2024年人教版高中物理选择性必修第三册素养培优练(三)热力学定律.docxVIP

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素养培优练(三)热力学定律

一、热力学第一定律与能量守恒定律

1.如图,在研究功与内能改变的关系时,将一小块易燃物放在厚玻璃筒底部,用力向下压活塞,可以将易燃物点燃。关于该实验,下列说法正确的是()

A.筒内气体,在被压缩的同时从外界迅速吸收热量,导致气体温度升高

B.只要最终筒内气体压强足够大,筒内易燃物就会被点燃

C.若实验中易燃物被点燃,是活塞与筒壁间摩擦生热导致的

D.该实验成功的关键是向下压活塞的力要大,速度要快

【解析】选D。本实验的要求是迅速下压活塞,这样时间较短并且玻璃筒较厚,筒内气体几乎来不及从外界迅速吸收热量,所以气体温度升高不是从外界吸收热量造成的,故A错误;气体温度与内能有关,改变内能的方式是做功与热传递,筒内气体压强大,不代表温度高,如果缓慢下压,筒内气体就有足够时间与外界发生热交换,温度几乎不升高,易燃物不会被点燃,故B错误;活塞与筒壁间摩擦力很小,行程也较小,所以活塞与筒壁间摩擦生热几乎可以忽略,故C错误;该实验成功的关键是气体体积变化要大,同时要来不及与外界发生热交换,这就要求向下压活塞的力要大,速度要快,故D正确。故选D。

2.下列说法正确的是()

A.物体放出热量,其内能一定减少

B.外界对物体做功,其内能一定增加

C.物体吸收热量同时对外做功,其内能一定减少

D.物体吸收热量且外界对物体做功,其内能一定增加

【解析】选D。根据热力学第一定律ΔU=Q+W知,内能的增量ΔU由Q和W共同决定,物体放出热量Q,但做功W不确定,所以其内能不一定减少,故A错误;同理,外界对物体做功,热量传递Q不确定,其内能也不一定增加,故B错误;物体吸收热量,有Q0,物体对外做功,有W0,但Q+W并不确定,根据热力学第一定律知,ΔU也不确定,所以其内能不一定减少,故C错误;物体吸收热量且外界对物体做功,有Q0,W0,根据热力学第一定律知,ΔU0,即其内能一定增加,故D正确。故选D。

3.[2023·天津等级考]如图是爬山所带氧气瓶,氧气瓶里的气体体积、质量不变,爬高过程中,温度减小,则气体()

A.对外做功

B.内能减小

C.吸收热量

D.压强不变

【解析】选B。由于爬山过程中气体体积不变,故气体不对外做功,故A错误;爬山过程中温度降低,则气体内能减小,故B正确;根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q,爬山过程中气体不做功,但内能减小,故可知气体放出热量,故C错误;爬山过程中氧气瓶里的气体体积、质量均不变,温度减小,根据理想气体状态方程有pVT=C

4.如图所示的两端开口的U形管中,盛有同种液体,并用阀门K将液体隔成左、右两部分,左边液面比右边液面高。现打开阀门K,从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程中,液体向外放热为Q,内能变化量为ΔU,动能变化量为ΔEk;大气对液体做功为W1,重力做功为W2,液体克服阻力做功为W3,由功能关系可得①W1=0;

②W2-W3=ΔEk;③W2-W3=Q=ΔU;④W3-Q=ΔU,其中,正确的是()

A.①②③ B.①②④

C.②③ D.①③

【解析】选B。由动能定理可知W2-W3+W1=ΔEk,其中W1=p·ΔV左-p·ΔV右=0,可知①②正确。由热力学第一定律ΔU=W+Q得ΔU=W3-Q,可知④正确,③错误,选项B正确。故选B。

5.某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时,停止加热。

(1)假定在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量。锅内原有气体的内能如何变化?变化了多少?

(2)已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p=p0(1-αH),其中常数α0。结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅,当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同。

【解析】(1)根据热力学第一定律:ΔU=W+Q,气体对外做功,W=-1J;气体向外放热,热量Q=-2J。则有:ΔU=W+Q=-3J,负号表示内能减少。锅内原有气体内能减少,减少了3J。

(2)由p=p0(1-αH)(其中α0),随着海拔高度的增加,大气压强减小;锅内气体压强p1=p+mgS=p0(1-αH)+mgS,随着海拔高度的增加,阀门被顶起时锅内气体压强减小;根据查理定律p1

答案:(1)减少3J(2)温度随着海拔高度的增加而降低分析过程见解析

二、热力学定律的综合应用

6.[2022·江苏选择考]如图所示,一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程,其中a→b为等温过程,状态b、c的体积相同,则()

A.状态a的内能大于状态b

B.状态a的温度高于状态c

C.a→c过程中气体吸收热量

D.a→c过程中外界对气