1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 热力学定律与能量守恒 基础巩固 1.(2017 北京东城一模 ,13)能直接反映分子平均动能大小的宏观物理量是 ( ) A.物体的温度 B.物体的体积 C.物体的压强 D.物体所含分子数 2.(2015 北京理综 ,13,6分 )下列说法正确的是 ( ) A.物体放出热量 ,其内能一定减小 B.物体对外做功 ,其内能一定减小 C.物体吸收热量 ,同时对外做功 ,其内能可能增加 D.物体放出热量 ,同时对外做功 ,其内能可能不变 3.(2017 北京西城一模 ,13)下列说法正确的是 ( ) A.液体分子的无规则运动称为布朗 运动 B.两分子间距离减小 ,
2、分子间的引力和斥力都减小 C.热力学温度 T与摄氏温度 t的关系是 T=t+273.15 K D.物体对外做功 ,其内能一定减小 4.(2013 北京理综 ,13,6分 )下列说法正确的是 ( ) A.液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动 B.液体分子的无规则运动称为布朗运动 C.物体从外界吸收热量 ,其内能一定增加 D.物体对外界做功 ,其内能一定减少 5.(2017 北京丰台二模 ,13)下列说法中不正确的是 ( ) A.布朗运动不是分子的热运动 B.物体的温度越高 ,分子热运动越剧烈 ,分子的平均 动能越大 C.当分子间距离增大时 ,分子间的引力和斥力都增大 D.气体压强产生的原因是大
3、量气体分子对器壁持续频繁地撞击 6.(2017 北京石景山一模 ,14)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品 ,如图所示。假设袋内气体与外界没有热交换 ,当充气袋四周被挤压时 ,袋内气体 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A.对外界做负功 ,内能增大 B.对外界做负功 ,内能减小 C.对外界做正功 ,内能增大 D.对外界做正功 ,内能减小 7.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
4、D.温度降低 ,内能减少 200 J 综合提能 1.如图 ,用隔板将一绝热汽缸分成两部分 ,隔板左侧充有理想气体 ,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 【 精品教育资源文库 】 2.景颇族的祖先发明的点火器如图所示 ,用牛角做套筒 ,木制推杆前端粘着艾绒
5、。猛推推杆 ,艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体 ,在此压缩过程中 ( ) A.气体温度升高 ,压强不变 B.气体温度升高 ,压强变大 C.气体对外界做正功 ,气体内能增加 D.外界对气体做正功 ,气体内能减少 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 4.(2017北京朝阳二模 ,24,20分 )科学精神的核心是对未知的好奇
6、与探究。小君同学想寻找教科书中 “ 温度是分子平均动能的标志 ” 这一结论的依据。她以氦气为研究对象进行了一番探究。经查阅资料得知 :第一 ,理想气体的模型为气体分子可视为质点 ,分子间除了相互碰撞外 ,分子间无相互作用力 ;第二 ,一定质量的理想气体 ,其压强 p与热力学温度 T的关系式为 p=nkT,式中 n为单位体积内气 体的分子数 ,k 为常数。 她猜想氦气分子的平均动能可能跟其压强有关。她尝试从理论上推导氦气的压强 ,于是建立如下模型 :如图所示 ,正方体容器静止在水平面上 ,其内密封着理想气体 氦气 ,假设每个氦气分子的质量为 m,氦气分子与器壁各面碰撞的机会均等 ;与器壁碰撞前后
7、瞬间 ,分子的速度方向都与器壁垂直 ,且速率不变。 请根据上述信息帮助小君完成下列问题 : 【 精品教育资源文库 】 (1)设单位体积内氦气的分子数为 n,且其热运动的平均速率为 v。 a.求一个氦气分子与器壁碰撞一次受到的冲量大小 I; b.求该正方体容器内氦气的压强 p; c.请以本题中的 氦气为例推导说明 :温度是分子平均动能 (即 mv2)的标志。 (2)小君还想继续探究机械能的变化对氦气温度的影响 ,于是进行了大胆设想 :如果该正方体容器以水平速度 u匀速运动 ,某时刻突然停下来 ,若氦气与外界不发生热传递 ,请你推断该容器中氦气的温度将怎样变化 ?并求出其温度变化量 T 。 【
8、 精品教育资源文库 】 答案精解精析 基础巩固 1.A 温度是分子平均动能大小的标志。 2.C 根据热力学第一定律 U=Q+W 判断 ,只有 C项正确。 3.C 悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动称为布朗运动 ,A错。两分子间距离减小 ,分子间的引力 和斥力都增大 ,B 错。由热力学第一定律 U=W+Q 可知 ,物体对外做功 ,内能不一定减小 ,D错。 4.A 布朗运动是指悬浮在液体中的微粒的无规则运动 ,而不是液体分子的运动 ,故 A选项正确 ,B 选项错误 ;由热力学第一定律 U=W+Q 知 ,若物体从外界吸收热量同时对外做功 ,其内能可能不变 ,也可能减少 ,还可能增加 ,C选项错误 ;
9、物体对外做功同时从外界吸热 ,其内能可能增加 ,也可能不变 ,还可能减少 ,D选项错误。 5.C 当分子间距离增大时 ,分子间的引力和斥力都减小 ,C错。 6.A 无热交换 Q=0,被挤压 W0,即外界对气体做功。由 热力学第一定律 U=W+Q, 可知 U0, 内能增加。 7.A 根据热力学第一定律 ,气体内能增量 U=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。 综合提能 1.ABD 气体自发扩散时不对外做功 ,W=0,汽缸绝热 ,Q=0,由热力学第一定律得 U=W+Q=0, 故气体内能不变 ,选项 A正确 ,C 错误 ;气
10、体被压缩的过程中体积缩小 ,外界对气体做功 ,W0,Q=0,故 U0, 气体内能增大 ,故理想气体的温度升高 ,则分子平均动能增大 ,选项 B、 D正确 ,选项 E错误。 2.B 对封闭气体 ,猛推推杆压缩气体的过程中 ,外界对气体做正功 ,时间极短 ,热传递不计 ,即 Q=0,由U=W+Q 可知内能增大 ,温度升高 ,压强变大 ,故只有 B正确。 3.A 在 M向下滑动的过程中 ,M、 N内被封闭气体体积减小 ,所以外界对气体做功。由热力学第一定律及M、 N内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功 ,气体内能一定增加。故 A正确 ,B、 C、 D错误。 4. 答案 见解析 解析 (1)a.对
11、与器壁碰撞的一个氦气分子 ,由动量定理可得 :I=2mv(3 分 ) b.设正方体容器某一侧壁面积为 S,则 t 时间内碰壁的氦气分 子数为 : N= nSvt 由动量定理得 :Ft=NI 【 精品教育资源文库 】 由牛顿第三定律可得 :器壁受到的压力 F=F 由压强的定义式得 :p= 联立 式得 :p= nmv2(7 分 ) c.由于压强 p和热力学温度 T的关系式为 p=nkT 联立 式得 Ek= mv2= kT 由 式可得 :分子的平均动能 Ek与热力学温度 T成正比 ,故温度是分子平均动能的标志。 (4 分 ) (2)设正方体容器中有 N个氦气分子 ,当氦气随容器匀速运动时 ,整个气体机械运动的动能为(Nm)u2,设此时氦气的温度为 T1,容器内氦气的内能等于 分子热运动的动能之和即 N kT1。 当氦气随容器突然停止时 ,气体机械运动的动能为零 ,设此时氦气温度为 T2,则该容器内氦气的内能为 N kT2。 根据能量转化与守恒定律有 : (Nm)u2+ NkT1= NkT2 解得 :T=T 2-T1= 所以氦气温度升高 ,升高的温度为 T= (6分 )
