高中物理鲁科版 过关检测选修3-3　热力学定律与能量守恒 Word版含解析

　热力学定律与能量守恒

1.(2015北京理综,13,6分)下列说法正确的是(　　)
A.物体放出热量,其内能一定减小
B.物体对外做功,其内能一定减小
C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加
D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变
答案　C　根据热力学第一定律ΔU=Q+W判断,只有C项正确。
2.(2018东城一模)下列说法正确的是(　　)
A.气体对外界做功,其内能一定减小
B.气体从外界吸热,其内能一定增大
C.温度越低,分子的平均动能越大
D.温度越高,分子热运动越剧烈
答案　D　根据热力学第一定律ΔU=W+Q,气体内能的变化由做功和热传递共同决定,不单取决于其中一个因素,因而A、B均错误;温度越高,分子平均动能越大,温度越低分子平均动能越小,所以C错;温度越高,分子无规则运动越剧烈,故D正确。
3.(2018海淀一模)关于热现象,下列说法正确的是(　　)
A.物体温度不变,其内能一定不变
B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能一定增大
C.外界对物体做功,物体的内能一定增加
D.物体放出热量,物体的内能一定减小
答案　B　由热力学第一定律ΔU=W+Q知,物体内能的变化由做功和热传递共同决定,A、C、D错误。温度是物体分子平均动能的标志,B正确。
4.(2017丰台二模)下列说法中不正确的是(　　)
A.布朗运动不是分子的热运动
B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈,分子的平均动能越大
C.当分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都增大
D.气体压强产生的原因是大量气体分子对器壁持续频繁地撞击
答案　C　当分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都减小,C错。
5.(2017石景山一模)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示。假设袋内气体与外界没有热交换,当充气袋四周被挤压时,袋内气体(　　)
/
A.对外界做负功,内能增大 B.对外界做负功,内能减小
C.对外界做正功,内能增大 D.对外界做正功,内能减小
答案　A　无热交换Q=0,被挤压W>0,即外界对气体做功。由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知ΔU>0,内能增加。
6.(2018海淀二模)一定质量的理想气体,保持温度不变的情况下压缩体积,气体压强变大。下列说法正确的是(　　)
A.气体分子平均动能增大 B.气体分子平均动能减小
C.单位体积内的分子数增加 D.单位体积内的分子数减少
答案　C　温度是分子平均动能的标志,保持气体的温度不变,气体分子的平均动能也不变,故选项A、B均错误;一定质量的理想气体分子的总数不变,当压缩体积时,单位体积内的分子数增加,故选项C正确,选项D错误。
7.一个标准大气压下,水在沸腾时,1 g的水由液态变成同温度的水汽,其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3。已知水的汽化热为2 263.8 J/g。求:
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W;(结果保留1位小数)
(2)气体吸收的热量Q;
(3)气体增加的内能ΔU。
答案　(1)169.7 J　(2)2 263.8 J　(3)2 094.1 J
解析　取1 g水为研究系统,把大气视作外界。1 g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量,同时由于体积膨胀,系统要对外做功,所以有ΔU(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功
W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J≈169.7 J　
(2)气体吸收的热量
Q=mL=1×2 263.8 J=2 263.8 J
(3)根据热力学第一定律得
ΔU=Q+W=[2 263.8+(-169.7)] J=2 094.1 J
B组　综合提能
1.下列说法正确的是(　　)
A.液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
B.液体分子的无规则运动称为布朗运动
C.物体从外界吸收热量,其内能一定增加
D.物体对外界做功,其内能一定减少
答案　A　布朗运动是指悬浮在液体中的微粒的无规则运动,而不是液体分子的运动,故A选项正确,B选项错误;由热力学第一定律ΔU=W+Q知,若物体从外界吸收热量同时对外做功,其内能可能不变,也可能减少,还可能增加,C选项错误;物体对外做功同时从外界吸热,其内能可能增加,也可能不变,还可能减少,D选项错误。
2.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图,M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动。设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中(　　)
/
A.外界对气体做功,气体内能增大
B.外界对气体做功,气体内能减小
C.气体对外界做功,气体内能增大
D.气体对外界做功,气体内能减小
答案　A　在M向下滑动的过程中,M、N内被封闭气体体积减小,所以外界对气体做功。由热力学第一定律及M、N内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功,气体内能一定增加。故A正确,B、C、D错误。
3.(2017朝阳二模)科学精神的核心是对未知的好奇与探究。小君同学想寻找教科书中“温度是分子平均动能的标志”这一结论的依据。她以氦气为研究对象进行了一番探究。经查阅资料得知:第一,理想气体的模型为气体分子可视为质点,分子间除了相互碰撞外,分子间无相互作用力;第二,一定质量的理想气体,其压强p与热力学温度T的关系式为p=nkT,式中n为单位体积内气体的分子数,k为常数。
她猜想氦气分子的平均动能可能跟其压强有关。她尝试从理论上推导氦气的压强,于是建立如下模型:如图所示,正方体容器静止在水平面上,其内密封着理想气体——氦气,假设每个氦气分子的质量为m,氦气分子与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,分子的速度方向都与器壁垂直,且速率不变。
/
请根据上述信息帮助小君完成下列问题:
(1)设单位体积内氦气的分子数为n,且其热运动的平均速率为v。
a.求一个氦气分子与器壁碰撞一次受到的冲量大小I;
b.求该正方体容器内氦气的压强p;
c.请以本题中的氦气为例推导说明:温度是分子平均动能(即
1
2
mv2)的标志。
(2)小君还想继续探究机械能的变化对氦气温度的影响,于是进行了大胆设想:如果该正方体容器以水平速度u匀速运动,某时刻突然停下来,若氦气与外界不发生热传递,请你推断该容器中氦气的温度将怎样变化?并求出其温度变化量ΔT。
答案　见解析
解析　(1)a.对与器壁碰撞的一个氦气分子,由动量定理可得I=2mv
b.设正方体容器某一侧壁面积为S,则Δt时间内碰壁的氦气分子数为
N=
1
6
n·SvΔt
由动量定理得FΔt=N·I
由牛顿第三定律可得器壁受到的压力F'=F
由压强的定义式得p=
??'
??
联立得p=
1
3
nmv2
c.由于压强p和热力学温度T的关系式为p=nkT
联立得Ek=
1
2
mv2=
3
2
kT
由上式可得:分子的平均动能Ek与热力学温度T成正比,故温度是分子平均动能的标志。
(2)设正方体容器中有N'个氦气分子,当氦气随容器匀速运动时,整个气体机械运动的动能为
1
2
(N'm)u2,设此时氦气的温度为T1,容器内氦气的内能等于分子热运动的动能之和即N'·
3
2
kT1。
当氦气随容器突然停止时,气体机械运动的动能为零,设此时氦气温度为T2,则该容器内氦气的内能为N'·
3
2
kT2。
根据能量守恒定律有
1
2
(N'm)u2+
3
2
N'kT1=
3
2
N'kT2
解得ΔT=T2-T1=
??
??
2
3??
所以氦气温度升高,升高的温度为ΔT=
??
??
2
3??