài)的體積大于B狀態(tài)的體積，B錯(cuò)誤；沿圖線A到B，溫度上升，則氣體內(nèi)能增大，而體積減小，則外界對(duì)氣體做功，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可知，氣體可能吸取熱量也可能放出熱量，A錯(cuò)誤，D正確；確定質(zhì)量的志向氣體中，溫度是平均動(dòng)能的標(biāo)記，溫度上升，則氣體的分子平均動(dòng)能增大，C錯(cuò)誤．14．(多選)如圖所示，豎直放置、上端開(kāi)口的絕熱汽缸底部固定一電熱絲，質(zhì)量不計(jì)、面積為S的絕熱活塞位于汽缸內(nèi)，活塞與汽缸之間封閉確定質(zhì)量的某種志向氣體．活塞上放置一質(zhì)量為M的重物并保持平衡，此時(shí)汽缸內(nèi)志向氣體的溫度為T(mén)0，活塞距汽缸底部的高度為h．現(xiàn)用電熱絲緩慢給汽缸內(nèi)的志向氣體加熱，使活塞上升了eq\f(h,3)，封閉志向氣體的內(nèi)能增加了ΔU，已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g．下列說(shuō)法正確的是()A．活塞上升eq\f(h,3)時(shí)志向氣體的溫度為eq\f(4,3)T0B．志向氣體吸取的熱量為ΔUC．志向氣體吸取的熱量為ΔU＋eq\f(p0hS,3)D．志向氣體吸取的熱量為ΔU＋eq\f(p0hS,3)＋eq\f(Mgh,3)【答案】AD【解析】氣體發(fā)生等壓變更，則有eq\f(hS,T0)＝eq\f(\f(4,3)hS,T)，解得T＝eq\f(4,3)T0，故活塞上升eq\f(h,3)時(shí)志向氣體的溫度為eq\f(4,3)T0，A正確；活塞上升eq\f(h,3)過(guò)程，氣體的壓強(qiáng)為p＝p0＋eq\f(Mg,S)，此過(guò)程氣體克服外界做功為W＝pS·eq\f(h,3)，依據(jù)熱力學(xué)第確定律可得ΔU＝－W＋Q，解得Q＝ΔU＋eq\f(p0hS,3)＋eq\f(Mgh,3)，即此過(guò)程氣體吸熱ΔU＋eq\f(p0hS,3)＋eq\f(Mgh,3)，D正確，B、C錯(cuò)誤．15．如圖甲所示，一橫截面積S＝10cm2的活塞將確定質(zhì)量的志向氣體封閉在汽缸內(nèi)，不計(jì)活塞與汽缸間的摩擦．如圖乙所示是氣體從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B的V