2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步练习--第3章 热力学定律复习提升

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2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步
本章复习提升
易混易错练
易错点1　不能正确判断ΔU=W+Q　中各物理量的正负
1.夏天,从湖底形成的一个气泡,在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面,湖内水的温度越高,大气压强恒定,视气泡内气体为理想气体。则气泡缓慢上升过程中,以下说法正确的是 (　　)
A.气泡内气体的压强可能不变
B.气泡内气体对外界做功
C.气泡内气体温度升高导致放热
D.气泡内气体分子单位时间内对单位面积气泡壁的撞击次数增多
易错点2　不能正确理解改变内能的两种方式的等效性
　　　　　　　　　　　　　　　
2.下列说法中正确的是 (　　)
A.做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程:做功使物体的内能改变,是其他形式的能和内能之间的转化;热传递则不同,它是物体内能的转移
B.外界对物体做功,物体的内能一定增大
C.物体向外界放热,物体的内能一定增大
D.热量是在热传递中,从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移的内能的多少
易错点3　不能正确应用热力学定律
3.(2022山东省实验中学一模)如图所示,一导热良好且足够长的气缸,倒置悬挂于天花板下。气缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为m,气缸横截面积为S,当地大气压为p且不随温度变化,重力加速度为g,忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时,下列说法正确的是 (　　)
A.悬线的拉力变大
B.被封闭理想气体的内能增大
C.被封闭理想气体的压强大小不变,且始终为p+
D.外界对气体做正功
易错点4　不清楚物体体积变化对应做功情况
4.如图所示,A、B是两个完全相同的球,分别浸没在水和水银中的同一深度,A、B两球用同一种特殊材料制作,当温度稍微升高时,球的体积会明显变大,如果开始时水和水银的温度相同,且两液体温度同时缓慢升高同一值,两球膨胀后体积相等,则 (　　)
A.A球吸收的热量较多
B.B球吸收的热量较多
C.两球吸收的热量一样多
D.无法确定两球吸收热量的大小关系
思想方法练
思想方法一　守恒思想
方法概述
　　能量的转移和转化是分析物理中能量现象的主要思路,在变化复杂的物理过程中,把握住不变的因素是解决问题的关键。
1.在阳光的照射下、太阳能小风扇快速转动。这说明 (　　)
A.动能可以凭空产生
B.可以制造出不消耗能量的永动机
C.太阳能可以转化为其他形式的能
D.太阳可以提供无穷无尽的能量,所以不需要节约能源
2.如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能转动较长时间,下列说法正确的是 (　　)
A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
思想方法二　数形结合思想
方法概述
　　热力学第一定律与气体实验定律的综合题目经常以图像形式考查,需要学生根据图像得到气体温度、体积、压强的变化关系,通过分析得到气体吸放热及对外界做功情况。
3.(2023山东枣庄二模)一定质量的理想气体,从状态a经b、c、d又回到状态a,其循环过程的图像如图所示。已知气体在状态a的温度为T0。则下列说法正确的是 (　　)
A.气体在状态c的温度为6T0
B.气体由a到b和由c到d的两个过程中,对外做的功相等
C.气体完成1次循环过程,一定从外界吸收热量
D.气体由a到b的过程中,吸收的热量小于内能的增加量
4.(2021江苏南通期末)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C,其V-T图像如图所示。求:
(1)若气体分子总数为N,气体在状态B时分子间的平均距离d;
(2)若气体在状态A的压强为p,气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中,内能的增加量为ΔU,气体在该过程中吸收的热量Q。
本章复习提升
易混易错练
1.B 2.AD 3.B 4.B
1.B　气泡内气体的压强为p=p0+ρgh,因为大气压强p0恒定,且气泡缓慢上升过程中h减小,所以p减小,气泡上升过程中温度升高,分子热运动的平均动能增大,则气泡内气体分子单位时间内对单位面积气泡壁的撞击次数减少,故A、D错误;根据理想气体状态方程=C可知当p减小且T增大时,V一定增大,所以气泡内气体对外界做功,W<0,气泡内气体温度升高,则内能增大,ΔU>0,根据ΔU=W+Q,可知Q>0,即气体吸热,故B正确,C错误。
错解分析　在应用热力学第一定律时,对确定ΔU、W和Q正负的规则模糊是导致解答本题出错的原因。应牢记以下规则:对于一定量的理想气体,内能增加,则ΔU为正值;外界对气体做功,则W为正值;气体吸热,则Q为正值。
2.AD　做功和热传递改变物体内能的本质不同,因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程,而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移,故A选项正确;物体内能的变化取决于做功和热传递两种途径,单就一个方面不足以断定其内能的变化,故B、C错误;热量表示在热传递中转移内能的多少,D选项正确。
3.B　以气缸和活塞整体为研究对象,受到重力和悬线对其的拉力,根据平衡条件可知重力和悬线对其的拉力大小相等,方向相反,所以当环境温度缓慢升高时,悬线的拉力不变,故A错误;由于气缸的导热良好,当环境温度缓慢升高时,被封闭理想气体的温度缓慢升高,所以被封闭理想气体的内能增大,故B正确;以活塞为研究对象,根据平衡条件可知p1S+mg=pS,解得被封闭理想气体的压强大小p1=p-,故C错误;当环境温度缓慢升高时,被封闭理想气体的压强不变,根据盖—吕萨克定律可得被封闭理想气体的体积增大,气体对外界做正功,故D错误。
4.B　两球初、末状态温度分别相同,体积也分别相同,所以内能的变化量相同,但水银密度比水大,两球膨胀后的体积相等,所以B球膨胀时对外做功多,则吸热较多。故选B。
错解分析　在水和水银中的同一深度处,水银的压强较大,两球增大相同的体积,则B球对外做功多。在分析物体体积变化对应的做功情况时,一定要考虑外部环境。
思想方法练
1.C 2.D 3.C
1.C　在阳光的照射下,太阳能小风扇快速转动,是太阳能转化成机械能,故A错误,C正确;不消耗能量的永动机违背能量守恒定律,所以是不存在的,故B错误;能量不是取之不尽的,并且有些能量目前我们还无法利用,所以需要节约能源,故D错误。
2.D　形状记忆合金进入水中后受热,形状发生改变而搅动热水,由能量守恒得知,能量来源于热水,热水温度会降低,故A、B、C三项错误;由能量守恒得知,叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能,一部分释放于空气中,故D项正确。
3.C　由题图中数据计算可得paVa=pcVc,可知a、c两状态的温度相同,则气体在状态c的温度为T0,选项A错误;因p-V图线与横轴围成的面积表示功,则气体由a到b对外做功,由c到d的过程中外界对气体做功,两者不相等,选项B错误;气体完成1次循环过程,内能不变,由B的分析可知,气体对外做功大于外界对气体做功,可知整个过程中气体对外做功,则气体一定从外界吸收热量,选项C正确;气体由a到b的过程中,气体对外做功,温度升高,内能变大,根据ΔU=W+Q,吸收的热量大于内能的增加量,选项D错误。故选C。
4.答案　(1)　(2)ΔU+pV0
解析　(1)气体从状态A变化到状态B为等压过程,根据盖—吕萨克定律有
=
又VB=d3N
解得d=
(2)气体从状态A变化到状态B的过程中,气体对外界做功为
W=-p(VB-V0)
气体从状态B变化到状态C的过程中,气体对外界做功为0。根据热力学第一定律
ΔU=W+Q
解得气体在该过程中吸收的热量
Q=ΔU+pV0
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