高中物理選修33專題練習(xí)熱力學(xué)定律附答案

1、專題十三 熱力學(xué)一、知識(shí)體系二、例題分析例1. 如上圖為兩分子系統(tǒng)的勢(shì)能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線.下列說(shuō)法正確的是 ( )A. 在r大于r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B. 當(dāng)r小于r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C. 當(dāng)r等于r2時(shí)，分子間的作用力為零D. 在r由r1變到r2的過(guò)程中，分子間的作用力做負(fù)功例2. 做布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，得到某個(gè)觀測(cè)記錄如圖.圖中記錄的是 ( )A.分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的情況B.某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡C.某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖線D.按等時(shí)間間隔依次記錄的某個(gè)運(yùn)動(dòng)微粒位置的連線例3. 1859年麥克斯韋從理論上推導(dǎo)出了氣體分子速率的分布規(guī)律，后來(lái)有許多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2、了這一規(guī)律.若以橫坐標(biāo)v表示分子速率，縱坐標(biāo)f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比.下面四幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是 ( )例4. 如圖所示，是一定質(zhì)量的氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C到狀態(tài)D的p-T圖像，已知?dú)怏w在狀態(tài)B時(shí)的體積是8 L，狀態(tài)A時(shí)的體積是4 L，狀態(tài)D時(shí)的體積為 L，求VC，并畫出此過(guò)程的V-T圖.例5. (2010·江蘇高考)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.下列圖像能正確表示該過(guò)程中空氣的壓強(qiáng)p和體積V關(guān)系的是 （ ）在將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中，溫度保持不變，外界做了24 kJ的功.現(xiàn)潛水員背著該

3、氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過(guò)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(guò)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.例6. 一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的P-V圖如圖所示，則關(guān)于分子的平均動(dòng)能，下列說(shuō)法正確的是 （ ）A.一直增大 B.一直減小C.先增大后減小D.先減小后增大例7. 如右上圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)B、C、D后回到A，請(qǐng)完成表格填空 .ABBCCDDA過(guò)程名等壓等壓壓強(qiáng)體積溫度做功吸放熱三、課后練習(xí)1. 假如全世界60億人同時(shí)數(shù)質(zhì)量為1 mg水的分子個(gè)數(shù)，每人每小時(shí)可以數(shù)5 000個(gè)，不間斷地?cái)?shù)，阿伏加德

4、羅常數(shù)NA取6×1023 mol-1，則完成任務(wù)所需時(shí)間最接近 ( )A.1年 B.100年 C.1萬(wàn)年 D.1百萬(wàn)年2. 下列現(xiàn)象中不能說(shuō)明分子間存在分子力的是 ( )A.兩鉛塊能被壓合在一起B(yǎng).鋼繩不易被拉斷C.水不容易被壓縮D.空氣容易被壓縮3. 分子間的相互作用力由引力與斥力共同產(chǎn)生，并隨著分子間距的變化而變化，則 ( )A.分子間引力隨分子間距的增大而增大B.分子間斥力隨分子間距的減小而增大C.分子間相互作用力隨分子間距的增大而增大D.分子間相互作用力隨分子間距的減小而增大4. 如圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如

5、圖中曲線所示.F>0表示斥力，F(xiàn)<0表示引力，A、B、C、D為x軸上四個(gè)特定的位置，現(xiàn)把乙分子從A處由靜止釋放，則下列選項(xiàng)中的圖分別表示乙分子的速度、加速度、勢(shì)能、動(dòng)能與兩分子間距離的關(guān)系，其中一定不正確的是（ ）5. 一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過(guò)程，其中bc的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)，cd垂直于ab且與水平軸平行，da與bc平行，則氣體體積在( )A. ab過(guò)程中不斷增加 B. bc過(guò)程中保持不變C. cd過(guò)程中不斷增加 D. da過(guò)程中保持不變6. 如圖所示，導(dǎo)熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸的內(nèi)壁光滑.現(xiàn)用水平

6、外力F作用于活塞桿，使活塞緩慢地向右移動(dòng)，由狀態(tài)變化到狀態(tài)，在此過(guò)程中如果環(huán)境保持恒溫，下列說(shuō)法正確的是 ( )A.每個(gè)氣體分子的速率都不變B.氣體分子平均動(dòng)能不變C.水平外力F逐漸變大D.氣體內(nèi)能減小7. 如圖所示,A、B兩點(diǎn)表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個(gè)狀態(tài),當(dāng)氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)( )A.體積必然變大B.有可能經(jīng)過(guò)體積減小的過(guò)程C.外界必然對(duì)氣體做功D.氣體必然從外界吸熱8. 給旱區(qū)送水的消防車停于水平面，在緩緩放水的過(guò)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C.分子平均動(dòng)能減少 D.內(nèi)能增加9. 在如圖所示汽缸中封閉

7、著一定質(zhì)量的理想氣體，一重物用細(xì)繩經(jīng)滑輪與缸中光滑的活塞相連接，重物和活塞均處于平衡狀態(tài)(不計(jì)繩與活塞重力).如果將缸內(nèi)氣體的攝氏溫度降低一半，則缸內(nèi)氣體的體積 ( )A.仍不變 B.為原來(lái)的一半C.小于原來(lái)的一半 D.大于原來(lái)的一半10. (2011·福建高考)一定量的理想氣體在某一過(guò)程中，從外界吸收熱量2.5×104 J，氣體對(duì)外界做功1.0×104 J，則該理想氣體的（ )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11. 對(duì)熱力學(xué)第二定律的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )A.熱量能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體B

8、.熱量不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷宏觀物理過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行D.氣體向真空膨脹的過(guò)程是有方向性的12. 如圖所示，A、B兩球完全相同，分別浸沒(méi)在水和水銀的同一深度處，A、B兩球是用同一種特殊的材料制作的，當(dāng)溫度稍微升高時(shí)，球的體積明顯地增大，如果水和水銀的初溫及緩慢升高后的末溫都相同，且兩球膨脹后體積也相同，兩球也不再上升，則( )A. A球吸收的熱量多B. B球吸收的熱量多C. A、B兩球吸收的熱量一樣多D. 不能確定吸收熱量的多少13. 如圖所示，質(zhì)量可忽略不計(jì)的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封在汽缸中，開始時(shí)活塞距汽缸底高度h1=0.40 m.現(xiàn)緩慢給氣體加熱，活塞

9、上升到距離汽缸底h2=0.60 m處，已知活塞面積S=5.0×10-3 m2,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105 Pa,不計(jì)活塞與汽缸之間的摩擦.給氣體加熱的過(guò)程中，氣體膨脹對(duì)外做功，同時(shí)吸收Q=420 J的熱量，則氣體增加的內(nèi)能U多大？ 14. 一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過(guò)程的p-V圖象如圖所示.已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 .則：該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中內(nèi)能的變化量是多大？該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中是吸熱，還是放熱？傳遞的熱量是多少？ 例1、分子勢(shì)能則是組成物質(zhì)的分子間由于有相互作用力而具有由它們的相對(duì)位置決定的勢(shì)能。分子

10、勢(shì)能的大小與分子間的距離有關(guān)，即與物體的體積有關(guān)。分子勢(shì)能的變化與分子間的距離發(fā)生變化時(shí)分子力做正功還是做負(fù)功有關(guān)。 1、當(dāng)分子間的距離rr0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為引力，隨著分子間距離的增大，分子力做負(fù)功，所以分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大； 2、當(dāng)分子間的距離rr0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，隨著分子間距離的減小，分子力做負(fù)功，所以分子勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大； 3、當(dāng)分子間的距離r=r0時(shí)，分子間作用力合力為零，此時(shí)分子勢(shì)能最?。?#160;4、若取無(wú)窮遠(yuǎn)處（即分子間距r10r0時(shí)，此時(shí)分子間作用力可忽略不計(jì)）分子勢(shì)能為零，則分子勢(shì)能Ep與分子間距r的關(guān)

11、系圖象如圖所示。· 分子力曲線與分子勢(shì)能曲線的對(duì)比：分子勢(shì)能與分子間距離有關(guān)。當(dāng)改變分子間距離時(shí)，分子力做功，分子勢(shì)能也隨之改變。當(dāng)分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能減??；當(dāng)分子力做負(fù)功時(shí)，分子勢(shì)能增大。結(jié)合分子勢(shì)能圖像，可以更清楚地理解。(1)當(dāng)r>r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子間的距離增大時(shí)，分子力做負(fù)功，因而分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大。 (2)當(dāng)r<r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，分子間的距離增大時(shí)，分子力做正功，因而分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而減小。 (3)當(dāng)r10r0(數(shù)量級(jí)為10一9m)時(shí)，分子間的作用力可以忽略。如果選取此時(shí)的分子勢(shì)

12、能為零，那么分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系可用下圖表示。注意，當(dāng)r=r0時(shí)，分子勢(shì)能最小。分子勢(shì)能最小并不等同于分子勢(shì)能為零。分子勢(shì)能有正負(fù)，這里的正負(fù)號(hào)表示大小，不表示方向。例2、A、布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而非分子的運(yùn)動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤B、布朗運(yùn)動(dòng)既然是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，所以微粒沒(méi)有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，故B項(xiàng)錯(cuò)誤C、對(duì)于某個(gè)微粒而言在不同時(shí)刻的速度大小和方向均是不確定的，所以無(wú)法確定其在某一個(gè)時(shí)刻的速度，故也就無(wú)法描繪其速度-時(shí)間圖線，故C項(xiàng)錯(cuò)誤D、任意兩點(diǎn)間的位置的連線，故D對(duì)故選D例3、D1、氣體分子間有很大的空隙。氣體分子之間的距離大約是分子直徑的10倍； 2、氣體分

13、子之間的作用力十分微弱。在處理某些問(wèn)題時(shí)，可以把氣體分子看作沒(méi)有相互作用的質(zhì)點(diǎn)； 3、氣體分子除了相互碰撞或者碰撞器壁外，不受力的作用，可以再空間自由移動(dòng)，因而氣體可以充滿它所能達(dá)到的空間。 4、氣體分子運(yùn)動(dòng)的速率很大，常溫下大多數(shù)氣體分子的速率都達(dá)到數(shù)百米每秒。離這個(gè)數(shù)值越遠(yuǎn)，分子數(shù)越少，表現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。 5、對(duì)大量氣體分子，由統(tǒng)計(jì)方法知，在任一時(shí)刻氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的數(shù)目是均等的。例5(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W 1 =&q

14、uot;24" kJ，U 1 =0,所以Q 1 ="-24" kJ，故放熱；第二階段W 2 =0，Q 2 ="-5" kJ，由熱力學(xué)第一定律知，U 2 ="-5" kJ，故在上述兩個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能共減少U=U 1 +U 2 ="-5" kJ；兩過(guò)程共放出熱量Q=Q 1 +Q 2 = -29 kJ，故空氣放出的總熱量

15、為29 kJ.14、解：（1）對(duì)于理想氣體AB：    BC：       （2）AC：由溫度相等得（3）AC的過(guò)程中是吸熱118NA181、水的摩爾質(zhì)量為18克/摩爾，故1克水為摩爾；故一克水的分子個(gè)數(shù)為：n=60億=6×109；60億人數(shù)，每人每小時(shí)數(shù)5000個(gè)，需要的時(shí)間是：t=6.02×1023186×109×50001.11×109小時(shí)11萬(wàn)年 故選：C4、PVT5、A、從P-T圖象知道ab過(guò)程中，溫度不變，壓強(qiáng)減小，根據(jù)氣體狀態(tài)方程=C，所以體積不斷增加