人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律综合与测试同步达标检测题

第三章　热力学定律

专题强化练8　气体实验定律和热力学第一定律的综合应用

一、选择题

1.(2020山东莱州一中高二上月考,)(多选)如图所示,绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分,K与汽缸壁的接触面是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b,气体分子的分子势能忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后,a、b各自达到新的平衡,则(　　)

A.a的体积增大了,压强变小了

B.b的温度升高了

C.加热后a的分子的热运动比b的分子的热运动更剧烈

D.a增加的内能大于b增加的内能

2.(2020云南高三上模拟节选,)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B和C又回到状态A,其压强p随体积V变化的图线如图所示,其中A到B为绝热过程,C到A为等温过程。则下列说法正确的是(　　)

A.A状态速率大的分子比例较B状态多

B.A→B过程,气体分子平均动能增大

C.B→C过程,气体对外做功

D.B→C过程,气体放热

3.(2020江西景德镇一中高二上期末,)(多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V-t图像,气体由状态A变化到状态B的过程中,下列说法正确的是(　　)

A.气体的内能增大

B.气体的压强减小

C.气体的压强不变

D.气体对外做功,同时从外界吸收热量

二、非选择题

4.(2020宁夏银川一中高三上月考,)如图所示,一圆柱形绝热容器竖直放置,通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想气体,活塞的质量为m,横截面积为S,与容器底部相距h1。现通过电热丝给气体加热一段时间,使其摄氏温度上升到t2,若这段时间内气体吸收的热量为Q,已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计一切摩擦。

(1)这段时间内活塞上升的距离是多少?

(2)这段时间内气体的内能如何变化,变化了多少?

5.(2020四川棠湖中学高三上期末,)如图所示,一篮球内气体的压强为p0、体积为V0、温度为T0,用打气筒对球充入压强为p0、温度为T0的气体,使球内气体压强变为3p0,同时温度升至2T0,充气过程中气体向外放出Q的热量,假设篮球体积不变,气体内能U与温度的关系为U=kT(k为正常数),求:

(1)打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积;

(2)打气筒对篮球充气过程中打气筒对气体做的功。

答案全解全析

1.BCD　对a加热时,气体a的温度升高,压强增大,由于K与汽缸壁的接触面是光滑的,可以自由移动,所以a、b两部分的压强始终相同。气体b被压缩,外界对气体b做功,又因与外界没有发生热交换,所以b的内能增大,温度升高。根据理想气体状态方程=C,可知b体积减小,温度升高,压强一定增大,故A错误,B正确。a、b气体的压强始终相同,a的体积较大,则气体a的温度较高,所以加热后a的分子的热运动比b的分子的热运动更剧烈,故C正确。由于气体a膨胀,气体b被压缩,最终气体a的体积大于气体b的体积,所以a气体的温度较高,内能增加较多,故D正确。

2.AC　由图可知A→B过程,气体绝热膨胀,气体对外做功,内能减小,温度降低,气体分子的平均动能减小,则A状态速率大的分子比例较B状态多,故选项A正确,B错误。B→C过程是等压变化,气体体积增大,则气体对外做功,W<0;温度升高,气体内能增大,即ΔU>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,则Q>0,即气体吸热,故选项C正确,D错误。

3.ABD　气体由状态A变化到状态B的过程中,温度升高,气体的内能增大,故选项A正确;作出A、B两状态的等压线如图所示,由图像分析可知图线b斜率大,对应的压强小,说明从状态A到状态B压强减小,故选项B正确,C错误;气体由状态A变化到状态B的过程中,温度升高,则ΔU>0,体积增大,对外做功,则W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知Q>0,说明气体从外界吸收热量,故选项D正确。

4.答案　(1)h1

(2)气体的内能增大,增大了Q-(p0S+mg)h1

解析　(1)对活塞受力分析如图:

由平衡条件得pS=p0S+mg

解得p=p0+

设温度为t2时活塞与容器底部相距h2,因为气体做等压变化,由盖-吕萨克定律有=

即=

解得h2=h1

活塞上升了Δh=h2-h1=h1。

(2)气体对外做功,W取负值

W=-pS·Δh=-(p0S+mg)h1

由热力学第一定律ΔU=Q+W得

ΔU=Q+W=Q-(p0S+mg)h1

5.答案　(1)0.5V0　(2)Q+kT0

解析　(1)设打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积为V,以篮球内气体及充入的气体整体为研究对象,气体的初状态参量:p1=p0、V1=V0+V、T1=T0

气体的末状态参量:p2=3p0、V2=V0、T2=2T0

根据理想气体状态方程有=

解得V=0.5V0

(2)因为气体内能U与温度的关系为U=kT

所以打气过程内能变化ΔU=k(2T0-T0)=kT0

由热力学第一定律得ΔU=W+(-Q)

解得打气筒对气体做的功W=Q+kT0