2020版高三物理一輪復(fù)習(xí) 熱力學(xué)定律 氣體 1.對(duì)一定量的氣體,下列說(shuō)法正確的是( ) A.氣體的體積是所有氣體分子的體積之和 B.氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,氣體溫度就越高 C.氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的 D.當(dāng)氣體膨脹時(shí),氣體分子之間的勢(shì)能減小,因而氣體的內(nèi)能減少 解析:氣體的體積指氣體分子能到達(dá)的空間,氣體的體積遠(yuǎn)大于氣體分子的體積之和,故A錯(cuò);溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度越高,分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)又叫熱運(yùn)動(dòng),故B正確;大量分子對(duì)器壁的碰撞是形成氣體壓強(qiáng)的原因,故C正確;氣體膨脹時(shí),考慮分子間的作用力是引力且減小,所以分子勢(shì)能是增大的,而且內(nèi)能的變化還與溫度有關(guān),故D錯(cuò). 答案:BC 2.地面附近有一正在上升的空氣團(tuán),它與外界的熱交換忽略不計(jì).已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低,則該氣團(tuán)在此上升過(guò)程中(不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能)( ) A.體積減小,溫度降低 B.體積減小,溫度不變 C.體積增大,溫度降低 D.體積增大,溫度不變 解析:由于大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低,則該氣團(tuán)上升過(guò)程中氣體要膨脹對(duì)外做功;又因氣團(tuán)與外界沒(méi)有熱交換(屬絕熱膨脹),所以氣團(tuán)的體積增大,內(nèi)能減小(不計(jì)分子勢(shì)能)溫度降低.故C正確,A?B?D錯(cuò)誤. 答案:C 3.下列說(shuō)法正確的是( ) A.物體吸收熱量,其溫度一定升高 B.熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞 C.遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過(guò)程一定能實(shí)現(xiàn) D.做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式 解析:物體吸收熱量,如果對(duì)外做功,溫度可能降低,故A錯(cuò);熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞,但要引起其他變化,故B錯(cuò);根據(jù)熱力學(xué)第二定律,凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性,故C錯(cuò);改變內(nèi)能的方式有做功與熱傳遞,兩者效果相同,但本質(zhì)不同,故D正確. 答案:D 4.如圖所示,一絕熱的內(nèi)壁光滑的厚壁容器內(nèi)裝有一個(gè)大氣壓的空氣,它的一端通過(guò)膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根打氣針;另一端有一可移動(dòng)的膠塞(用卡子卡住).用打氣筒慢慢向容器內(nèi)打氣,當(dāng)容器內(nèi)空氣的壓強(qiáng)增大到一定程度時(shí)停止打氣,讀出靈敏溫度計(jì)的示數(shù),則下列說(shuō)法中可能正確的是( ) A.打開卡子,膠塞向右移動(dòng),氣體壓強(qiáng)減小,溫度計(jì)示數(shù)不變 B.打開卡子,膠塞向右移動(dòng),氣體壓強(qiáng)不變,溫度計(jì)示數(shù)減小 C.打開卡子,膠塞向右移動(dòng),氣體壓強(qiáng)減小,溫度計(jì)示數(shù)減小 D.打開卡子,膠塞向右移動(dòng),氣體壓強(qiáng)不變,溫度計(jì)示數(shù)增大 解析:打氣后,容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于外界大氣壓強(qiáng),打開卡子后,膠塞向右移動(dòng),移動(dòng)過(guò)程容器內(nèi)壓強(qiáng)減小,直到與外界大氣壓強(qiáng)相等為止,因?yàn)榻^熱,沒(méi)有熱傳遞.氣體對(duì)外做功,內(nèi)能減少,因此溫度下降. 答案:C 5.如圖所示,一帶活塞的汽缸內(nèi)盛有氣體,缸外為恒溫環(huán)境,汽缸是導(dǎo)熱的.現(xiàn)將活塞向外移動(dòng)一段距離,在此過(guò)程中氣體吸熱,對(duì)外做功,此功用W1表示.然后設(shè)法將汽缸及活塞絕熱,推動(dòng)活塞壓縮氣體,此過(guò)程中外界對(duì)氣體做功用W2表示,則( ) A.有可能使氣體回到原來(lái)狀態(tài),且W1<W2 B.有可能使氣體回到原來(lái)狀態(tài),且W1=W2 C.有可能使 氣體回到原來(lái)狀態(tài),且W1>W2 D.上面A?B?C三種說(shuō)法都不可能實(shí)現(xiàn) 解析:由于汽缸及活塞絕熱,所以外界對(duì)于氣體做功,氣體內(nèi)能必然增大,溫度升高,即不可能回到原來(lái)狀態(tài).D正確. 答案:D 6.如圖所示,質(zhì)量不計(jì)的活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在上端開口的直立圓筒形氣缸中,活塞上堆放細(xì)砂,活塞處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)在對(duì)氣體緩慢加熱,同時(shí)不斷取走細(xì)砂,使活塞緩慢上升,直到細(xì)砂全部取走,則在此過(guò)程中( ) A.氣體壓強(qiáng)增大,內(nèi)能可能不變 B.氣體溫度可能不變,氣體對(duì)外做功 C.氣體的體積增大,壓強(qiáng)減小,對(duì)外不做功 D.氣體對(duì)外做功,內(nèi)能一定增加 解析:對(duì)氣體緩慢加熱,使活塞緩慢上升過(guò)程中,由于不斷取走細(xì)砂,氣體壓強(qiáng)減小,氣體對(duì)外做功,氣體吸收熱量.若吸收熱量大于氣體對(duì)外做功則內(nèi)能增加,氣體溫度升高,若吸收熱量小于氣體對(duì)外做功則內(nèi)能減小,氣體溫度降低.B正確. 答案:B 7.如圖所示,一氣缸豎直倒放,氣缸內(nèi)有一質(zhì)量不可忽略的活塞,將一定質(zhì)量的理想氣體封在氣缸內(nèi),活塞與氣缸壁無(wú)摩擦,氣體處于平衡狀態(tài),現(xiàn)保持溫度不變把氣缸稍微傾斜一點(diǎn),在達(dá)到平衡后與原來(lái)相比,則( ) A.氣體的壓強(qiáng)變大 B.氣體的壓強(qiáng)變小 C.氣體的體積變大 D.氣體的體積變小 解析:以活塞為研究對(duì)象,設(shè)其質(zhì)量為M,橫截面積為S.達(dá)到平衡時(shí),活塞受力平衡,當(dāng)氣缸豎直倒放時(shí),缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)p1可由下式求得:p1S+Mg=p0S.式中p0為外界大氣壓強(qiáng),由此可得p1=p0-Mg/S;同理可知,當(dāng)氣缸傾斜一點(diǎn),缸壁與水平方向夾角為θ時(shí),缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)p2可由下式求得:p2S+Mgsinθ=p0S,由此可得p2=p0-Mgsinθ/S,必有p1<p2.根據(jù)氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系可知,氣缸稍微傾斜一點(diǎn)后,由于缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大,所以缸內(nèi)氣體體積變小.正確選項(xiàng)為A?D. 答案:AD 8.如圖所示,柱形容器內(nèi)封有一定質(zhì)量的空氣,光滑活塞C(質(zhì)量為m)與容器用良好的隔熱材料制成的.另有質(zhì)量為M的物體從活塞上方的A點(diǎn)自由 下落到活塞上,并隨活塞一起到達(dá)最低點(diǎn)B而靜止.在這一過(guò)程中,空氣內(nèi)能的改變量ΔU?外界對(duì)空氣所做的功W與物體及活塞的重力勢(shì)能的變化關(guān)系是( ) A.Mgh+mgΔh=ΔU+W B.ΔU=W,W=Mgh+mgΔh C.ΔU=W,W<Mgh+mgΔh D.ΔU≠W,W=Mgh+mgΔh 解析:因活塞和容器用良好的隔熱材料制成,容器內(nèi)的空氣與外界無(wú)熱交換,Q=0,所以ΔU=W;但由于物體和活塞做完全非彈性碰撞 (即碰后不分開)時(shí)損失一部分機(jī)械能,因此有:W<Mgh+mgΔh,故本題選C.這里,雖然W<Mgh+mgΔh,但仍遵守能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,只不過(guò)減少的機(jī)械能不是全部轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能,而是有一部分在碰撞時(shí)轉(zhuǎn)化為活塞和物體的內(nèi)能了,能的總量并未減少. 答案:C 9.(1)注意觀察的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn),用來(lái)制冷的空調(diào)室內(nèi)機(jī)通常持在高處,而用來(lái)取暖的暖氣片卻裝在較低處,這是由于利用熱空氣密度較小而冷空氣密度較大來(lái)形成對(duì)流的緣故.請(qǐng)你解釋,為什么熱空氣密度小而冷空氣密度大? (2)將一氫氣球放飛,隨著氣球高度的不斷增大,若高空氣壓不斷降低,氣球的體積也不斷增大,而溫度基本不變,請(qǐng)問(wèn)在此過(guò)程中其能量是怎樣轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的? 解析:(1)根據(jù)蓋·呂薩克定律可知,對(duì)于質(zhì)量一定的氣體,在壓強(qiáng)一定的情況下,溫度越高,體積越大,故密度越小. (2)氣體要不斷從外界吸熱,將吸取的能量用來(lái)不斷對(duì)外做功. 10.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再?gòu)臓顟B(tài)B變化到狀態(tài)C.已知狀態(tài)A的溫度為480 K.求: (1)氣體在狀態(tài)C時(shí)的溫度; (2)試分析從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的整個(gè)過(guò)程中,氣體是從外界吸收熱量還是放出熱量. 解析:(1)A?C兩狀態(tài)體積相等,則有① 得TC=TA= K=160 K.② (2)由理想氣體狀態(tài)方程得③ 得TB=TA=K=480 K④ 由此可知A?B兩狀態(tài)溫度相同,故A?B兩狀態(tài)內(nèi)能相等. 答案:(1)160 K (2)既不能吸收也不放出 11.如圖所示,在豎直放置圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分氣體,活塞與容器壁間能無(wú)摩擦滑動(dòng),容器的橫截面積為S,開始時(shí)氣體的溫度為T0,活塞與容器底的距離為h0.現(xiàn)將整個(gè)裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中,當(dāng)氣體從外界吸收熱量Q后,活塞緩慢上升d后再次平衡,問(wèn): (1)外界空氣的溫度是多少? (2)在此過(guò)程中密閉氣體的內(nèi)能增加了多少? 解析:(1)取密閉氣體為研究對(duì)象,活塞上升過(guò)程中等壓變化,由蓋·呂薩克定律≈ 得外界溫度T0=T0. (2)取活塞為研究對(duì)象,設(shè)活塞對(duì)密閉氣體做功為W,由動(dòng)能定理得-W-mgd-p0Sd=0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律W+Q=ΔU 聯(lián)立上面兩式得密閉氣體增加的內(nèi)能ΔU=Q-mgd-p0Sd. 答案:(1) T0 (2)Q-mgd-p0Sd 12.物理學(xué)家帕平發(fā)明了高壓鍋,高壓鍋與普通鍋不同,鍋蓋通過(guò)幾個(gè)牙齒似的鍋齒與鍋體鑲嵌旋緊,加上鍋蓋與鍋體之間有橡皮制的密封圈,所以鍋蓋與鍋體之間不會(huì)漏氣,在鍋蓋中間有一排氣孔,上面再套上類似砝碼的限壓閥,將排氣孔堵住.當(dāng)加熱高壓鍋,鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)增加到一定程度時(shí),氣體就把限壓閥頂起來(lái),這時(shí)蒸氣就從排氣孔向外排出.由于高壓鍋內(nèi)的壓強(qiáng)大,溫度高,食物容易煮爛.若已知排氣孔的直徑為0.3 cm,外界大氣壓為1.0×105 Pa,溫度為20 ℃,要使高壓鍋內(nèi)的溫度達(dá)到120 ℃,則限壓閥的質(zhì)量應(yīng)為多少?(g取10 m/s2) 解析:選鍋內(nèi)氣體為研究對(duì)象,則 初狀態(tài):T1=293 K,p1=1.0×105 Pa 末狀態(tài):T2=393 K 由查理定律得 p2=Pa=1.34×105 Pa 對(duì)限壓閥受力分析可得 mg=p2S-p1S=(p2-p1)S=(p2-p1)π· =(1.34×105-1.0×105)×3.14×N=0.24 N 所以m=0.024 kg. 答案:0.024 kg