【物理】2020届一轮复习人教版选修3－3热力学定律作业

【物理】2020届一轮复习人教版选修3－3热力学定律作业

‎ (七十七) 热力学定律 作业 ‎1.(多选)如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸内部光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，在此过程中，如果环境温度保持不变，下列说法正确的是(　　)‎ A．气体分子平均动能不变 B．气体内能减小 C．气体吸收热量 D．气体内能不变，却对外做功，此过程违背热力学第一定律，不可能实现 E．气体是从单一热库吸热，全部用对外做功，但此过程不违背热力学第二定律 解析：选ACE　环境温度保持不变，由于汽缸导热，则汽缸内气体温度不变，故气体分子平均动能不变，故A正确；一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，温度不变，则气体内能不变，故B错误；气体温度不变，内能不变，体积膨胀时对外做功，根据热力学第一定律知，气体一定吸热，故C正确；气体内能不变，对外做功，从外界吸收热量，不违背热力学第一定律，可以实现，故D错误；由热力学第二定律知，不可能从单一热库吸热全部用做功而不引起其他变化，该气体是从单一热库吸热，全部用对外做功，此过程是在外界的影响下发生的，所以不违背热力学第二定律，故E正确。‎ ‎2．(多选)(2016·海南高考)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是(　　)‎ A．气体经历过程1，其温度降低 B．气体经历过程1，其内能减小 C．气体在过程2中一直对外放热 D．气体在过程2中一直对外做功 E．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同 解析：选ABE　气体经历过程1，压强减小，体积变大，膨胀对外做功，且与外界无热量交换，则内能减小，故温度降低，选项A、B正确；气体在过程2中，根据理想气体状态方程＝C，开始时，气体体积不变，压强减小，则温度降低，对外放热；然后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，则温度升高，吸热，选项C、D错误；无论是经历过程1还是过程2，气体初、末状态相同，故内能改变量相同，选项E正确。‎ ‎3．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．气体内热运动速率大的分子数占总分子数的比例与温度有关 B．功可以全部转化为热量，但热量不能全部转化为功 C．空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫空气的相对湿度 D．一定质量的理想气体，在体积不变时，分子每秒与器壁的碰撞次数随着温度降低而减小 E．一定质量的理想气体，当气体温度升高时，因做功情况不明确，其内能不一定增大 解析：选ACD　温度越高，气体内热运动速率大的分子数占总分子数的比例越大，A正确；功可以全部转化为热量，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下热量也可以全部转化为功，B错误；由空气的相对湿度定义知，C正确；一定质量的理想气体，在体积不变时，温度降低，压强减小，根据气体压强的微观解释可知，分子每秒与器壁碰撞的次数减小，D正确；一定质量的理想气体，分子势能不计，当气体温度升高时，分子热运动的平均动能增大，故内能一定增大，E错误。‎ ‎4．(2018·江苏高考)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，整个过程中对外界放出61.4 J热量。求该气体在A→B过程中对外界所做的功。‎ 解析：整个过程中，外界对气体做功W＝WAB＋WCA，‎ 且WCA＝pA(VC－VA)，‎ 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)，‎ 代入数据得WAB＝－138.6 J，‎ 即气体对外界做的功为138.6 J。‎ 答案：138.6 J ‎5．如图所示的p V图像记录了一定量的理想气体经历的缓慢变化过程A→B→C，其中AB段是体积保持不变的过程，BC段是绝热过程。已知该理想气体内能与温度的关系为U＝CT，其中C＝10 J/K，A点的热力学温度为TA＝450 K。求B→C过程中外界对气体所做的功。‎ 解析：A→B过程为等容变化，由查理定律有＝ ‎ 得：TB＝189 K 等容过程没有做功，由热力学第一定律，此过程放热 Q＝C(TA－TB)＝2 610 J 对A、C两状态，由理想气体状态方程有＝ 得：TC＝ 300 K B→C过程无热传递，A→B过程无做功，对A→B→C全过程，‎ 由热力学第一定律有C(TC－TA) ＝W－Q 得：B→C过程外界对气体做功W＝1 110 J。‎ 答案：1 110 J ‎6.如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为外界大气的压强和温度。已知：气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；缸内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：‎ ‎(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；‎ ‎(2)在活塞下降过程中，缸内气体放出的热量Q。‎ 解析：(1)在气体压强由1.2p0减小到p0时，V不变，‎ 温度由2.4T0变为T1，由查理定律得：＝，‎ 解得：T1＝2T0‎ 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，‎ 由盖－吕萨克定律得：＝，解得：V1＝0.5V。‎ ‎(2)活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W＝p0(V－V1)‎ 在这一过程中，气体内能的减少量为ΔU＝a(T1－T0)‎ 由热力学第一定律得，缸内气体放出的热量为Q＝W＋ΔU 解得：Q＝p0V＋aT0。‎ 答案：(1)0.5V　(2)p0V＋aT0‎