人教版物理高二选修2-2第四章第三节蒸汽轮机 燃气轮机同步练习

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人教版物理高二选修2-1第四章
第三节蒸汽轮机 燃气轮机同步练习
一．单选题
1．关于热机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（　　）
A． 气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
B． 一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大
C． 物体放出热量，温度一定降低
D． 只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
答案：B
解析：解答：A、一定质量的理想气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，由于不清楚体积的变化，根据气体状态方程知道气体的压强变化无法确定．故A错误．B、根据等温变化的公式PV=C，当V减小，P一定增大．即一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大．故B正确．C、物体放出热量，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，由于不清楚W的变化，所以内能无法确定，从而无法判断温度的升降．故C错误．D、热机在内能转化为机械能时，不可避免的要要有一部热量被传导出，所以热机效率达不到100%，即任何热机都不可以把得到的全部内能转化为机械能．故选D错误．
故选B．
分析：1、压强从微观上看，跟气体分子的平均动能和单位体积内的分子数有关，由于不清楚体积的变化，即不知道单位体积内的分子数如何变化，所以不知道气体的压强变化．
2、根据等温变化的公式PV=C，当V减小，P一定增大．3、根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，物体放出热量，Q为负值，但是由于不清楚做功情况，即不知道W的正负和大小，所以内能无法确定，从而无法判断温度的升降．4、热机的排气温度一定高于进气温度（可以无限逼近但不会相等），所以，一定有热能的损失，效率不可能为100%．
2．内燃机做功冲程使高温高压气体在极短时间内膨胀推动活塞对外做功，若把气体看作一定质量的理想气体，则（　　）
A． 气体温度上升 B． 气体分子动能不变
C． 气体内能增加 D． 气体内能减少
答案：D
解析：解答：当内燃机内部的高温气体迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，故气体的内能会减小，气体的温度会降低，分子热运动的平均动能降低．
故选D．
分析：做功可以改变物体的内能：
当外界对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大，温度升高；
当物体对外界做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，温度降低．
3．金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（　　）
A． 迅速向里推活塞 B． 迅速向外拉活塞
C． 缓慢向里推活塞 D． 缓慢向外拉活塞
答案：A
解析：解答：向里推活塞时是外界对气缸内的气体做功，可以使气体的内能增加，温度升高，所以可以使气缸中的柴油到达燃点；但是如果缓慢的推活塞，那么气体和外界会发生热传递，气体的温度会降低，不能到达柴油的燃点；故选A．
分析：做功可以改变物体的内能，物体对外做功，内能减少；外界对物体做功，物体的内能增加．
4．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油﹣空气混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器初级线圈通过开关连到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在次级线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法正确的是（　　）
A． 柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增大的
B． 汽油机点火装置的开关若始终闭合，次级线圈的两端也会有高压
C． 接该变压器的初级线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在次级产生高压
D． 汽油机的点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远小于初级线圈的匝数
答案：A
解析：解答：A、柴油机是靠压缩柴油与空气混合气体，从而点火，通过做功使空气的内能增大，而汽油机靠火花塞点火，使气体做功，内能增大．故A正确；B、汽油机点火装置的开关若始终闭合，变压器就没有变化的磁通量，则不能工作，所以次级线圈的两端也不会有高压，故B错误；C、接该变压器的初级线圈的电源不一定是交流电源，直流也可以，只要使磁通量发生变化，故C错误；D、由于火花塞需要的电压为10000V，但是电源的电压为12V，所以必须要经过升压变压器才可以得到高的电压，所以变压器左边线圈匝数远少于右边线圈的匝数，导致右边电压被提高，所以变压器的副线圈匝数远大于原线圈匝数，故D错误；故选：A
分析：蓄电池的电压为12V，火花塞需要的电压为10000V，所以电路中需要的是升压变压器，再根据升压变压器的原理可得副线圈匝数大于原线圈匝数．
5．如图所示，密闭气缸左侧导热，其余部分绝热性能良好，绝热轻活塞K把气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的，两部分中分别有相同质量、相同温度的同种气体a和b，气体分子之间相互作用力可忽略，当外界环境温度缓慢降低到某一值的过程中，以下说法不正确的是（　　）
A． a的体积减小，压强降低
B． b的温度降低
C． 散失热量后a的分子热运动比b的分子热运动激烈
D． a减少的内能大于b减少的内能
答案：C
解析：解答：A、因左侧与外界温度相同，当温度降低时，假设体积不变，则a中的压强应减小，则活塞左移，故左侧气体的体积减小；故A正确；B、活塞左移，故右侧气体体积增大，故b中气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低；故B正确；
C、因两部分气体压强最终相等，而左则气体体积大于右侧，两部分气体的质量相同，由理想气体的状态方程可知，b中气体的温度要大于a的温度，故b侧分子热运动要激烈，故C错误；D、由C分析可知，a的温度要小于b的温度，故a减小的内能要大于b减小的内能，故D正确；故选C．
分析：由题意可知左侧气缸温度随外界温度变化，而右侧和外界没有热交换；由左侧气体的温度变化，可知体积及压强的变化而根据左右气体间的关系可知右侧气体的状态变化，则可得出两气体内能的变化．
6．如图所示的气缸，下部分的横截面积大于上部分的横截面积，大小活塞分别在上、下气缸内用一根硬杆相连，两活塞可在气缸内一起上下移动．缸内封有一定质量的气体，活塞与缸壁无摩擦且不漏气，起初，在小活塞上的杯子里放有大量钢球，请问哪些情况下能使两活塞相对气缸向上移动（　　）
A． 给气缸缓慢加热 B． 增加几个钢球
C． 大气压变小 D． 让整个装置自由下落
答案：D
解析：解答：设缸内气体压强P，外界大气压为P0，大活塞面积S，小活塞面积s，活塞和钢球的总重力为G，以活塞和气体整体为研究对象，由物体平衡条件知：（P0﹣P）（S﹣s）=G…①A、给气缸缓慢加热，气体温度升高，由盖吕萨克定律知气体体积要增大，从气缸结构上看活塞应向下移动，故A错．B、取走几个钢球后，整体的重力小了，由①式知容器内气体压强必须增大，由玻意耳定律知气体体积要减小，所以气缸要向上移动，故B错误．
C、大气压变小时，由①式知道缸内气体压强要减小，由玻意耳定律知气体体积要增大，所以气缸要向下移动，故C错误．D、让整个装置自由下落，缸内气体压强增大（原来小于大气压强），由玻意耳定律知气体体积要减小，所以气缸向上移动，故D正确．故选D
分析：以活塞和气体整体为研究对象，由物体平衡条件知（P0﹣P）（S﹣s）=G，明确原来气体压强小于大气压强；题目设计的变化如加热、取走钢球、大气压减小、装置自由下落后，我们根据理想气体状态方程判断出气体的体积增大还是减小，就可以知道活塞上升还是下降了．
7．如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止，气缸和活塞的总质量为M，气缸内封闭一定质量的理想气体．设活塞和缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好，不漏气，外界大气的压强和温度不变．现在气缸顶上缓慢放上一个质量为m的物体．当系统平衡时，下列说法正确的是（　　）
A． 外界对缸内气体不做功，缸内气体的压强和温度不变
B． 外界对缸内气体做正功，气缸内气体的内能增加
C． 气体对外放热，内能不变
D． 单位时间内缸内气体分子对缸壁单位面积的碰撞次数减少
答案：C
解析：解答：因气缸受重力、大气压力及内部气体压力而处于平衡，当顶部放上一质量为m的物体后，重新平衡时可知内部气体压强一定增大；则玻意耳定律可知，气体的体积一定减小，故外界对气体做功，故A错误；因气体的温度不变，故气体的内能不变，故B错误；
由热力学第一定律可知，△U=W+Q，内能不变，外界对气体做功，故气体一定对外放热，故C正确；因温度不变，故气体分子的平均动能不变，而气体的体积减小，故单位体积内的分子个数增多，故单位时间内气体分子对缸壁单位面积上的碰撞次数增多，压强变大，故D错误；故选C．
分析：分析气缸及m可知内部气体压强的变化，则可知做功情况；因系统导热可知温度不变，则由热力学第一定律可得出内能的变化；由气体压强的微观意义可知气体分子对缸壁的碰撞次数．
8．下列说法正确的是（　　）
A． 布朗运动的激烈程度仅与温度有关
B． 已知气体分子间的作用力表现为引力，若气体等温膨胀，则气体对外做功且内能增加
C． 热量不可能从低温物体传递到高温物体
D． 内燃机可以把内能全部转化为机械能
答案：B
解析：解答：A、布朗运动的剧烈程度与温度和颗粒的大小有关，故A错误．B、气体分子间的作用力表现为引力，若气体等温膨胀，气体对外做功，分子引力对分子做负功，分子势能增加，而温度不变则分子平均动能不变，故内能增加，故B正确．C、冰箱，空调等制冷装置可以实现热量会由低温物体传递给高温物体，故C错误．D、无论如何内能绝对不能完全转化为机械能，故D错误．
故选：B．
分析：布朗运动是悬浮在液体颗粒做的无规则的运动，是液体分子无规则热运动的反映，布朗运动的剧烈程度与温度和颗粒的大小有关，影响内能的方式有做功和热传递，在特定条件下热量会由低温物体传递给高温物体，内能不能完全转化为机械能．
9.摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是（　　）
A． 吸气冲程 B． 压缩冲程 C． 做功冲程 D． 排气冲程
答案：C
解析：解答：做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力；
故选C．
分析：在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．
10.可持续发展的首要任务是（　　）
A． 环境保护 B． 能源开发 C． 发展经济 D． 消除贫困
答案：C
解析：解答：发展经济、满足人民的基本需要在发展中国家的可持续发展行动中具有根本性的作用．贫困会养活人们以持续的方式利用资源，并会加剧对环境的压力．因此，对发展中国家来说，加速经济发展、提高人均收水平是实现可持续发展的前提条件．
故选：C
分析：可持续发展战略要求经济、社会、生态三方面的协调发展，要求正确处理好经济增长与社会发展、生态保护的关系．一方面，只有经济增长而没有社会、生态的相应发展，这样的社会肯定是不完善的；另一方面也不能离开经济发展去追求社会其它方面的发展．
11.下列说法中正确的是（　　）
A． 机械能守恒是自然界遵循的普遍规律
B． 能量守恒表明，节约能源是无意义的
C． 随着科技的发展，永动机是可以制成的
D． 能量的耗散反映出自然界宏观过程的方向性
答案：D
解析：解答：A、机械能守恒的条件是只有重力做功，故A错误；
B、热力学第二定律告诉我们，自然界的一切宏观热现象都具有方向性，能量虽然守恒，但依然要节约能源，故B错误；
C、根据热力学第一定律，热机的效率不可能超过100%；根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%；即两类永动机都是不可能制成的，故C错误；
D、能量的耗散反映出自然界宏观过程的方向性，故D正确；
故选D．
分析：热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零．
12.关于能量和能源，下列表述正确的是（　　）
A． 能量可以从一种形式转化为另一种形式
B． 机械能守恒是自然界的普遍规律
C． 能量是守恒的，所以能源永不枯竭
D． 能源在利用过程中有能量耗散，这表明能量不守恒
答案：A
解析：解答：A根据能量的转化与守恒可知能量可以从一种形式转化为另一种形式，故A正确；B机械能守恒是指在能量的转化过程中，只有动能与重力势能（或弹性势能）的转化，是有条件的，并非普遍成立的，故B错误；C能源在利用过程中有能量耗散，使其“品质降低”，转化为内能散失在大气中，不能被重新利用，因此能源并非永不枯竭，故C错误；D“能量耗散”过程是能量的转移或转化过程，总能量还是守恒的，故D错误．
故选A．
分析：自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，但是总能量是守恒的；机械能守恒是有条件的，而能量的转化与守恒是普遍成立的，无条件的；能源在利用过程中有能量耗散，散失在大气中内能无法被重新利用，因此要节约能源．
13.下列说法中不正确的是（　　）
A． 理想气体的压强是由于其受重力作用而产生的
B． 热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C． 热力学温度的零度是一切物体低温的极限，只能无限接近，但不可能达到
D． 气体分子的热运动的速率是遵循统计规律的
答案：A
解析：
解答：A、想气体的压强不是由于其受重力作用而产生的，而是由于大量气体分子频繁碰撞容器壁产生的，故A错误．B、由热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确．C、根据热力学第三定律可知，﹣273.15℃是低温极限，只有接近，不可能达到，故C正确．D、分子的运动是无规则的，但大量气体分子的热运动的速率是遵循统计规律：中间多，两头少．故D正确．
故选A
分析：理想气体的压强是由于大量气体分子频繁碰撞容器壁产生的；根据热力学第二、第三定律和分子动理论进行分析即可．
14.夏天，如果自行车内胎充气过足，又在阳光下曝晒（曝晒过程中内胎容积几乎不变），车胎容易爆炸．关于这一现象，以下说法正确的是（　　）
A． 车胎爆炸，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果
B． 在爆炸前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大
C． 在爆炸前的过程中，气体吸热，内能减小
D． 在车胎爆炸过程中，气体内能不变
答案：B
解析：解答：A、车胎内气体温度升高，发生等容变化，由查理定律可知，压强增大，而容易爆炸，不是由于气体分子间斥力急剧增大造成的．故A错误．
B、气体温度升高，分子无规则热运动加剧．气体发生等容变化，由查理定律可知，温度升高，压强增大．故B正确．C、在爆炸前的过程中，气体体积不变，不做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律分析得知，气体一定吸热．故C错误．D、在车胎爆炸过程中，气体对外做功，而吸放热很少，由根据热力学第一定律分析得知，气体内能减小．故D错误．
故选B
分析：车胎内气体温度升高，发生等容变化，由查理定律可知，压强增大，而容易爆炸．温度越高，气体分子运动越激烈．气体体积不变，不做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律分析吸放热情况．
15.某同学非常勤于物理思考．一次，该同学对自行车打气，在打气筒缓慢下压的过程中，得出车胎内气体的几种说法，你认为正确的说法是（　　）
A． 气体内能减小，放出热量
B． 气体对外做功，温度升高
C． 气体体积减小，吸收热量
D． 气体压强增大，内能几乎不变
答案：D
解析：解答：在打气筒缓慢下压的过程中，气体的温度几乎不变，内能几乎不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气体放出热量，由pV=c知，气体的压强增大，故ABC错误，D正确．
故选：D．
分析：在打气筒缓慢下压的过程中，气体的温度几乎不变，内能几乎不变，根据玻意耳定律分析压强的变化，由体积的变化分析做功情况．由热力学第一定律分析热量．
16．下列说法正确的是（ ）．
A 当一定质量的气体吸热时，其内能可能减小
B 玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体
C 单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点
D 当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其它分子作用力的合力总是指向液体内部
E 气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关
答案：ADE
解析：解答：A、一定质量的气体吸热时，如果同时对外做功，且做的功大于吸收的热量，则内能减小，故A正确；
B、玻璃是非晶体，故B错；
C、多晶体也有固定的熔点，故C错；
D、液体表面层内的分子液体内部分子间距离的密度都大于大气，因此分子力的合力指向液体内部，故D正确；
E、气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，决定气体的压强，因此与单位体积内分子数和气体的温度有关，故E正确．
故选：ADE；
分析：做功和热传递均可改变物体的内能，由热力学第一定律可知二者对内能的影响；
石墨和金刚石是晶体，玻璃、木炭是非晶体；单晶体和多晶体都具有固定的熔点，而非晶体没有固定熔点；
因液体内部分子与表层分子之产的距离小于与大气分子的密度，故分子力指向液体内部；
气体的压强取决于气体单位时间内碰撞单位器壁的次数及分子的运动速度；
17.如图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸之间无摩擦，a态是气缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温（27℃）中达到的平衡状态，气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变．若忽略气体分子之间的势能，下列说法中正确的是（ ）
A．与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多
B．与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较大
C．在相同时间内，a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等
D．从a态到b态，气体的内能增加，外界对气体做功，气体向外界释放了热量
答案：AC
解析：解答：由于在a、b状态下封闭气体的压强，其中S为活塞的横截面积，故在两种状态下封闭气体的压强相同，而温度越高，气体分子运动越激烈，即分子的平均动能越大，故单个分子对气壁碰撞时的作用力越大，由于压强相同，故温度低的单位时间内对单位面积的气壁的碰撞的分子数越多，故A、C正确，B错误．
从a态到b态气体的体积增大，故气体对外做功，即W＜0，由于温度升高，气体的内能增大即△U＞0，根据热力学第二定律△U=Q+W可得Q＞0，即气体从外界吸收热量，故错误．
故选AC．
故本题的答案为： AC；
分析：由于在a、b状态下封闭气体的压强，其中S为活塞的横截面积，故在两种状态下封闭气体的压强相同，而温度越高，气体分子运动越激烈，即分子的平均动能越大，故单个分子对气壁碰撞时的作用力越大，由于压强相同，故温度低的单位时间内对单位面积的气壁的碰撞的分子数越多；另外根据热力学第二定律△U=Q+W可知道物体是吸热还是放热．
17．下列说法中正确的是（ ）.
A．热机中燃气的内能不可能全部转化为机械能
B．温度低的物体分子运动的平均速率小
C．第二类永动机不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律
D．当分子间距离增大时，分子间斥力减小，引力增大
E．相对湿度100%，表明在当时的温度下，空气中的水汽已达到饱和状态
F．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
答案：AEF
解析：解答：A．根据热力学第二定律，内能不能全部转化为机械能而不引起其它影响，所以热机中燃气的内能不可能全部转化为机械能，故A正确．
B．温度是物体分子平均动能的标志，所以温度低的物体分子运动的平均动能小，而不是分子的平均速率小，故B错误．
C．第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律，故C错误．
D．当分子间距离增大时，分子间斥力减小，引力也减小，故D错误．
E．相对湿度100%，表明在当时的温度下，空气中的水汽已达到饱和状态，故E正确．
F．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则气体对外界做功W为负，又因热力学第一定律△U=W+Q，绝热过程中Q=0，所以△U为负，表示温度降低，气体分子的平均动能减小，故F正确．
故选：AEF
分析：根据热力学第二定律判读热机的效率问题，结合热力学第一定律解决气体做功问题；
二．填空题
18．蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化，我们把这些气体称为工质．某热机经过一个循环后，工质从高温热源吸热Q1，对外做功W，又对低温热源放热Q2，工质完全回复初始状态，内能没有变化．根据热力学第一定律，在工质的一个循环中，Q1、Q2、W三者之间满足的关系是 ．热机的效率不可能达到100%，从能量转换的角度，说明 能不能完全转化为 能，而不引起任何变化．
答案：Q1=W+Q2 |内 | 机械
解析：解答：根据热力学第一定律，有：△U=W′+Q；
其中：△U=0，Q=Q1﹣Q2，W′=﹣W；
故Q1=W+Q2；
热机将从高温热源吸收热量的一部分转化为机械能，即内能不能完全转化为机械能，而不引起任何变化．
故答案为：Q1=W+Q2 内 机械
分析：根据热力学第一定律列方程，结合热力学第二定律分析热机的效率问题．
三．解答题
19.如图所示，体积为V0的导热性能良好的容器中充有一定质量的理想气体，室温为T0=300K．有一光滑导热活塞C（不占体积）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的两倍，气缸内气体压强为大气压的两倍，右室容器中连接有一阀门K，可与大气相通．（外界大气压等于76cmHg）求：
（1）将阀门K打开后，A室的体积变成多少？
答案：
解答：气体的初状态：PA0=2×76cmHg，
打开阀门，A室气体做做等温变化，PA=76cmHg，体积为VA，
由玻意耳定律：PA0VA0=PAVA，
解得：
（2）打开阀门K后将容器内的气体从300K加热到540K，A室中气体压强为多少？
答案：PA1=91.2cmHg
解答：温度从T0=300K升高到T，A中的气体由VA变化到V0，压强为PA，
气体做等压变化：
解得：T=450K
故温度从450K升高到T1=540K的过程中，
气体做等容变化：
解得：PA1=91.2cmHg
答： A室中气体压强为91.2cmHg．
解析：分析：打开气阀后A室内的气体做等温变化，由理想气体方程可解．　
20.如图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U=αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求
（1）气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1：
答案： 在气体由压缩p=1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T=2.4T0变为T1，由查理定律得①
在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由着盖 吕萨克定律得②
由①②式得③
（2）在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q．
答案：在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W=p0（V﹣V1）④
在这一过程中，气体内能的减少为△U=α（T1﹣T0）⑤
由热力学第一定律得，气缸内气体放出的热量为Q=W+△U⑥
由②③④⑤⑥式得⑦
解析：分析：由题意可知气体在温度变化时先做等容变化，再做等压变化，则由气体实验定律可求得最后的体积；由功的公式可求得活塞对气体所做的功，由题意可知气体内能的变化量；由热力学第一定律可求得气缸放出的热量．
21．有一台热机，从热源每小时吸收7.2×107J的热量，向冷凝器放出3.6×107J的热量，热机传动部分的热量为从热源吸收的热量的10%，求热机的输出功率和效率．
答案：热机的输出功率为8.0×103W，效率为40%
解答：热机传动部分产生的热量是由机械能转化来的，而这部分机械能又是从热源吸收的热量转化来的，这部分热量最终应转移到冷凝器上．
热机每小时转化的机械能为：E=7.2×107J﹣7.2×107×10%﹣3.6×107J=2.88×107J
所以热机的输出功率：
热机的效率为：
答：热机的输出功率为8.0×103W，效率为40%．
解析：分析：根据能量守恒定律可以得到，热机的输出功率等于从热源每小时吸收的热量减去向冷凝器放出的热量和热机传动部分产生的热量．
22．注意观察的同学会发现，用来制冷的空调室内机通常挂在高处，而用来取暖的暖气片却安装在较低处，这是由于要利用热空气密度小而冷空气密度大来形成对流的缘故．请你解释，为什么热空气密度小而冷空气密度大？将一氢气球放飞，随着气球高度的不断增大，若高空气压不断降低，气球的体积也不断增大，而温度基本不变．请问在此过程中其能量是怎样转化与转移的？
答案：体热胀冷缩的原因：等压变化，根据盖 吕萨克定律可知，对于质量一定的气体，在压强一定的情况下，温度越高，体积越大，故密度越小．
气球等温变化，根据玻意耳定律PV=C，气体膨胀对外做功；根据热力学第一定律，内能不变，气体对外做功，故一定会吸收热量；
解析：解答：气体热胀冷缩的原因：等压变化，根据盖 吕萨克定律可知，对于质量一定的气体，在压强一定的情况下，温度越高，体积越大，故密度越小．
气球等温变化，根据玻意耳定律PV=C，气体膨胀对外做功；根据热力学第一定律，内能不变，气体对外做功，故一定会吸收热量；
答：根据盖 吕萨克定律可知，对于质量一定的气体，在压强一定的情况下，温度越高，体积越大，故密度越小．
分析：根据理想气体状态方程分析气体热胀冷缩的原因，根据热力学第一定律判断内能的改变情况．
23．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，将4ml的纯油酸溶液滴入20L无水酒精溶液中充分混合．注射器中1ml的上述混合溶液可分50滴均匀滴出，将其中的1滴滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸上正方形小方格的边长为10mm．试解答下列问题，结果均取一位有效数字．
（1）油酸膜的面积约是多少？
答案：油酸膜的面积：S=81×（10×10﹣3）2 m2=8×10﹣3 m2；
（2）已知每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是4×10﹣6ml，请估测油酸分子的直径．
答案：油酸分子直径
解析：解答：油酸膜的面积：S=81×（10×10﹣3）2 m2=8×10﹣3 m2
油酸分子直径
故答案为：（1）油酸膜的面积约是8×10﹣3 m2 ；（2）油酸分子的直径5×10﹣3m2．
分析：根据热力学第一定律和效率概念的理解求第一题，用油膜法测分子直径的实验数据处理方法求第二题．
24.一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0．经过太阳暴晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K．
（1）求此时气体的压强．
答案：
解答：（1）由于在温度升高的过程中封闭气体的体积保持不变，即封闭气体发生了等容变化，故根据，
可得当温度升高到T1=350K时封闭气体的压强为
（2）保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0．求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．
答案：，吸热
解答：根据根据克拉珀龙方程，解得封闭气体的质量，故有集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值，根据热力学第二定律W+Q=△U，可知由于气体的温度T保持不变，所以△U=0．因为体积膨胀，即封闭气体对外做功，所以W＜0，所以Q＞0，即剩余气体从外界吸热．
故本题的答案为：（1） （2），吸热．
解析：分析：（1）封闭气体发生了等容变化，故根据即可求出封闭气体的压强．
（2）根据根据克拉珀龙方程，解得封闭气体的质量，故有集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值，再根据热力学第二定律W+Q=△U，可判定物体是吸热还是放热．
25．水从落差为75m高的瀑布顶端落下，如果开始时水的势能的20%用来使水的温度升高，则水落下后温度升高了多少摄氏度？[水的比热容为4×103J/（kg ℃），g取10m/s2]．
答案：解答：设水落下后温度升高了t℃．
根据能量守恒定律得：
mgh×20%=cm△t
可得
答：水落下后温度升高了0.0375℃．
解析：分析：重力势能的减少量等于重力所做的功；水的重力势能减小，一部分转化为内能，根据能量守恒定律和公式W=Q=cm△t可求升高的温度．
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