山東省2012屆高中物理復(fù)習(xí) 第三章 熱力學(xué)定律與能量守恒課堂練習(xí) 新人教版選修3-3

1、選修3-3 第3章 熱力學(xué)定律與能量守恒【例1】(2010·江蘇高考)(1)為了將空氣裝入氣瓶?jī)?nèi)，現(xiàn)將一定質(zhì)量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體.下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強(qiáng)p和體積V關(guān)系的是_.(2)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了24 kJ的功.現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中，瓶中空氣的質(zhì)量保持不變，且放出了5 kJ的熱量.在上述兩個(gè)過程中，空氣的內(nèi)能共減小_kJ，空氣_(選填“吸收”或“放出”)的總熱量為_kJ.(3)已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空氣的摩爾質(zhì)量為0.029 kg/m

2、ol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023 mol-1.若潛水員呼吸一次吸入2 L的空氣，試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數(shù).(結(jié)果保留一位有效數(shù)字).【詳解】 (1)由玻意耳定律知pV=C,p與 成正比，選B.(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q，第一階段W1=24 kJ，U1=0,所以Q1=-24 kJ，故放熱；第二階段W2=0，Q2=-5 kJ，由熱力學(xué)第一定律知，U2=-5 kJ，故在上述兩個(gè)過程中，空氣的內(nèi)能共減少U=U1+U2=-5 kJ；兩過程共放出熱量Q=Q1+Q2=-29 kJ，故空氣放出的總熱量為29 kJ.(3)設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M，在海底和

3、岸上的密度分別為海和岸，一次吸入空氣的體積為V，則有代入數(shù)據(jù)得n=3×1022.【例2】如圖為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外.(1)下列說法正確的是 _A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？【詳解】(1)選B、C.熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)

4、能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C正確，D錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助.電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能，故B正確，A錯(cuò)誤.(2)由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱量，同時(shí)消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多.【例3】(2010·海南高考)如圖，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4 T0、壓強(qiáng)為1.2 p0的理想氣體，p0和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度.已知

5、：氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U=T,為正的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的.求：(1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時(shí)的體積V1;(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q.【詳解】(1)在氣體由p=1.2p0下降到p0的過程中，氣體體積不變，溫度由T=2.4 T0變?yōu)門1，由查理定律得在氣體溫度由T1變?yōu)門0的過程中，體積由V減小到V1，氣體壓強(qiáng)不變，由蓋呂薩克定律得解得 (2)在活塞下降過程中，活塞對(duì)氣體做的功為W=p0(V-V1)在這一過程中，氣體內(nèi)能的減少為U=(T1-T0)由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為Q=W+U,解得Q= p0V+T0 【鞏固練習(xí)】1.（2011&

6、#183;福建理綜·T28（2）一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5×104J，氣體對(duì)外界做功1.0×104J，則該理想氣體的_。（填選項(xiàng)前的字母）A.溫度降低，密度增大 B.溫度降低，密度減小C.溫度升高，密度增大 D.溫度升高，密度減小【答案】選D.【詳解】由熱力學(xué)第一定律，Q=2.5×104J，W=-1.0×104J可知大于零，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，A、B錯(cuò)；氣體對(duì)外做功，體積增大，密度減小，C錯(cuò)D對(duì).2.（2011·大綱版全國(guó)·T14）關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是（ ）A.氣體吸收的熱量可以完全

7、轉(zhuǎn)化為功B.氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減少C氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少【答案】 選AD【詳解】如果氣體等溫膨脹，則氣體的內(nèi)能不變，吸收熱量全部用來(lái)對(duì)外做功，正確；當(dāng)氣體體積增大時(shí)，對(duì)外做功，若同時(shí)吸收熱量，且吸收的熱量大于或等于對(duì)外做功的數(shù)值時(shí)，內(nèi)能不會(huì)增加，所以錯(cuò)誤；若氣體吸收熱量同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能也不一定增加，C錯(cuò)誤；若外界對(duì)氣體做功同時(shí)氣體向外放出熱量， 且放出的熱量多于外界對(duì)氣體所做的功，則氣體內(nèi)能減少，所以D正確3.（2011·江蘇物理·T12.A）如題12A-1圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕

8、桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是（ ）A轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金自身C轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量(2)如題12A-2圖所示，內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置。一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在氣缸內(nèi)，外界大氣壓強(qiáng)為P0?，F(xiàn)對(duì)氣缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2。則在此過程中，氣體分子平均動(dòng)能_(選填“增大”、“不變”或“減小”)，氣體內(nèi)能變化了_。(3)某

9、同學(xué)在進(jìn)行“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)前，查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)得知：油酸的摩爾質(zhì)量M=0.283kg·mol-1，密度=0.895×103kg·m-3.若100滴油酸的體積為1ml，則1滴油酸所能形成的單分子油膜的面積約是多少？(取NA=6.02×1023mol-1.球的體積V與直徑D的關(guān)系為，結(jié)果保留一位有效數(shù)字)【答案】(1)D(2)增大，（3）【詳解】（1）該永動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)入水中，吸收熱量而伸展劃水，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，離開水面后向空氣中放熱，葉片形狀迅速恢復(fù)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)的能量來(lái)自熱水，由于不斷向空氣釋放熱量，所以水溫逐漸降低，ABC錯(cuò)，D對(duì)。（2）氣體做等壓變

10、化，體積變大，溫度升高，平均動(dòng)能增大，內(nèi)能的變化為（3）一個(gè)油酸分子的體積 分子直徑為D=最大面積帶入數(shù)據(jù)得：S=4（2010·重慶·1）給旱區(qū)送水的消防車停于水平面，在緩緩放水的過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體（ ） A從外界吸熱 B.對(duì)外界做負(fù)功 B.分子平均動(dòng)能減少 D.內(nèi)能增加【答案】 A【解析】胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個(gè)溫度不變，壓強(qiáng)減小，體積增大的過程。溫度不變，分子平均動(dòng)能和內(nèi)能不變。體積增大氣體對(duì)外界做正功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定從外界吸熱。A正確【考點(diǎn)模擬演練】1關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A在一定條件下物體的溫度可以降

11、到0 KB物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D壓縮氣體總能使氣體的溫度升高【答案】B【詳解】根據(jù)熱力學(xué)第三定律的絕對(duì)零度不可能達(dá)到可知A錯(cuò)誤；物體從外界吸收熱量、對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知內(nèi)能可能增加、減小和不變，C錯(cuò)誤；壓縮氣體，外界對(duì)氣體做正功，可能向外界放熱，內(nèi)能可能減少、溫度降低，D錯(cuò)誤；物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功而引起其他變化是可能的，B正確2下面說法正確的是()A如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加B我們可以制造一種熱機(jī)，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用而不引起其他變化C假設(shè)兩個(gè)液體分子從緊靠在一起開始相

12、互遠(yuǎn)離，直到無(wú)窮遠(yuǎn)處，在這一過程中分子力先做正功后做負(fù)功D空調(diào)制冷，雖然是人為的使熱量由低溫處傳到高溫處，但這不違背熱力學(xué)第二定律【答案】CD【詳解】根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體吸收熱量但同時(shí)對(duì)外做功時(shí)，物體內(nèi)能有可能減少，A錯(cuò)；B選項(xiàng)中描述的現(xiàn)象要實(shí)現(xiàn)必須引起其他變化否則就違背了熱力學(xué)第二定律，B錯(cuò)；開始分子力表現(xiàn)為斥力，越過r0位置后分子力表現(xiàn)為引力，所以分子力先做正功后做負(fù)功，C選項(xiàng)正確；雖然熱量由低溫處向高溫處傳遞，但這引起了其他變化，就是消耗了電能，所以D選項(xiàng)正確3.關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是( )A.在一定條件下物體的溫度可以降到0 KB.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C

13、.吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加D.壓縮氣體總能使氣體的溫度升高【答案】選B.【詳解】由熱力學(xué)第三定律知，絕對(duì)零度不可能達(dá)到，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律知，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，但是將產(chǎn)生其他影響，B對(duì)；物體吸收了熱量，若全部用于對(duì)外做功，其內(nèi)能不變，C錯(cuò)；壓縮氣體，若氣體對(duì)外放熱，氣體的溫度不一定升高，D錯(cuò).4溫室效應(yīng)嚴(yán)重威脅著人類生態(tài)環(huán)境的安全，為了減少溫室效應(yīng)造成的負(fù)面影響，有的科學(xué)家受到了啤酒在較高壓強(qiáng)下能夠溶解大量的二氧化碳的啟發(fā)，設(shè)想了一個(gè)辦法：可以用壓縮機(jī)將二氧化碳送入深海底，永久貯存起來(lái)海底深處，壓強(qiáng)很大，溫度很低，海底深水肯定能夠溶解大量的二氧化碳，這樣就為溫

14、室氣體二氧化碳找到了一個(gè)永遠(yuǎn)的“家”，從而避免溫室效應(yīng)在將二氧化碳送入深海底的過程中，以下說法正確的是()A壓縮機(jī)對(duì)二氧化碳做功，能夠使其內(nèi)能增大B二氧化碳與海水間的熱傳遞能夠使其內(nèi)能減少C二氧化碳分子平均動(dòng)能會(huì)減少D每一個(gè)二氧化碳分子的動(dòng)能都會(huì)減少【答案】ABC【詳解】考查熱力學(xué)第一定律壓縮機(jī)壓縮氣體對(duì)氣體做功，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，A對(duì)；二氧化碳?jí)喝牒５讜r(shí)比海水溫度高，因此將熱量傳遞給海水而內(nèi)能減小，B是對(duì)的二氧化碳溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，但不是每個(gè)分子的動(dòng)能都減小，C正確，D錯(cuò)5用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，

15、這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律？熱水和冷水的溫度是否會(huì)發(fā)生變化？簡(jiǎn)述這一過程中能的轉(zhuǎn)化情況【答案】不違反熱水溫度降低，冷水溫度升高轉(zhuǎn)化效率低于100%【詳解】溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因?yàn)闊崴械膬?nèi)能減少，一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學(xué)第二定律6(2011·淮州月考)如圖所示，將完全相同的A、B兩球，分別浸沒在初始溫度相同的水和水銀的同一深度處，已知A、B兩球用同一種特殊的材料制成，當(dāng)溫度稍微升高時(shí)，球的體積會(huì)明顯地變大現(xiàn)讓兩種液體的溫度同時(shí)緩慢地升高到同一值，發(fā)現(xiàn)兩球膨脹后，體積相等。若忽略繩子、水和水銀由于溫度的變化而引起的體積膨脹，則以下判

16、斷正確的是()A因?yàn)橥簧疃忍幩膲簭?qiáng)較小，所以A球膨脹過程中對(duì)外做的功較多B因?yàn)橥粷舛忍幩y的壓強(qiáng)較大，所以B球膨脹過程中內(nèi)能增加較多C膨脹過程中，A球吸引的熱量較多D膨脹過程中，B球吸收的熱量較多【答案】D【詳解】本題考查的是熱力學(xué)第一定律的主要內(nèi)容A、B兩球所處的環(huán)境初末狀態(tài)一致，故兩球的體積增量和溫度增量均相同，所以內(nèi)能增量相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤但A球位于水中，B球位于水銀中，由于同一深度處水的壓強(qiáng)較小，故A球膨脹過程中對(duì)外做功較少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，由VWQ的關(guān)系可知，B球膨脹過程中對(duì)外做功較多，故B球膨脹過程中吸收熱量較多，選項(xiàng)D正確7某一密閉容器中密封著一定質(zhì)量的某種實(shí)際氣體，氣體分子間的

17、相互作用力表現(xiàn)為引力關(guān)于實(shí)際氣體的下列說法中正確的是()A在完全失重的情況下，密閉容器內(nèi)的氣體對(duì)器壁的頂部沒有作用力B若氣體膨脹對(duì)外界做功，則分子勢(shì)能一定增大C若氣體被壓縮，外界對(duì)氣體做功，則氣體內(nèi)能一定增加D若氣體從外界吸收的熱量等于膨脹對(duì)外界做的功，則氣體分子的動(dòng)能一定不變【答案】B【詳解】在完全失重的情況下，密閉容器內(nèi)的氣體仍然有壓強(qiáng)，氣體對(duì)器壁的頂部有作用力，所以A錯(cuò)誤；體積膨脹，分子間距離增大，分子力做負(fù)功，氣體的分子勢(shì)能增加，B正確；外界對(duì)氣體做功，但氣體有可能向外界放熱，所以內(nèi)能的變化情況不能確定，C錯(cuò)誤；氣體從外界吸收的熱量等于膨脹對(duì)外界做的功，所以內(nèi)能不變，但分子勢(shì)能增大了，

18、所以分子動(dòng)能一定減小，即D錯(cuò)誤8(2011·通州檢測(cè))把一定的熱量傳給一定量的氣體，則()A該氣體的內(nèi)能一定增加B該氣體的內(nèi)能有可能減小C該氣體的壓強(qiáng)一定不會(huì)減小D該氣體的體積一定不會(huì)減小【答案】B【詳解】氣體吸收一定的熱量，可能同時(shí)對(duì)外做功若氣體吸收的熱量小于氣體對(duì)外做的功，則內(nèi)能將減少，所以A錯(cuò)誤，B正確氣體吸收熱量，可能同時(shí)對(duì)外做功，則氣體體積將增大，氣體分子密集程度變小，所以氣體壓強(qiáng)可能減小，C、D均錯(cuò)誤9(1)蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等熱機(jī)以及電冰箱工作時(shí)都利用了氣體狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，我們把這些氣體稱為工質(zhì)某熱機(jī)經(jīng)過一個(gè)循環(huán)后，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰酫1，對(duì)外做功W，又對(duì)低溫?zé)嵩捶艧酫2，工質(zhì)完全恢復(fù)初始狀態(tài)，內(nèi)能沒有變化根據(jù)熱力學(xué)第一定律，在工質(zhì)的一個(gè)循環(huán)中，Q1、Q2、W三者之間滿足的關(guān)系是_熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，從能量轉(zhuǎn)換的角度，說明_能不能完全轉(zhuǎn)