四川省宜宾第四中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：4.3宏观过程的方向性 同步练习（含解析）

4.3宏观过程的方向性
课时作业（含解析)
1．给一定质量、温度为的水加热，在水的温度由上升到的过程中，水的体积随着温度升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在相互作用的势能在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的关于这个问题的下列说法中正确的是　　
A．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
B．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
C．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
D．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
2．如图表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平于横轴,dc平行于纵轴,ab的延长线过原点，以下说法不正确的是
A．从状态d到c,气体体积增大，气体对外做功
B．从状态c到b，气体体积减小，外界对气体做功
C．从状态a到d,内能增加，气体从外界吸热
D．从状态b到a，内能增加，气体对外界放热
3．如图所示，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等。下列说法正确的是（　　）
A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．气体在状态a的内能大于在状态c的内能
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
4．如图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800
J，同时气体向外界放热200
J，缸内气体的（　
　）
A．温度升高，内能增加600
J
B．温度升高，内能减少200
J
C．温度降低，内能增加600
J
D．温度降低，内能减少200
J
5．下列说法正确的是（
）
A．影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距
B．在油膜法估测分子大小的实验中，在水面上撒痱子粉，是为了清楚看出油膜的轮廓
C．温度高的物体分子平均动能和内能一定大
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
E.只要分子间距增大，分子势能就一定减小
6．一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量
2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则关于理想气体的叙述正确的是（
）
A．气体的温度一定升高
B．气体的内能一定减少
C．气体的压强一定不变
D．分子的平均动能一定增大
E.分子间平均距离一定增大
7．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是___。
A．不可能实现在压强减小的过程，同时内能增加
B．经过绝热向真空膨胀过程，温度不变，压强减小
C．等压压缩过程，容器壁单位时间单位面积受到的冲量不变
D．等压膨胀过程，容器壁单位时间单位面积的分子碰撞次数增加
E.从某一状态出发，先经历绝热膨胀过程，再经历等容升温过程，最后经历等温压缩过程，有可能回到初始状态
8．如图为一消毒水简易喷洒装置，内部装有一定量的水，水上部是密封的空气，喷洒口管径细小。现保持阀门紧闭，通过打气筒再充入一些空气。设所有过程温度保持不变，下列说法正确的有（　　）
A．充气后，密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多
B．充气后，密封气体的分子平均动能增大
C．打开阀门后，密封气体对外界做正功
D．打开阀门后，密封气体从外界吸热
9．如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经过一个逆时针循环，回到状态a。下列说法正确的是__________。
A．在过程ab中，气体的内能增加
B．在过程ab中，气体从外界吸收热量
C．在过程bc中，气体从外界吸收热量
D．在过程ca中，气体从外界吸收热量
E.在过程ca中，气体的压强越来越大
10．对于一定质量的理想气体，当它们的压强和体积发生变化时，以下说法正确的有(
)
A．压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变
B．压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小
C．压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变
D．压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大
11．某同学设计的气压升降机如图所示，竖直圆柱形汽缸用活塞封闭了一定质量的气体，汽缸内壁光滑，活塞与内壁接触紧密无气体泄漏，活塞横截面积为S，活塞及其上方装置总重力，活塞停在内壁的小支架上，与缸底的距离为H，气体温度为T0，压强为大气压强p0．现给电热丝通电，经过一段时间，活塞缓慢上升．上述过程中，气体可视为理想气体，若整个过程中封闭气体内能的变化为△U，求：
①气体的最高温度T；
②整个过程中气体吸收的热量Q。
12．在全国千万“云监工”的注视下，2月2日，武汉火神山医院交付使用，建设工期仅为十天十夜。在“云监工”视线之外，先进的设计理念和科技元素充当着幕后英雄，火神川医院病房全部为负压病房，所谓负压病房是通过特殊的通风抽气设备，使病房内的气压低于病房外的气压，保证污染空气不向外扩散。若已知某间负压隔离病房的空间体积V=60m3，启用前环境温度t1=-3℃，外界大气压强为p0=1.01×105Pa，启用后，某时刻监测到负压病房的温度t2=27℃、负压为-15Pa（指与外界大气压p0的差值）。
(1)试估算启用后负压隔离病房内减少的气体质量与启用前房间内气体总质量的比值；
(2)判断在负压隔离病房启用过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。
13．如图所示，左边圆柱形容器的横截面积为S，上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为m的活塞；右边圆柱形容器上端封闭高为H，横截面积为。两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的。开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H，右边容器内为真空。现将阀门打开，活塞缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时气体的热力学温度增加到原来热力学温度的1.3倍。已知外界大气压强为p，求：
(i)系统达到新的平衡时活塞到容器底的距离r；
(ii)此过程中容器内的气体内能的增加量?U。
参考答案
1．D
【解析】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；在水反常膨胀的过程中，所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功．
【详解】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能最大；由题意，在水反常膨胀的过程中，虽然体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功，即吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功，ABC错误D正确．
【点睛】
明确温度是分子平均动能的标志，注意是大量分子的统计规律；分子之间的相互作用力对分子做负功，水分子间的总势能增大；分子之间的相互作用力对分子做正功，水分子间的总势能减小，与弹簧的弹性势能与弹力做功的关系是相似的．
2．D
【解析】
A项：从状态d到c，气体温度不变，压强减小，由公式可知，体积增大，气体对外做功，故A正确；
B项：由图示图象可知，
a到b过程p与T成正比，是等容变化，则
，从c到是等压变化，由等压变化可知，体积减小，即，则，从c到b过程体系积减小，外界对气体做功，故B正确；
C项：从状态a到d，压强不变，温度升高，内能增大，由公式可知，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故C正确；
D项：从状态b到a为等容变化，温度升高，内能增大，由公式可知，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故D错误。
3．D
【解析】
A．从b等容变化到状态c，根据
可知
根据热力学第一定律，气体没有对外做功，而温度降低，内能能减小，因此一定放出热量，A错误；
B．理想气体的内能是由温度决定的，a、c两状态温度相等，因此内能相等，B错误；
C．由于a、c两状态温度相等，而c的温度小于b的温度，因此a的温度小于b的温度，C错误；
D．从状态a到状态b的过程中，根据热力学第一定律，气体体积膨胀，对外做功，D正确。
故选D。
4．A
【解析】
选A.根据热力学第一定律，气体内能增量ΔU＝W＋Q＝800
J－200
J＝600
J，对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故A选项正确．
5．ABD
【解析】
A．影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对数量，而是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。水蒸气的压强离饱和汽压越近，相对湿度大，越不利于水的蒸发，人们感觉潮湿，故A正确；
B．在油膜法估测分子大小的实验中，在水面上撒痱子粉，是为了清楚看出油膜的轮廓，选项B正确；
C．温度高的物体分子平均动能大，但是内能与物体的温度、体积以及物质的量等因素有关，则温度高的物体的内能不一定大，选项C错误；
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，温度一定升高，则内能一定增加，选项D正确；
E．若rr0，则分子力表现为引力，当分子间距变大时，分子力做负功，则分子势能增大；选项E错误；
故选ABD。
6．ADE
【解析】
气体从外界吸收热量
2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则气体内能增加1.5×104J；
A．气体的内能增加，则温度一定升高，选项A正确；
B．气体的内能增加，选项B错误；
C．气体对外做功，体积变大，温度升高，由可知，压强不一定不变，选项C错误；
D．气体温度升高，则分子的平均动能一定增大，选项D正确；
E．气体体积变大，则分子间平均距离一定变大，选项E正确。
故选ADE。
7．BCE
【解析】
A．对于一定质量的理想气体，压强减小的过程，温度可能升高，内能增加，选项A错误；
B．经过绝热向真空膨胀过程，不吸、放热，Q＝0，不做功，W＝0，内能不变，温度不变，体积增大，压强减小，选项B正确；
C．压强不变，容器壁单位时间单位面积受到的冲量不变，选项C正确；
D．等压膨胀过程，容器壁单位时间单位面积的分子碰撞次数减少，选项D错误；
E．从某一状态出发，先经历绝热膨胀过程，再经历等容升温过程，最后经历等温压缩过程，有可能回到初始状态，选项E正确。
故选BCE。
8．ACD
【解析】
A．充气后，气体分子数增大，温度和体积不变，则密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多，故A正确；
B．充气后，由于温度不变，密封气体的分子平均动能不变，故B错误；
C．充气后，气体分子数增大，温度和体积不变，则密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多，则气体压强增大大于外界大气压强，打开阀门后，密封气体对外界做正功，故C正确；
D．打开阀门后，密封气体对外界做正功，且内能不变，由热力学第一定律可知密封气体从外界吸热，故D正确。
故选ACD。
9．BCE
【解析】
AB．在过程ab中，温度不变，则内能不变，体积增大，即气体对外界做功，即W为负，所以Q一定为正，即一定从外界吸热，A错误B正确；
C．在过程bc中，体积不变，即外界对气体做功为零，温度升高，内能增大，所以一定从外界吸收热量，C正确；
D．在过程ca中，温度减小，即内能减小（U为负），体积减小，即外界对气体做功（W为正），所以Q一定为负，即一定向外界放热，D错误；
E．在图象中，图线上各点与坐标原点的连线斜率，可代表压强，斜率越大，压强越大，在过程ca中，图线上的点与O点连线的斜率越来越大，所以压强越来越大，E正确。
故选BCE。
10．AD
【解析】
AB、对于一定质量的气体，压强和体积都增大时，根据理想气体状态方程，温度一定升高，故分子热运动的平均动能一定增加，故选项A正确，B错误；
C、对于一定质量的气体，压强增大，体积减小时，根据理想气体状态方程，温度可能改变，故分子热运动的平均动能可能改变，故选项C错误；
D、对于一定质量的气体，压强减小，体积增大时，根据理想气体状态方程，温度可能增大，故分子热运动的平均动能可能增大，故选项D正确。
11．①T＝2T0。②
【解析】
①气体先等容变化至压强为，设温度升高至T1，则；
接着等压膨胀至体积为（H+h）S，设温度升高至T，则；
联立解得T＝2T0。
②全过程中外界对气体做的功
由热力学第一定律有△U＝Q+W
解得
12．(1)；(2)吸热
【解析】
(1)根据题意有
设减少的气体体积为，以启用后负压病房内剩余的气体为研究对象，由理想气体状态方程得
解得
则
(2)因为抽气过程中剩余的气体温度升高，故内能增加
而剩余气体的体积膨胀，对外做功
由热力学第一定律
可知，，气体从外界吸收热量。
13．(i)(ii)
【解析】
(i)设阀门打开前气体的热力学温度为T，由盖－吕萨克定律有：
解得：
(ii)设容器内的气体压强为p，取活塞为研究对象，有：
外界对气体所做的功为：
由系统绝热有：
Q=0
由热力学第一定律有：ΔU=W，解得：