高考物理总复习 课时作业21 热力学定律及能量守恒 气体

高考物理总复习课时作业21 热力学定律及能量守恒气体
1．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子热能)( ) A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
解析：本题考查热力学第一定律，意在考查考生对基本的定律的掌握情况．气体的温度降低，则内能减小，又外界对气体做了功，由热力学第一定律知，气体要向外放出热量．答案：D
2.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体( )
A．对外做正功，分子的平均动能减小
B．对外做正功，内能增大
C．对外做负功，分子的平均动能增大
D．对外做负功，内能减小
解析：缸内气体膨胀，对外做正功，即W＜0，缸内气体与外界无热交换，即Q＝0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU可知，ΔU＜0，即缸内气体的内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，故选项B、C、D错误，选项A正确．
答案：A
3．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
解析：M 筒向下滑动的过程中压缩气体，外界对气体做功，又由于气体不与外界发生热交换，根据热力学第一定律可知气体的内能增大，选项A 正确．
答案：A
4.如图，一定量的理想气体从状态a 沿直线变化到状态b ，在此过程中，其压强( )
A ．逐渐增大
B ．逐渐减小
C ．始终不变
D ．先增大后减小
解析：气体从a 到b 的变化过程中，体积V 减小，温度T 升高，由理想气体状态方程pV T
＝
C 可知，气体压强逐渐增大，本题只有选项A 正确．
答案：A
5.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细砂，活塞处于静止，现对气体缓慢加热，同时逐渐取走细砂，使活塞缓慢上升，直到细砂全部取走，若活塞与汽缸之间的摩擦力可忽略，则在此过程中( )
A ．气体压强可能增大，内能可能不变
B ．气体从外界吸热，内能一定增加
C ．气体对外做功，内能一定减小
D ．气体对外做功，气体温度可能不变
解析：“逐渐取走细砂，使活塞缓慢上升”，说明气体压强减小，对外做功，A 错误；因为导热的汽缸在加热过程中，对外做功，气体内能可能增加、可能不变、也可能减小，B 、C 错误，D 正确．
答案：D
6．如图所示，有一圆筒形绝热容器，用绝热且具有一定质量的活塞密封一定量的理想气体，不计活塞与容器之间的摩擦．开始时容器直立在水平桌面上，容器内气体处于状态a ，然后将容器缓慢平放在桌面上，稳定后气体处于状态b .下列说法正确的是( )
A．与a态相比，b态气体分子间作用力较小
B．与a态相比，b态气体的温度较低
C．a、b两态的气体分子对活塞的压力相等
D．a、b两态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数相等
解析：理想气体不计分子间作用力，A错；由a到b，气体对外做功且绝热，所以温度降低，B对；两态压强不等，所以压力不等，C错；分子在单位时间内撞击活塞的个数取决于两个因素，温度和分子密度，D错．
答案：B
7．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是( ) A．能量耗散说明能量不守恒
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量仍守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有的方向性
解析：能量耗散是指能量转化的过程中能量的散失，说明自然界中的宏观热现象的发展过程是有方向性的，符合热力学第二定律，且不违背能量守恒定律，故C、D正确．答案：CD
8.如图是密闭的汽缸，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
解析：由热力学第一定律知：ΔU＝Q＋W＝800 J－200 J＝600 J，所以内能增加600 J，温度升高，本题只有选项A正确．
答案：A
9.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K, P中充满气体，Q为真空，整个系统
与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则( )
A．气体体积膨胀，内能增加
B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体分子势能增加，压强可能不变
D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
解析：气体的膨胀过程没有热交换，可以判断Q＝0；由于容器Q内为真空，所以气体是自由膨胀，虽然体积变大，但是气体并不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，由以上可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，显然选项A、B错误．由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积变大时分子引力做负功，分子势能增加，由此进一步推断分子动能减少，温度降低；体积变大、温度降低，则气体压强变小，所以选项C错误．宏观中的热现象都是不可逆的，所以D正确．
答案：D
10.如图所示．一定质量的理想气体用不导热的活塞封闭在内壁光滑的绝热汽缸内，汽缸竖直放置，缸内安装一电热丝，活塞质量为m，横截面积为S，外界大气压强为p0，重力加速度为g，开始时活塞处于静止状态，将电热丝通电给气体缓慢加热，测得电热丝两端电压为U，通过的电流为I，经过时间t，活塞缓慢向上移动距离L，求：
(1)气体对外所做的功；
(2)气体内能的增加量．
解析：(1)设气体的压强为p，由平衡条件知，
pS＝p0S＋mg
所以气体对外所做功W＝(p0S＋mg)L0.
(2)由热力学第一定律可知，气体内能增加量
ΔU＝Q＋W
则ΔU＝UIt－(p0S＋mg)L0.
答案：(1)(p0S＋mg)L0
(2)UIt－(p0S＋mg)L0
11.如图，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管，下部有长l1＝66 cm的水银柱，中间封有长l2＝6.6 cm的空气柱，上部有长l3＝44 cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐．已知大气压强为p0＝76 cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度．封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气．
p3＝p0＋ρgx⑤
由玻意耳定律得
p1(Sl2)＝p3(Sh′)⑥
式中h′是此时空气柱的长度．由①②③⑤⑥式得
h′≈9.2 cm.
答案：12 cm 9.2 cm。