第五模塊 第11章 第3單元 一、選擇題1(2020年重慶卷)密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)能)()A內(nèi)能增大，放出熱量B內(nèi)能減小，吸收熱量C內(nèi)能增大，對(duì)外界做功D內(nèi)能減小，外界對(duì)其做功解析：不計(jì)分子勢(shì)能時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣的內(nèi)能只與其溫度有關(guān)，溫度降低時(shí)其內(nèi)能減小塑料瓶變扁時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣體積減小，外界對(duì)其做功再由熱力學(xué)第一定律知此過程中瓶?jī)?nèi)空氣要放出熱量，故只有D正確答案：D圖62大約在1670年，英國賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)機(jī)”如圖6所示，在斜坡頂上放一塊強(qiáng)有力的磁鐵，斜坡上端有一個(gè)小孔，斜面下有一個(gè)連接小孔直至底端的彎曲軌道，維爾金斯認(rèn)為：如果在斜坡底端放一個(gè)小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到小孔P處時(shí)，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以對(duì)外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到小孔P處又掉下在以后的二百多年里，維爾金斯的永動(dòng)機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過多次，其中一次是在1878年，即在能量轉(zhuǎn)化和守恒定律確定20年后，竟在德國取得了專利權(quán)關(guān)于維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”，正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)該是()A符合理論規(guī)律，一定可以實(shí)現(xiàn)，只是實(shí)現(xiàn)時(shí)間早晚的問題B如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯 “永動(dòng)機(jī)”一定可以實(shí)現(xiàn)C如果忽略斜面的摩擦，鐵球質(zhì)量較小、磁鐵磁性又較強(qiáng)，則維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”可以實(shí)現(xiàn)D違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)解析：磁鐵吸引小球上升，要消耗磁鐵的磁場(chǎng)能，時(shí)間長了磁鐵的磁性就會(huì)逐步減弱，直至不能把小球吸引上去，該思想違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，圖7不可能實(shí)現(xiàn)答案：D3(2020年昆明模擬)如圖7所示，有一壓力鍋，鍋蓋上的排氣孔截面積約為7.0×106 m2，限壓閥重為0.7 N使用該壓力鍋煮水消毒，根據(jù)下列水的沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系的表格，分析可知壓力鍋內(nèi)的最高水溫約為(大氣壓強(qiáng)為1.01×105 Pa)()p(×105 Pa)1.011.431.541.631.731.821.912.012.122.21t()100110112114116118120122124126A.100 B112C122 D124解析：由表格數(shù)據(jù)知，氣壓越大，沸點(diǎn)越高，即鍋內(nèi)最高溫度越高對(duì)限壓閥分析受力，當(dāng)mgp0SpS時(shí)恰好要放氣，此時(shí)pp0p02.01×105 Pa達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)的最高溫度為122.答案：C二、填空題4(2020年廣東卷)(1)遠(yuǎn)古時(shí)代，取火是一件困難的事，火一般產(chǎn)生于雷擊或磷的自燃隨著人類文明的進(jìn)步，出現(xiàn)了“鉆木取火”等方法“鉆木取火”是通過_方式改變物體的內(nèi)能，把_轉(zhuǎn)變成內(nèi)能圖8(2)某同學(xué)做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，一小時(shí)后取出燒瓶，并迅速把一個(gè)氣球緊密地套在瓶頸上，然后將燒瓶放進(jìn)盛滿熱水的燒杯里，氣球逐漸膨脹起來，如圖8.這是因?yàn)闊坷锏臍怏w吸收了水的_，溫度_，體積_解析：(1)“鉆木”的過程是做功的過程，是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程；要想“取到火”，必須使溫度升高到木頭的燃點(diǎn)(2)燒瓶里的氣體吸收熱量后，由熱力學(xué)第一定律知，氣體的內(nèi)能增加，因而溫度升高，體積增大答案：(1)做功機(jī)械能(2)熱量升高增大5一定質(zhì)量的非理想氣體(分子間的作用力不可忽略)，從外界吸收了4.2×105 J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6×105 J的功，則：(1)氣體的內(nèi)能_(填“增加”或“減少”)，其變化量的大小為_ J.(2)氣體的分子勢(shì)能_(填“增加”或“減少”)(3)分子平均動(dòng)能如何變化？解析：(1)因氣體從外界吸收熱量，所以Q4.2×105 J，氣體對(duì)外做功6×105 J，則外界對(duì)氣體做功W6×105 J，由熱力學(xué)第一定律UWQ，得U6×105 J4.2×105 J1.8×105 J，所以物體內(nèi)能減少了1.8×105 J.(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體的分子勢(shì)能增加了(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少了，而分子勢(shì)能增加了，所以分子平均動(dòng)能必然減少了，且分子平均動(dòng)能的減少量一定大于分子勢(shì)能的增加量答案：(1)減少1.8×105 J(2)增加(3)見解析三、計(jì)算題6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9所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，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)化情況圖9解析：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%圖107一定質(zhì)量的理想氣體自狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)C變化到狀態(tài)B，這一過程在VT圖上表示，如圖10所示(AC平行于縱軸、CB平行于橫軸)請(qǐng)回答：(1)A、C、B三個(gè)狀態(tài)中壓強(qiáng)最大的是哪個(gè)狀態(tài)？(2)在過程AC中，外界對(duì)氣體做功還是氣體對(duì)外做功？?jī)?nèi)能如何變化？(3)在過程CB中，氣體放熱還是吸熱？解析：(1)連接OA、OC和OB，由于OB的斜率最小，所以B狀態(tài)的壓強(qiáng)最大(2)由圖可看出AC過程是等溫壓縮，體積變小，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能不變(3)CB過程為等容升溫，內(nèi)能增加，W0，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸熱答案：(1)B(2)外界對(duì)氣體做功內(nèi)能不變(3)吸熱圖118如圖11給活塞一作用力壓縮汽缸里的氣體，作用力對(duì)氣體做功為1000 J，同時(shí)汽缸向外散熱為210 J，汽缸里氣體的內(nèi)能改變了多少？解析：汽缸里的氣體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞，氣體的內(nèi)能變化情況是：(1)外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加(外界對(duì)氣體做多少功，氣體的內(nèi)能就增加多少)；(2)氣體向外界放多少熱量，氣體的內(nèi)能就減少多少由熱力學(xué)第一定律：UQW，式中W1000 J，Q210 J，故U1000 J(210) J790 J.答案：790 J9內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉壓強(qiáng)為1.0×105 Pa，體積為2.0×103 m3的理想氣體，現(xiàn)在活塞上緩慢倒上沙子，使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话?1)求汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)若封閉氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，在上述過程中外界對(duì)氣體做功145 J，封閉氣體吸收還是放出熱量？熱量是多少？解析：(1)封閉氣體做等溫變化，由玻意耳定律p1V1p2V2，得氣體的壓強(qiáng)p2 Pa2.0×105 Pa.(2)因?yàn)闅怏w做等溫變化，所以內(nèi)能不變，即U0根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，得熱量QW145 J說明封閉氣體放出熱量，熱量為145 J.答案：(1)2.0×105 Pa(2)放出熱量145 J圖1210如圖12所示，一圓柱形容器豎直放置，通過活塞封閉著攝氏溫度為t的理想氣體，活塞的質(zhì)量為，橫截面積為S，與容器底部相距h，現(xiàn)通過電熱絲給氣體加熱一段時(shí)間，結(jié)果使活塞又緩慢上升了h，若這段時(shí)間內(nèi)氣體吸收的熱量為Q，已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，不計(jì)器壁向外散失的熱量及活塞與器壁間的摩擦，求：(1)氣體的壓強(qiáng)；(2)這段時(shí)間內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了多少？(3)這段時(shí)間內(nèi)氣體的溫度升高了多少？解析：(1)pp0(2)氣體對(duì)外做功為WpSh(p0)Sh(p0Smg)h由熱力學(xué)第一定律得：UQWQ(p0Smg)h.(3)由蓋·呂薩克定律得：即解得：t2732tttt273t.答案：(1)p0(2)Q(p0Smg)h(3)273t11在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1 g水由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài)，其體積由1.043 cm2變?yōu)?676 cm3.已知水的汽化熱為2263.8 J/g.求：(1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W.(2)氣體吸收的熱量Q.(3)氣體增加的內(nèi)能U.解析：取1 g水為研究系統(tǒng)，大氣視作外界.1 g沸騰的水變成同溫度的汽需要吸收熱量，同時(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)外做功，所以有U<Q吸(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功：Wp(V2V1)1.013×105×(16761.043)×106 J169.7 J.(2)氣體吸熱QML1×2263.8 J2263.8 J.(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律UQW2263.8 J(169.7) J2094 J.答案：(1)169.7 J(2)2263.8 J(3)2094 J12(2020年山東卷)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C，其中AB過程為等壓變化，BC過程為等容變化已知VA0.3 m3，TATC300K，TB400 K.(1)求氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積(2)說明BC過程壓強(qiáng)變化的微觀原因(3)設(shè)AB過程氣體吸收熱量為Q1，BC過程氣體放出熱量為Q2，比較Q1、Q2的大小并說明原因解析：(1)設(shè)氣體在B狀態(tài)時(shí)的體積為VB，由蓋呂薩克定律得代入數(shù)據(jù)得VB0.4 m3(2)微觀原因：氣體體積不變，分子密集程度不變，溫度變化(降低)，氣體分子平均動(dòng)能變化(減小)，導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)變化(減小)(3)Q1大于Q2；因?yàn)門ATC，故AB增加的內(nèi)能與BC減少的內(nèi)能相同，而AB過程氣體對(duì)外做正功，BC過程氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2.答案：(1)0.4 m3(2)氣體體積不變，分子密集程度不變，溫度變化(降低)，氣體分子平均動(dòng)能變化(減小)，導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)變化(減小)(3)Q1大于Q2，因?yàn)門ATC，故AB增加的內(nèi)能與BC減少的內(nèi)能相同，而AB過程氣體對(duì)外做正功，BC過程氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2.