1、第三章第三章热力学定律热力学定律 第第 2323 节综合拔高练节综合拔高练 五年选考练五年选考练 考点考点 1 1热力学第一定律的理解与应用热力学第一定律的理解与应用 1.2019 课标,33(1),5 分,某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝 热性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大 于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空 气的温度(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密 度(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。 2.2017 课标,33(1),5 分,(多选)用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板
2、左 侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩 散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假 设整个系统不漏气。下列说法正确的是() A.气体自发扩散前后内能相同 B.气体在被压缩的过程中内能增大 C.在自发扩散过程中,气体对外界做功 D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功 E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变 考点考点 2 2气体实验定律和热力学第一定律的综合应用气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 3.(2020 天津,5,5 分,)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示 意如图。从储水罐充气口充入气体,达
3、到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀 门 M 打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不 变,则气体() A.压强变大 B.对外界做功 C.对外界放热 D.分子平均动能变大 4.(2020 山东,6,3 分,)一定质量的理想气体从状态 a 开始,经 ab、bc、 ca 三个过程后回到初始状态 a,其 p-V 图像如图所示。已知三个状态的坐标分 别为 a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0)。以下判断正确的是() A.气体在 ab 过程中对外界做的功小于在 bc 过程中对外界做的功 B.气体在 ab 过程中从外界吸收的热量大于在 bc 过程中从外界
4、吸收的热量 C.在 ca 过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在 ca 过程中内能的减少量大于 bc 过程中内能的增加量 5.2018 课标,33(1),5 分,(多选)如图,一定质量的理想气体从状态 a 开始, 经历过程、到达状态 e。对此气体,下列说法正确的是() A.过程中气体的压强逐渐减小 B.过程中气体对外界做正功 C.过程中气体从外界吸收了热量 D.状态 c、d 的内能相等 E.状态 d 的压强比状态 b 的压强小 6.2018 课标,33(1),5 分,(多选)如图,一定量的理想气体从状态 a 变化到 状态 b,其过程如 p-V 图中从 a 到 b 的直线所
5、示。 在此过程中() A.气体温度一直降低 B.气体内能一直增加 C.气体一直对外做功 D.气体一直从外界吸热 E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功 7.2017 课标,33(1),5 分,(多选)如图,一定质量的理想气体从状态 a 出发, 经过等容过程 ab 到达状态 b,再经过等温过程 bc 到达状态 c,最后经等压过程 ca 回到初态 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 ca 中外界对气体做功 C.在过程 ab 中气体对外界做功 D.在过程 bc 中气体从外界吸收热量 E.在过程 ca 中气体从外界吸收热量 8.2020 江苏单科,13A(3),一
6、定质量的理想气体从状态 A 经状态 B 变化到状态 C,其 p-1 ?图像如图所示,求该过程中气体吸收的热量 Q。 9.2019 江苏单科,13A(3),如图所示,一定质量理想气体经历 AB 的等压过 程,BC 的绝热过程(气体与外界无热量交换),其中 BC 过程中内能减少 900 J。 求 ABC 过程中气体对外界做的总功。 三年模拟练三年模拟练 应用实践应用实践 1.(2020 山东新高考模拟,)如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝 热活塞分为体积相等的 a、b 两部分。已知 a 部分气体为 1 mol 氧气,b 部分气体 为 2 mol 氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气
7、体。解除锁定,活塞滑动一 段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为 Va、Vb,温度分别 为 Ta、Tb。下列说法正确的是() A.VaVb,TaTbB.VaVb,TaTb C.VaVb,TaTbD.VaTb 2.(2020 海南新高考模拟,)一定质量的理想气体,从状态 M 开始,经状态 N、Q 回 到原状态 M,其 p-V 图像如图所示,其中 QM 平行于横轴,NQ 平行于纵轴,则() A.MN 过程气体温度不变 B.NQ 过程气体对外做功 C.NQ 过程气体内能减小 D.QM 过程气体放出热量 3.(2020 江苏南京、盐城高三上联考,)(多选)一定质量的理想气体由状态
8、A 经 等压变化到状态 B,气体吸收热量为 Q1;再由状态 B 经等容变化到状态 C,气体放出 热量为 Q2。已知状态 A 的体积 VA=0.2 m 3,状态 A 的温度 T A=200 K,状态 B 的温度 TB=400 K,状态 C 的温度 TC=200 K,则() A.状态 B 的体积 VB=0.4 m 3 B.Q1Q2 4.(2020 湖北武汉部分学校高三上模拟,)一定质量的某种理想气体由状态 A 变 化到状态 C,其有关数据如图所示,且状态 A 的温度为 T0。已知理想气体的内能 U 与温度 T 的关系为 U=aT,其中 a 为正的常量。求: (1)气体在状态 C 时的温度 TC;
9、(2)气体由状态 B 变化到状态 C 的过程中,放出的热量。 5.(2020 江西高安中学高二上期末,)如图甲所示,一圆柱形导热汽缸水平放置, 通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体,此时封闭气体的热力学温度为 T(活塞 与汽缸底部相距 L)。现将汽缸逆时针缓慢转动直至汽缸处于竖直位置,如图乙所 示,此时活塞与汽缸底部相距3 4L。现给汽缸外部套上绝热泡沫材料(未画出)且通过 电热丝缓慢加热封闭气体,当封闭气体吸收热量 Q 时,气体的热力学温度上升到16 15T。 已知活塞的横截面积为 S,外界环境的热力学温度恒为 T,大气压强为 p0,重力加速 度大小为 g,不计活塞与汽缸的摩擦。求: (1)
10、活塞的质量 m; (2)加热过程中气体内能的增加量。 迁移创新迁移创新 6.()爆米花酥脆可口、老少皆宜,是许多人喜爱的休闲零食。如图为高压爆米 花机的装置图,玉米在铁质的密闭容器内被加热,封闭气体被加热成高温高压气体, 当打开容器盖后,“嘭”的一声,气体迅速膨胀,压强急剧减小,玉米粒就“爆炸” 成了爆米花。设当地温度为 t1=27 ,大气压为 p0,已知密闭容器打开前的气体压 强达到 4p0,取 T=t+273 K。 (1)试判断容器内的气体能否看作理想气体?求密闭容器打开前瞬间气体的温度。 (2)假定在一次打开的过程中,容器内气体膨胀对外界做功 15 kJ,并向外释放了 20 kJ 的热量
11、。试分析:容器内原有气体的内能如何变化?变化了多少? 答案全解全析答案全解全析 五年选考练五年选考练 1.答案低于大于 解析由题意可知,封闭气体经历了绝热膨胀的过程,此过程中气体对外界做 功,W0,Q=0,故U0,气体内能增大,故理想气体的温度升高,分子 的平均动能增大,选项 B、D 正确,选项 E 错误。 3.B由题意知,水不断喷出,气体体积增大,温度不变,由玻意耳定律得,罐内气体 压强减小,A 错误;气体体积增大,对外做功,B 正确;温度是分子平均动能的标志, 故温度不变,分子平均动能不变,D 错误;温度不变,气体对外做功,由热力学第一定 律得气体需要从外界吸收热量,C 错误。 4.C状态
12、 a 到状态 b,体积变大,气体对外界做的功 W1在数值上等于 ab 图线与横 轴围成图形的面积,同理,状态 b 到状态 c,气体对外界做的功 W2在数值上等于 bc 图线与横轴围成图形的面积,故 W1=W2,选项 A 错误;由理想气体状态方程? ? =C 结合 p-V 图像可知,Ta=TbTc,理想气体的内能由温度决定,即 Ua=Ub0,由热力学第一定律U=W+Q 可知 Q1Q2, 故选项 B 错误;ca 过程为等压变化,体积减小,温度降低,U30,则 Q3W3,故选项 C 正确。 5.BDE过程是等容升温过程,由? ?= ? ?,可知压强逐渐增大,A 项错误。过程中 气体膨胀,故气体对外界
13、做正功,B 项正确。过程为等容降温过程,气体向外放出 热量,C 项错误。一定质量的理想气体的内能只与温度有关,而 Tc=Td,所以状态 c、 d 的内能相等,D 项正确。由理想气体状态方程? ? =C 得 p=C? ?,由题图可知 ? ? ? ?,则 pbpd,E 项正确。 6.BCD对于一定量的理想气体有? ? =恒量。从 a 到 b,p 逐渐增大,V 逐渐增大,所 以 p 与 V 的乘积 pV 增大,可知 T 增大,则气体的内能一直增加,故 A 错误、B 正确。 由于 V 逐渐增大,可知气体一直对外做功,故 C 正确。由热力学第一定律U=Q+W, 因U0,W0,即气体一直从外界吸热,且吸收
14、的热量大于对外做的功,故 D 正确、E 错误。 7.ABD由 p-V 图可知,在过程 ab 中体积不变,气体不对外做功,W=0,压强增大,温 度升高,气体内能增加,选项 A 正确,C 错误;过程 bc 为等温变化过程,理想气体内 能不变,而体积增大,气体对外做功,W0,气体 从外界吸收热量,选项 D 正确;过程 ca 为等压变化过程,体积减小,外界对气体做 功,W0,由盖-吕萨克定律知气体温度降低,内能减小,由U=W+Q 知 Q0,气体放出 热量,选项 B 正确,E 错误。 8.答案210 5 J 解析AB 过程,外界对气体做的功 W1=p(VA-VB) BC 过程 W2=0 根据热力学第一定
15、律得U=(W1+W2)+Q A 和 C 的温度相等U=0 代入数据解得 Q=210 5 J 9.答案1 500 J 解析AB 过程,W1=-p(VB-VA);BC 过程,根据热力学第一定律,W2=U;则气体对 外界做的总功 W=-(W1+W2),代入数据得 W=1 500 J。 三年模拟练三年模拟练 1.D开始时,a、b 两部分气体的体积相等,温度相等,a 部分气体为 1 mol 氧气,b 部分气体为 2 mol 氧气,所以 b 部分气体分子的数密度较大,压强较大。解除锁定 后,活塞向 a 方向移动,所以 VaTb。故选项 D 正确。 2.DMN 过程气体的 pV 乘积先增加后减小,可知温度先
16、升高后降低,选项 A 错 误;NQ 过程气体的体积不变,不对外做功,选项 B 错误;NQ 过程气体压强增大, 体积不变,由? ? =C 可知,温度升高,则气体内能增加,选项 C 错误;QM 过程气体压 强不变,体积减小,外界对气体做功,即 W0,由? ? =C 可知,温度降低,内能减小,即 U0,根据热力学第一定律U=W+Q 可知 Q0,气体放出热量,选项 D 正确。 3.AD设气体在状态 B 时的体积为 VB,由盖-吕萨克定律得? ?= ? ?,代入数据解得 VB=0.4 m 3,故选项 A 正确;因为 T A=TC,故 AB 增加的内能与 BC 减小的内能相同, 而 AB 过程气体对外做功
17、,BC 过程气体不做功,由热力学第一定律可知 Q1大于 Q2,故选项 B、C 错误,D 正确。 4.答案(1)0.3T0(2)0.3aT0+0.3p0V0 解析(1)一定质量的理想气体由状态 A 变化到状态 C,由理想气体状态方程有 ? ? =? ? 解得 TC=0.3T0 (2)气体由状态 A 变化到状态 B,由查理定律有? ?= ? ? 解得 TB=0.6T0 气体由状态 B 变化到状态 C,外界对气体做功 W=0.6p0(V0-0.5V0)=0.3p0V0 内能的变化U=a(TC-TB)=-0.3aT0 由热力学第一定律有U=W+Q 解得 Q=-0.3aT0-0.3p0V0 所以气体由状
18、态 B 变化到状态 C,放出的热量为 Q=0.3aT0+0.3p0V0。 5.答案(1)?0S 3? (2)Q- 1 15p0LS 解析(1)汽缸水平放置时,封闭气体的压强等于大气压,即 p1=p0 汽缸处于竖直位置时,封闭气体的压强 p2=p0+? ? 根据玻意耳定律有 p1LS=p23 4LS 解得 m=?0S 3? 所以 p2=4 3p0 (2)设气体的热力学温度上升到16 15T 时,活塞到汽缸底部的距离为 L,对于加热 过程,由盖-吕萨克定律有 3 4LS ? =? 16 15T 解得 L=4 5L 气体对外做功,W 取负值,W=-p2S(L-3 4L) 根据热力学第一定律有U=Q+W 又因为 p2=4 3p0 解得U=Q- 1 15p0LS 6.答案(1)能看作理想气体927 (2)减少35 kJ 解析(1)由于密闭容器内气体的温度不太低,压强不太大,可以将这样的实际气 体看作理想气体。 初状态:p1=p0,T1=300 K 末状态:p2=4p0 根据查理定律有?1 ?1= ?2 ?2 解得 T2=1 200 K,所以 t2=927 。 (2)由热力学第一定律U=Q+W 解得U=-20 kJ-15 kJ=-35 kJ 所以气体的内能减少 35 kJ。
