粤教版高中物理选择性必修第三册专练2含答案

专练二　理想气体与热力学定律

1．在一个密闭容器内有一滴15 ℃的水，过一段时间后，水滴蒸发变成了水蒸气，温度还是15 ℃，下列说法正确的是(　　)

A．分子势能减小   B．分子平均动能减小

C．内能一定增加   D．分子的速率都减小

【答案】C

【解析】它的内能增加，由于水滴蒸发变成了水蒸气过程，需要吸收热量，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，在密闭容器内不考虑外界做功，W＝0，Q＞0，故它的内能增加了，C正确；水蒸气的分子势能大于水的分子势能，温度一样，分子平均动能不变，分子的速率不可能都减小，内能是所有分子势能和分子动能的总和，故分子势能增大，A、B、D错误．

2．如图，一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，已知气体由从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为W1，同时向外界放出热量Q1；从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为W2，与外界的热交换量为Q2，下列说法正确的是(　　)

A．气体在状态a、状态b、状态c时的内能相等

B．W2＝3W1

C．Q1＋Q2＝2p0V0

D．W1＋W2＝Q1＋Q2

【答案】D

【解析】在p－V图像中，根据＝c可知，气体由状态a经状态b变化到状态c的过程中，温度先增大后减小，即Ta＝Tc<Tb，故气体在状态a与状态c时的内能相等，都小于状态b的内能，A错误；在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示外界对气体做的功，则W1＝×(p0＋2p0)×V0＝，W2＝×(2p0＋3p0)×V0＝，故W2＝W1，B错误；一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，内能的变化量为0，即与外界交换的热量与外界对气体所做的功大小相等，即Q1＋Q2＝W1＋W2＝＋＝4p0V0，C错误；从a到b，温度升高，内能增大，外界对气体做功，气体向外界放出热量Q1，根据热力学第一定律可得ΔU＝－Q1＋W1，从b到c，温度降低，内能减小，外界对气体做功，则气体向外界放出热量，根据热力学第一定律可得－ΔU＝W2－Q2，则有W1＋W2＝Q1＋Q2，D正确．

3．如图所示，汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，汽缸和活塞是绝热的，汽缸固定不动，一条细线左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后吊着一个装沙的小桶，开始时活塞静止，某时刻开始小桶中的沙缓慢漏出的过程中，不计活塞与汽缸的摩擦，下列说法正确的是(　　)

A．汽缸内的活塞向右运动 B．汽缸内气体的内能变小

C．汽缸内气体的压强减小 D．汽缸内气体分子的平均动能变大

【答案】D

【解析】设汽缸内气体压强为p，以活塞为研究对象受力分析，根据平衡条件pS＋T＝p0S，细沙不断流出时绳子拉力T变小，而p0不变，故p变大，气体体积减小，则汽缸内的活塞向左运动，气体被压缩，外界对气体做功，由于汽缸和活塞是绝热的，由热力学第一定律可知气体的内能变大，温度升高，则汽缸内气体的分子平均动能变大，则A、B、C错误，D正确．

4．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图像如图所示．下列判断正确的是(　　)

A．过程ab中气体的体积增大

B．过程bc中气体既不吸热也不放热

C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热

D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

【答案】D

【解析】由图可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，A错误；由图可知，bc过程气体发生等温变化，由pV＝c知bc过程体积增大，对外做功，温度不变，则气体内能保持不变，由热力学第一定律知bc过程吸热，B错误；过程ca中温度降低，体积减小，则内能减小，外界对气体所做的功小于气体所放的热，C错误；b和c两个状态中，温度相同，分子平均动能相同，体积不同，分子密度不同，则容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，D正确．

5．如图所示为一定质量的理想气体状态变化的V－T图像．已知在状态A时的压强为p0，则(　　)

A．状态C时的压强为2p0

B．B→C过程中气体从外界吸热

C．A→B过程中外界对气体做功p0V0

D．A→B过程中单个分子对容器壁的平均撞击力不变

【答案】D

【解析】从A到B温度不变，有pB＝pA＝2p0，从B到C体积不变，则状态C时的压强为pC＝pB＝＝p0，A错误；B→C过程气体体积不变，则W＝0，温度降低，内能减小，即ΔU<0，根据热力学第一定律可知Q<0，即气体向外界放热，B错误；A→B过程中体积减小，则外界对气体做功，由于压强变大，所以外界对气体做功大于p0V0，C错误；A→B过程中温度不变，所以单个分子对容器壁的平均撞击力不变，D正确．

6．如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a．对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是(　　)

A．ab过程中，气体始终吸热，内能增大

B．ca过程中，气体始终吸热，内能增大

C．bc过程中，气体的温度先降低后升高

D．气体在经历abca的循环过程后是放热的

【答案】A

【解析】ab过程中，气体体积不变，则W＝0，压强变大，温度升高，内能变大，ΔU>0，则Q>0，即气体始终吸热，A正确；ca过程中，气体压强不变，体积减小，则W>0，温度降低，内能减小，即ΔU<0，则Q<0，即气体始终放热，B错误；bc过程中，因乘积pV先增加后减小，则气体的温度先升高后降低，C错误；气体在经历abca的循环过程后，内能不变，整个过程中气体对外做功(过程b→c)大于外界对气体做功(过程c→a)，即整个过程中气体对外做功，则气体吸热，D错误．

7．山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示．当路面不平时，活塞上下振动，在汽缸内封闭气体的作用下，起到减缓震动的目的．当活塞迅速下压过程中(　　)

A．汽缸内的气体分子的平均动能不变

B．汽缸内所有分子的速率增大

C．汽缸内的气体压强可能不变

D．单位时间内撞到汽缸内壁单位面积上的气体分子数增多

【答案】D

【解析】当活塞迅速下压时，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，汽缸内的气体分子的平均动能增大，A错误；汽缸内的气体分子的平均动能增大，则分子的平均速率增大，不是汽缸内所有分子的速率增大，B错误；当活塞迅速下压时，汽缸内的气体的体积减小，由理想气体状态方程＝c可知，气体压强增大，则单位时间内撞到汽缸内壁单位面积上的气体分子数增多，C错误，D正确．

8．(多选)如图所示，在做托里拆利实验时，玻璃管内有些残留的空气，此时玻璃管竖直放置．假如把玻璃管缓慢竖直向上提起一段距离，玻璃管下端仍浸在水银中，在这过程中，大气的压强、温度均保持不变，则管内的空气(视为理想气体)(　　)

A．体积增大   B．压强减小

C．放出热量   D．内能增大

【答案】AB

【解析】在实验中，水银柱产生的压强加上封闭空气柱产生的压强等于外界大气压．如果将玻璃管向上提，则管内水银柱上方空气的体积增大，因为温度保持不变，根据＝c，所以压强减小，A、B正确；温度不变，则气体的内能不变，D错误；体积变大，气体对外做功，又气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，C错误．

9．(多选)如图所示，竖直放置、上端开口的绝热汽缸底部固定一电热丝(图中未画出)，质量不计、面积为S的绝热活塞位于汽缸内，活塞与汽缸之间封闭一定质量的某种理想气体．活塞上放置一质量为M的重物并保持平衡，此时汽缸内理想气体的温度为T0，活塞距汽缸底部的高度为h．现用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，使活塞上升了，封闭理想气体的内能增加了ΔU，已知大气压强为p0，重力加速度为g．下列说法正确的是(　　)

A．活塞上升时理想气体的温度为T0

B．理想气体吸收的热量为ΔU

C．理想气体吸收的热量为ΔU＋

D．理想气体吸收的热量为ΔU＋＋

【答案】AD

【解析】气体发生等压变化，则有＝，解得T＝T0，故活塞上升时理想气体的温度为T0，A正确；活塞上升过程，气体的压强为p＝p0＋，此过程气体克服外界做功为W＝pS·，根据热力学第一定律可得ΔU＝－W＋Q，解得Q＝ΔU＋＋，即此过程气体吸热ΔU＋＋，D正确，B、C错误．

10．如图所示，一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D的变化过程用如图所示的V－T关系图像来描述，气体在状态B时的压强pB＝2×105 Pa，气体从状态D到状态A是等温变化，结合图像的数据，求：

(1)气体在状态D时的压强与体积；

(2)气体在状态A时的体积是多少？气体从状态C到状态D，外界对气体做的功为多少？

【答案】(1)1×105 Pa　4×10－3 m3　(2)2×10－3 m3　100 J

【解析】(1)结合图像可知，B→C为等容过程，根据查理定律得＝，

代入数据可得pC＝1×105 Pa．

结合图像可知，C→D为等压过程，即pD＝pC＝1×105 Pa，

由盖­吕萨克定律可得＝，

代入数据可得VD＝4×10－3 m3．

(2)结合图像可知，A→B为等压过程，即pA＝pB＝2×105 Pa，

D→A为等温过程，根据玻意耳定律可得pDVD＝pAVA，

代入数据可得VA＝2×10－3 m3．

C→D为等压过程，该过程中气体被压缩，外界对气体做功表示为W＝pC(VC－VD)＝100 J．

11．如图甲所示，一横截面积S＝10 cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，不计活塞与汽缸间的摩擦．如图乙所示是气体从状态A变化到状态B的V－T图像．已知AB的反向延长线通过坐标原点O，气体在A状态的压强为p＝1.5×105 Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量Q＝9.0×102 J，大气压强p0取1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2．求：

(1)活塞的质量m；

(2)此过程中气体内能的增量ΔU．

【答案】(1)5 kg　(2)600 J

【解析】(1)状态A时，对活塞受力分析得pS＝mg＋p0S，代入数据解得m＝5 kg．

(2)在从状态A变化到状态B的过程中，发生的是等压变化，＝，

则外界对气体做功W＝－pΔV＝－300 J，

内能的增量ΔU＝W＋Q＝600 J．