高考物理一轮复习 第十四章 热学 第2讲 热力学定律与能量守恒检测

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,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( )

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

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

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。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:

(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ΔT。

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ΔU=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ΔU=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ΔU=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;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W>0,即外界对气体做功。由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知ΔU>0,内能增加。

7.A 根据热力学第一定律,气体内能增量ΔU=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ΔU=W+Q=0,故气体内能不变,选项A正确,C错误;气体被压缩的过程中体积缩小,外界对气体做功,W>0,Q=0,故ΔU>0,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

ΔU=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.对与器壁碰撞的一个氦气分子,由动量定理可得:I=2mv①(3分)

b.设正方体容器某一侧壁面积为S,则Δt时间内碰壁的氦气分子数为:

N=n·SvΔt②

由动量定理得:FΔt=N·I③