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1、2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí)備考演練 選修3-3 第3章 熱力學(xué)定律與能量守恒
1.二氧化碳是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要原因之一,人類在采取節(jié)能減排措施的同時(shí),也在研究控制溫室氣體的新方法,目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù)。在某次實(shí)驗(yàn)中,將一定質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w封閉在一可自由壓縮的導(dǎo)熱容器中,將容器緩慢移到海水某深處,氣體體積減為原來的一半,不計(jì)溫度變化,則此過程中 ( ).
A.封閉氣體對(duì)外界做正功
B.封閉氣體向外界傳遞熱量
C.封閉氣體分子的平均動(dòng)能增大
D.封閉氣體從外界吸收熱量
解析 因?yàn)闅怏w的溫度不變,所以氣體分子的平均動(dòng)能不變,C錯(cuò)誤;當(dāng)氣體體積減小時(shí),
2、外界對(duì)氣體做功,A錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第一定律可得,封閉氣體將向外界傳遞熱量,B正確.
答案 B
圖1-3-6
2.(2020·上海浦東二模)如圖1-3-6所示中汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體,汽缸壁是導(dǎo)熱的,缸外環(huán)境保持恒溫,活塞與汽缸壁的接觸是光滑的,但不漏氣.現(xiàn)將活塞桿與外界連接并使之緩慢地向右移動(dòng).這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對(duì)外做功.若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),則下列說法正確的是 ( ).
A.氣體是從單一熱源吸熱,全用來對(duì)外做功,因此此過程違反熱力學(xué)第二定律
B.氣體是從單一熱源吸熱,但并未全用來對(duì)外做功,所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律
C.氣體是從單一熱源吸熱,全用
3、來對(duì)外作功,但此過程不違反熱力學(xué)第二定律
D.A、B、C三種說法都不對(duì)
答案 C
3.如圖1-3-7所示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.下列說法正確的是( ).
圖1-3-7
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?
C.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律
D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第二定律
解析 由熱力學(xué)第二定律可知,熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體,除非有外界的影響
4、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)工作并消耗電能.
答案 B
圖1-3-8
4.我國神七航天員的漫步太空已變成現(xiàn)實(shí).神七航天漫步太空,此舉震撼世界,意義重大無比.其中,飛船在航天員出艙前先要“減壓”,在航天員從太空返回進(jìn)入航天器后要“升壓”,因此飛船將此設(shè)施專門做成了一個(gè)艙,叫“氣閘艙”,其原理圖如圖1-3-8所示,兩個(gè)相通的艙A、B間裝有閥門K,指令艙A中充滿氣體,氣閘艙B內(nèi)為真空,整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱交換.打開閥門K后,A中的氣體進(jìn)入B中,最終達(dá)到平衡,則( ).
A.氣體體積膨脹,對(duì)外做功
B.氣體分子勢(shì)能減少,內(nèi)能增加
C.體積變大,溫度降低
5、
D.B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中
解析 當(dāng)閥門K被打開時(shí),A中的氣體進(jìn)入B中,由于B中為真空,所以A中的氣體不會(huì)做功,則A選項(xiàng)是錯(cuò)誤的;又因?yàn)橄到y(tǒng)與外界無熱交換,所以氣體內(nèi)能不變,則氣體的溫度也不變,則選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第二定律知,真空中氣體膨脹具有方向性,在無外界作用時(shí),B中氣體不能自發(fā)地全部回到A中,故D正確.
答案 D
5.(2020·江西重點(diǎn)盟校二次聯(lián)考,33)(1)下列說法正確的是________.
A.由阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度,可以估算出該種氣體分子的大小
B.懸浮在液體中的固體微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯
C.分子間的引力隨分子間距離的增
6、大而增大,分子間的斥力隨分子間距離的增大而減小
D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體
圖1-3-9
(2)如圖1-3-9所示,汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體,活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡,已知活塞距缸口0.2 m,活塞面積10 cm2,大氣壓強(qiáng)1.0×105 Pa,物重50 N,活塞質(zhì)量及一切摩擦不計(jì),緩慢升高環(huán)境溫度,使活塞剛好升到缸口,封閉氣體吸收了60 J的熱量,則封閉氣體的壓強(qiáng)將________(選填“增加”、“減小”或“不變”),氣體內(nèi)能變化量為________J.
解析 (1)由于氣體分子間距離大,所以不能估算分子大小,A錯(cuò).布朗運(yùn)動(dòng)的顯
7、著程度與溫度和顆粒大小有關(guān),B正確.分子引力和斥力都是隨分子間距離的增大而減小的,則C錯(cuò).熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,故D錯(cuò).
(2)此時(shí)氣體壓強(qiáng)p=p0-恒定.
由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q=-pΔV+Q=50 J.
答案 (1)B (2)不變 50
6.(1)當(dāng)密閉在氣球內(nèi)的空氣(可視為理想氣體)溫度緩慢升高時(shí)________.
A.氣體分子的體積增大
B.氣體分子的動(dòng)能增大
C.氣體分子的平均動(dòng)能增大
D.單位體積內(nèi)分子數(shù)增多
(2)若只對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體做1 500 J的功,可使其溫度升高5 K.若改成只用熱傳遞的方式,使氣體溫度同樣升高5 K,那么氣體應(yīng)
8、吸收________ J的熱量.如果對(duì)該氣體做了2 000 J的功,使其溫度升高了5 K,表明在該過程中,氣體還________(選填“吸收”或“放出”)熱量________J.
答案 (1)C (2)1 500 放出 500
7.(1)第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)槠溥`反了________________,第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)槠溥`反了_____________________________________________________.
(2)在一個(gè)大氣壓下,水在沸騰時(shí),1 g水吸收2 263.8 J的熱量后由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài),其體積由1.043 cm3變成1 676 c
9、m3,求:
①1 g水所含的分子個(gè)數(shù);
②體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功;
③氣體的內(nèi)能變化.(大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105 Pa,水的摩爾質(zhì)量為M=18 g/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.0×1023 mol-1)
解析 (2)①1 g水所含的分子個(gè)數(shù)為n=×6×1023=3.3×1022(個(gè)).
②氣體體積膨脹時(shí)對(duì)外做的功為W=p0×ΔV=105×(1 676-1.043)×10-6 J=167.5 J.
③根據(jù)熱力學(xué)第一定律有:
ΔU=W+Q=(2 263.8-167.5) J=2 096.3 J.
答案 (1)能量守恒定律 熱力學(xué)第二定律
(2)①3.3×1022?、?
10、67.5 J ③增加 2 096.3 J
8.(1)下列說法正確的是 ( ).
A.布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
B.沒有摩擦的理想熱機(jī)可以把吸收的能量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C.知道某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量和密度可求出阿伏加德羅常數(shù)
D.內(nèi)能不同的物體,它們分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能可能相同
(2)一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中,外界對(duì)氣體做功1.7×105 J,氣體內(nèi)能減少1.3×105 J,則此過程中氣體________(填“吸收”或“放出”)的熱量是________ J.此后,保持氣體壓強(qiáng)不變,升高溫度,氣體對(duì)外界做了5.0×105 J的功,同時(shí)吸收了6.0×1
11、05 J的熱量,則此過程中,氣體內(nèi)能增加了________ J
解析 (1)布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的固體小顆粒的運(yùn)動(dòng),并不是指顆粒分子的運(yùn)動(dòng),所以A錯(cuò)誤.熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化,所以B錯(cuò)誤.知道摩爾質(zhì)量和密度可求摩爾體積,求不出阿伏加德羅常數(shù),所以C錯(cuò)誤.內(nèi)能不同的物體它們分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能可能相同,因?yàn)橹灰矬w的溫度相同,分子平均動(dòng)能就相同,所以D項(xiàng)正確.
(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律得:W=1.7×105 J,ΔU=-1.3×105 J,代入ΔU=W+Q可得,Q=-3.0×105 J,Q為負(fù)值,說明氣體要放出熱量,放出的熱量為3.0×105 J;同理W=-5×105
12、J,Q=6×105 J,ΔU=W+Q=1.0×105 J,即內(nèi)能增加了1.0×105 J.
答案 (1)D (2)放出 3.0×105 1.0×105
9.(1)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律,下列說法中正確的是 ( ).
A.教室內(nèi)看到透過窗子的“陽光柱”里粉塵顆粒雜亂無章的運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)
B.熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞,不可能由低溫物體傳給高溫物體
C.用活塞壓縮汽缸里的空氣,對(duì)空氣做功2.0×105 J,若空氣向外界放出熱量1.5×105 J,則空氣內(nèi)能增加5×104 J
D.一定質(zhì)量的理想氣體,如果保持溫度不變,體積越小,壓強(qiáng)越小
(2)1 mL水用注射器能滴50
13、滴,水的密度ρ=103 kg/m3,則1滴水中有多少個(gè)水分子?(阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×10-23 mol-1)
解析 (1)布朗運(yùn)動(dòng)是由液體分子撞擊固體小顆粒而引起的,而教室內(nèi)粉塵顆粒雜亂無章的運(yùn)動(dòng)是由于空氣流動(dòng)引起的,A項(xiàng)錯(cuò)誤;在一定條件下,熱量可以從低溫物體傳給高溫物體,例夏天空調(diào)工作時(shí),不斷地將熱量從低溫的室內(nèi)傳到高溫的室外,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,C項(xiàng)正確;根據(jù)=恒量可知,對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,溫度不變,體積越小,壓強(qiáng)越大,D項(xiàng)錯(cuò)誤.
(2)1滴水的體積為
V= m3=2×10-8 m3
1滴水的質(zhì)量為m=Vρ=2×10-8×103 kg=2×10-5 kg
14、所以1滴水中水分子的個(gè)數(shù)為
n=NA=×6.02×1023=6.69×1020個(gè).
答案 (1)C (2)6.69×1020個(gè)
10.(2020·泉州適應(yīng)考)(1)關(guān)于分子動(dòng)理論,下列說法正確的是________.
A.對(duì)氣體加熱,氣體內(nèi)能一定增加
B.布朗運(yùn)動(dòng)指的是懸浮顆粒在液體中的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
C.物體的溫度升高,物體中所有分子的動(dòng)能都會(huì)增加
D.物體內(nèi)部分子間距增加時(shí),分子引力比分子斥力減小得快
(2)一根粗細(xì)均勻、足夠長(zhǎng)的玻璃管豎直放置,下端封閉,上端開口,一段水銀柱封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,此時(shí)氣體溫度為27 ℃,現(xiàn)使氣體溫度升高到127 ℃.則________.
15、
A.氣體的壓強(qiáng)增加
B.氣體的壓強(qiáng)減小
C.氣體的初態(tài)和末態(tài)體積之比為3∶4
D.氣體的初態(tài)和末態(tài)體積之比為27∶127
答案 (1)B (2)C
11.如圖1-3-10所示,
圖1-3-10
A、B兩個(gè)汽缸中裝有體積均為10 L、壓強(qiáng)均為1 atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)、溫度均為27 ℃的空氣,中間用細(xì)管連接,細(xì)管容積不計(jì).細(xì)管中有一絕熱活塞,現(xiàn)將B汽缸中的氣體升溫到127 ℃,若要使細(xì)管中的活塞仍停在原位置.(不計(jì)摩擦,A汽缸中的氣體溫度保持不變,A汽缸截面積為500 cm2)
(1)求A中活塞應(yīng)向右移動(dòng)的距離.
(2)A中氣體是吸熱還是放熱,為什么?
解析 (1)對(duì)B:由=得
PB′=PB=PB=PB
對(duì)A:由PAVA=PA′VA′ 得VA′=
且:PA=PB,PA′=PB′ 解得:VA′=VA
所以Δl==5 cm.
(2)放熱,在向右推活塞過程中,A中氣體溫度不變,氣體內(nèi)能不變;體積減小,外界對(duì)氣體做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知?dú)怏w應(yīng)放熱.
答案 (1)5 cm
(2)放熱,在向右推活塞過程中,A中氣體溫度不變,氣體內(nèi)能不變;體積減小,外界對(duì)氣體做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知?dú)怏w應(yīng)放熱