人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：4 熱力學(xué)第二定律

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第2課時理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋考點(diǎn)一理想氣體及理想氣體狀態(tài)方程的理解1．(多選)關(guān)于理想氣體的性質(zhì)，下列說法正確的是()A．理想氣體是一種假想的物理模型，實際并不存在B．理想氣體的存在是一種人為規(guī)定，它是一種嚴(yán)格遵守氣體實驗定律的氣體C．一定質(zhì)量的理想氣體，平均動能增大，其溫度一定升高D．氦氣是液化溫度最低的氣體，任何情況下均可當(dāng)作理想氣體〖答案〗ABC2．對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列狀態(tài)變化中可能實現(xiàn)的是()A．使氣體體積增加而同時溫度降低B．使氣體溫度升高，體積不變、壓強(qiáng)減小C．使氣體溫度不變，而壓強(qiáng)、體積同時增大D．使氣體溫度升高，壓強(qiáng)減小，體積減小〖答案〗A〖解析〗由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C得，A項中若使壓強(qiáng)減小就有可能，故A項正確；體積不變，溫度與壓強(qiáng)應(yīng)同時變大或同時變小，故B項錯誤；溫度不變，壓強(qiáng)與體積成反比，故不能同時增大，故C項錯誤；溫度升高，壓強(qiáng)減小，體積不可能減小，故D項錯誤．考點(diǎn)二理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用3.如圖1所示為伽利略設(shè)計的一種測溫裝置示意圖，玻璃管的上端與導(dǎo)熱良好的玻璃泡連通，下端插入水中，玻璃泡中封閉有一定質(zhì)量的空氣．若玻璃管中水柱上升，則外界大氣的變化可能是()圖1A．溫度降低，壓強(qiáng)增大B．溫度升高，壓強(qiáng)不變C．溫度升高，壓強(qiáng)減小D．溫度不變，壓強(qiáng)減小〖答案〗A〖解析〗由題意可知，封閉空氣溫度與大氣溫度相同，封閉空氣體積隨水柱的上升而減小，將封閉空氣近似看作理想氣體，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，若溫度降低，體積減小，則壓強(qiáng)可能增大、不變或減小，A正確；若溫度升高，體積減小，則壓強(qiáng)一定增大，B、C錯誤；若溫度不變，體積減小，則壓強(qiáng)一定增大，D錯誤．4．一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷了如圖2所示的狀態(tài)變化過程，則此三個狀態(tài)的溫度之比是()圖2A．1∶3∶5 B．3∶6∶5C．3∶2∶1 D．5∶6∶3〖答案〗B〖解析〗由理想氣體狀態(tài)方程得：eq\f(pV,T)＝C(C為常量)，可見pV＝TC，即pV的乘積與溫度T成正比，故B項正確．5.(2020·上海市高二期末)如圖3所示為一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化時的p－T圖像，由圖像可知，此氣體的體積()圖3A．先不變后變大B．先不變后變小C．先變大后不變D．先變小后不變〖答案〗B〖解析〗根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可得：p＝eq\f(C,V)T，可知第一階段為等容變化，體積不變；第二階段為等溫變化，壓強(qiáng)變大，體積變小，所以氣體的體積先不變后變小，故B正確，A、C、D錯誤．考點(diǎn)三氣體實驗定律的微觀解釋6．(多選)一定質(zhì)量的理想氣體，體積變大的同時，溫度也升高了，那么下面判斷正確的是()A．氣體分子平均動能增大B．單位體積內(nèi)分子數(shù)目增多C．氣體的壓強(qiáng)一定保持不變D．氣體的壓強(qiáng)可能變大〖答案〗AD7．一定質(zhì)量的某種理想氣體的壓強(qiáng)為p，熱力學(xué)溫度為T，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)為n，則()A．p增大，n一定增大B．T減小，n一定增大C.eq\f(p,T)增大時，n一定增大D.eq\f(p,T)增大時，n一定減小〖答案〗C〖解析〗只有p或T變化，不能得出體積的變化情況，A、B錯誤；eq\f(p,T)增大時，V一定減小，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)一定增大，C正確，D錯誤．8.如圖4所示，一根豎直的彈簧支持著一倒立汽缸的活塞，使汽缸懸空而靜止．設(shè)活塞與缸壁間無摩擦，可以在缸內(nèi)自由移動，缸壁導(dǎo)熱性能良好，使缸內(nèi)氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同，則下列結(jié)論正確的是()圖4A．若外界大氣壓增大，則彈簧將壓縮一些B．若外界大氣壓增大，則汽缸的上底面距地面的高度將增大C．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小D．若氣溫升高，則汽缸的上底面距地面的高度將增大〖答案〗D〖解析〗以活塞和汽缸整體為研究對象可知，整體重力等于彈簧彈力，跟外界大氣壓無關(guān)，即彈簧壓縮量不變，A錯誤；因為彈力不變，故活塞距地面的高度不變，C錯誤；以汽缸為研究對象，若外界大氣壓增大，則汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，體積減小，所以汽缸的上底面距地面的高度將減小，B錯誤；若氣溫升高，汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變，故氣體的體積增大，所以汽缸的上底面距地面的高度將增大，D正確．9.一定質(zhì)量的理想氣體沿如圖5所示狀態(tài)變化，方向從狀態(tài)a到狀態(tài)b(ba延長線過坐標(biāo)原點(diǎn))，到狀態(tài)c再回到狀態(tài)a.氣體在三個狀態(tài)的體積分別為Va、Vb、Vc，則它們的關(guān)系正確的是()圖5A．Va＝Vb B．Va>VcC．Vb＝eq\f(109,200)Va D．Vc＝eq\f(327,50)Va〖答案〗C〖解析〗由題圖可知，pa＝p0，pb＝pc＝2p0，Ta＝300K，Tc＝600K，tb＝2ta＝54℃，Tb＝327K；由理想氣體狀態(tài)方程得Va＝eq\f(CTa,pa)＝300K·eq\f(C,p0)，Vc＝eq\f(CTc,pc)＝300K·eq\f(C,p0)，則Va＝Vc.由理想氣體狀態(tài)方程可知Vb＝eq\f(paVaTb,pbTa)＝eq\f(p0×327Va,2p0×300)＝eq\f(109,200)Va，故A、B、D錯誤，C正確．10．(2020·哈爾濱三中高二月考)如圖6所示，一定質(zhì)量的理想氣體用質(zhì)量為M的活塞封閉在容器中，活塞與容器間光滑接觸，在圖中三種穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度分別為T1、T2、T3，則T1、T2、T3的大小關(guān)系為()圖6A．T1＝T2＝T3 B．T1＜T2＜T3C．T1＞T2＞T3 D．T1＜T2＝T3〖答案〗B〖解析〗以活塞為研究對象，對T1、T2狀態(tài)下的氣體有：p1S＝Mg＋p0S，p0S＋Mg＝p2S，對T3狀態(tài)下的氣體有：p0S＋Mg＋mg＝p3S，可以得出：p1＝p2＜p3；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)＝eq\f(p3V3,T3)，因V1＜V2，p1＝p2，則T1＜T2，因V2＝V3，p2＜p3，則T2＜T3，即T1＜T2＜T3，B正確．11．(2019·全國卷Ⅱ)如圖7所示p－V圖，1、2、3三個點(diǎn)代表某容器中一定量理想氣體的三個不同狀態(tài)，對應(yīng)的溫度分別是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分別表示這三個狀態(tài)下氣體分子在單位時間內(nèi)撞擊容器壁上單位面積的平均次數(shù)，則N1________N2，T1________T3，N2________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)圖7〖答案〗大于等于大于〖解析〗對一定質(zhì)量的理想氣體，eq\f(pV,T)為定值，由p－V圖像可知，2p1·V1＝p1·2V1>p1·V1，所以T1＝T3>T2.狀態(tài)1與狀態(tài)2時氣體體積相同，單位體積內(nèi)分子數(shù)相同，但狀態(tài)1下的氣體分子平均動能更大，在單位時間內(nèi)撞擊器壁單位面積的平均次數(shù)更多，即N1>N2；狀態(tài)2與狀態(tài)3時氣體壓強(qiáng)相同，狀態(tài)3下的氣體分子平均動能更大，在單位時間內(nèi)撞擊器壁單位面積的平均次數(shù)較少，即N2>N3.12.如圖8所示，U形管左端封閉，右端開口，左管橫截面積為右管橫截面積的2倍，在左管內(nèi)用水銀封閉一段長為26cm、溫度為280K的空氣柱，左右兩管水銀面高度差為36cm，外界大氣壓為76cmHg.若給左管的封閉氣體加熱，使管內(nèi)空氣柱長度變?yōu)?0cm，(忽略溫度對水銀體積的影響)則此時左管內(nèi)氣體的溫度為多少？圖8〖答案〗420K〖解析〗以封閉氣體為研究對象，設(shè)左管橫截面積為S，當(dāng)左管封閉的空氣柱長度變?yōu)?0cm時，左管水銀柱下降4cm；右管水銀柱上升8cm，即兩端水銀柱高度差為：h′＝24cm，由題意得：V1＝L1S＝26S，p1＝p0－ph＝76cmHg－36cmHg＝40cmHg，T1＝280K，p2＝p0－ph′＝52cmHg，V2＝L2S＝30S.由理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，解得T2＝420K.13.(2020·章丘四中高二月考)如圖9所示，開口向上的汽缸C靜置于水平桌面上，用一橫截面積S＝50cm2的輕質(zhì)活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，一輕繩一端系在活塞上，另一端跨過兩個定滑輪連著一勁度系數(shù)k＝1400N/m的豎直輕彈簧A，A下端系有一質(zhì)量m＝14kg的物塊B.與活塞、彈簧相連的輕繩都豎直．開始時，缸內(nèi)氣體的溫度t＝27℃，活塞到缸底的距離L1＝120cm，彈簧恰好處于原長狀態(tài)．已知外界大氣壓強(qiáng)恒為p＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2，不計一切摩擦．現(xiàn)使缸內(nèi)氣體緩慢冷卻，求：圖9(1)當(dāng)B剛要離開桌面時汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度；(2)氣體的溫度冷卻到－93℃時B離桌面的高度H.〖答案〗(1)198K(2)10cm〖解析〗(1)B剛要離開桌面時彈簧