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1、
第十章 第3節(jié)
基礎(chǔ)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(dāng)量
C.違背了熱力學(xué)第一定律
D.找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案
解析:第一類永動機違背了熱力學(xué)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(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設(shè)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(shè)外界環(huán)境溫度一定,空氣可看作理想氣體)。
(1)當(dāng)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(shè)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(xué)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(xué)2016年高二下學(xué)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(shè)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(xué)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(dǎo)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(xué)第一定律可知,氣體吸收熱量。內(nèi)能不變。A正確。
3.導(dǎo)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(xué)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(dāng)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?、?×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(dāng)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(shè)當(dāng)?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(xué)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(xué)期期末)某同學(xué)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(dǎo)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(xué)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