2024版新教材高中物理第三章热力学定律专项1气体实验定律和热力学第一定律的综合应用课时作业新人教版选择性必修第三册

eq\a\vs4\al(专)eq\a\vs4\al(项)1气体试验定律和热力学第确定律的综合应用1．2024年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创建了海拔9032米的大气科学观测世界纪录．若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为志向气体)()A．吸取热量B．压强增大C．内能减小D．对外做负功2．(多选)确定质量的志向气体在某一过程中，从外界吸取热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则下列关于志向气体的说法正确的是()A．气体温度确定上升B．气体的内能确定削减C．气体的压强确定不变D．分子间平均距离确定增大3.(多选)夏天，从湖底形成一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有裂开，如图．若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变更，将气泡内气体看作志向气体．则上升过程中，以下说法正确的是()A．气泡内气体对外界做功B．气泡内气体分子平均动能增大C．气泡内气体温度上升导致放热D．气泡内气体的压强可能不变4.如图所示，“凸”形绝热汽缸被a、b两轻质绝热活塞分成A、B、C三部分，a、b两活塞用轻杆连接，活塞稳定时A、B、C三个部分内的气体温度均相同．现设法使C中的气体温度缓慢上升，则在两活塞缓慢下降的过程中，下列说法正确的是()A．A中气体温度上升B．A中气体压强增大C．B中气体压强增大D．C中气体全部分子的动能均增大5．为适应太空环境，去太空执行任务的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员供应合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如在地面上一样，假如在地面上航天服内气压为1atm，气体体积为2L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4L，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体可视为志向气体且温度不变，将航天服视为封闭系统()A．由地面到太空过程中航天服内气体分子平均动能减小B．由地面到太空过程中航天服内气体的分子数密度不变C．由地面到太空过程中航天服内气体放热D．若开启航天服生命保障系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢达到0.9atm，则需补充1atm的等温气体1.6L6．如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100cm2的质量不计且光滑的活塞密封确定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物．图乙是密闭气体从状态A变更到状态B的V­T图像，密闭气体在A点的压强pA＝1.03×105Pa，从状态A变更到状态B的过程中吸取热量Q＝500J.已知外界大气压强p0＝1.01×105Pa，下列说法正确的是()A．重物质量m＝1kgB．气体在状态B时的体积为8.0×10－2m3C．从状态A变更到状态B的过程，气体对外界做功202JD．从状态A变更到状态B的过程，气体的内能增加294J7.如图所示，质量m＝0.5kg的金属圆柱形气缸内封闭有长为l0＝1m的空气，气缸与水平面的动摩擦因数μ＝0.4，截面为T字形的活塞与竖直墙面接触且无挤压力，活塞底面积S＝1×10－3m2.忽视活塞与气缸间的摩擦，环境温度稳定，气缸内的空气可视为志向气体，大气压强p0＝1.0×105Pa.现用水平外力F使气缸缓慢向右运动，当气缸向右运动l＝0.6m时．(1)求此时气缸内空气的压强；(2)求此时外力F的大小；(3)在气缸缓慢向右运动的过程中，请推断气体是吸热还是放热？并比较外界对气缸内气体所做的功W与气体跟外界交换的热量Q的大小并说明理由．8.探讨表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56℃时，30分钟就可以灭活．如图，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内，汽缸顶端有一绝热阀门K，汽缸底部接有电热丝E.a缸内被封闭气体初始温度t1＝27℃，活塞位于汽缸中心，与底部的距离h1＝60cm，活塞和汽缸间的摩擦不计．(1)若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h2＝66cm，持续30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否被灭活？(2)若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a缸内气体传递了Q＝1.0×104J的热量，稳定后气体a内能增加了ΔU＝8.5×103J，求此过程气体b的内能增加量．9．如图所示，一端水平悬挂的圆柱形容器用活塞密封体积V1＝2×10－3m3的志向气体，活塞重力不计且能无摩擦地滑动，其下端悬挂质量m＝60kg的重物，容器的横截面积S＝10－2m2.整个装置放在大气压p0＝1.0×105Pa的空气中，起先时气体的温度T1＝300K，当气体从外界吸取300J的热量，体积变为V2＝4×10－3m3时，求密闭气体：(1)压强p；(2)温度T2；(3)内能增加量.10.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人宠爱的休闲零食．高压爆米花的原理为：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，气体快速膨胀，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.已知密闭容器打开盖前的气体压强达到4p0.(1)将封闭容器内的气体看成志向气体，求打开盖前容器内气体的温度；(2)假定在一次打开的过程中，容器内的气体膨胀对外界做功15kJ，并向外释放了20kJ的热量，则容器内原有气体的内能如何变更？变更了多少？11.确定质量的志向气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置．活塞的质量m＝20kg，横截面积S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，起先时汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12cm，离汽缸口的距离L2＝3cm.外界气温为27℃，大气压强为1.0×105Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体慢慢加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10m/s2，求：(1)此时气体的温度为多少？(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸取Q＝370J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？12．如图1所示，竖直玻璃管上端封闭、下端开口，总长L＝68.8cm，横截面积S＝0.1cm2，管内液柱的长度L0＝7.6cm，质量m＝10g，液柱密封确定质量的志向气体，气体的长度L1＝50cm，气体温度T1＝300K．现将玻璃管缓慢转到水平位置，气体温度仍为T1，气体长度变为L2，如图2所示．然后对气体进行缓慢加热，使气体温度上升至T2＝360K，加热过程气体吸取热量Q，内能增加ΔU＝0.23J，气体长度变为L3，如图3所示．已知大气压强p0＝1.0×105Pa，玻璃管内壁光滑，重力加速度g＝10m/s2.(1)求气体长度L2的值；(2)求气体长度L3的值；(3)求加热过程气体吸取热量Q的值．专项1气体试验定律和热力学第确定律的综合应用1．答案：C解析：由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；依据eq\f(pV,T)＝C可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体内能减小；又依据ΔU＝W＋Q可知气体放出热量．故选C.2．答案：AD解析：气体从外界吸取热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则气体内能增加1.5×104J；气体的内能增加，则温度确定上升，A正确，B错误．气体对外界做功，体积变大，则分子间平均距离确定变大，温度上升，由eq\f(pV,T)＝C可知，压强不愿定不变，C错误，D正确．3．答案：AB解析：气泡内气体压强p＝p0＋ρgh，气泡上升过程中，其压强减小，温度上升，依据志向气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，体积确定增大，故气泡内气体对外界做功，故A正确，D错误．温度是分子平均动能的标记，温度上升，气泡内气体分子平均动能增大，气泡内气体内能增大，即ΔU>0，体积增大，即W<0，依据热力学第确定律ΔU＝W＋Q可得Q>0，即气泡内的气体吸热，故B正确，C错误．4．答案：C解析：以C中气体为探讨对象，体积不变，依据eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)可知C中气体温度上升，压强增大；以活塞和连杆整体为探讨对象，受到向上和向下气体的压力p2SA和p2SB，因为SA<SB，则有p2SA<p2SB可知活塞和连杆合力向下，竖直向下运动，A中气体体积增大，压强减小，对外做功，依据

SymbolDA@U＝W＋Q气缸绝热Q＝0，内能减小，温度降低；B中气体体积变小，压强增大，C正确，AB错误；C中气体温度上升，分子的平均动能增大，D错误．5．答案：D解析：航天服内，温度不变，气体分子平均动能不变，选项A错误；航天服内气体质量不变，分子数不变，体积膨胀，单位体积内的分子数削减，即航天服内气体的分子数密度减小，选项B错误；航天服内气体因为体积膨胀对外做功，而航天服内气体温度不变，即气体内能不变，由热力学第确定律可知气体吸热，选项C错误；设需补充1atm气体V′后达到的压强为p3＝0.9atm，取总气体为探讨对象，由玻意耳定律得p1(V1＋V′)＝p3V2，解得V′＝1.6L，选项D正确．故选D.6．答案：D解析：在A状态，依据题意mg＋p0S＝pAS，解得m＝2kg，故A错误；依据图像可知eq\f(V,T)＝C，所以气体做等压变更eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，解得VB＝8.0×10－3m3，故B错误；从状态A变更到状态B的过程，气体对外界做功W＝pAΔV＝206J，故C错误；依据热力学第确定律ΔU＝Q－W＝294J，故D正确．7．答案：(1)2.5×105Pa(2)152N(3)见解析解析：(1)玻意耳定律p0l0S＝p(l0－l)S得压强p＝2.5×105Pa.(2)对圆柱形气缸受力分析p0S＋F＝pS＋μmg得F＝152N.(3)气缸内的空气可以看成是志向气体，环境温度不变，其内能保持不变，故压缩气体的过程，气体释放热量，依据热力学第确定律，因ΔU＝0，因此压缩气体所做的功W等于气体对外释放的热量Q.8．答案：(1)病毒能被灭活(2)1.5×103J解析：(1)设活塞横截面积为S，则对a气体，初态V1＝Sh1，T1＝(t1＋273)K＝300K；末态V2＝Sh2，T2＝(t2＋273)K阀门K打开，加热过程a气体做等压变更，由盖­吕萨克定律得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)联立解得t2＝57℃因57℃>56℃，所以a内病毒能被灭活．(2)阀门K闭合，系统绝热，a气体膨胀对b气体做功，由热力学第确定律有ΔUa＝Q＋W代入数据解得W＝－1.5×103J对b气体，由于系统绝热，则Q′＝0，a气体膨胀对b气体做功，由热力学第确定律得，ΔUb＝|W|＝1.5×103J．9．答案：(1)4×104Pa(2)600K(3)220J解析：(1)体积达到V2时，对活塞受力平衡pS＋mg＝p0S得p＝p0－eq\f(mg,S)＝4×104Pa(2)密闭气体等压变更，所以eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)得T2＝eq\f(V2,V1)T1＝600K(3)由热力学第确定律W＋Q＝ΔE又W＝p(V2－V1)＝80J得ΔE＝Q－W＝220J10．答案：(1)927℃(2)内能削减35kJ解析：(1)依据查理定律eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0整理得T2＝1200K，t2＝927℃(2)由热力学第确定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ故内能削减35kJ.11．答案：(1)T1＝450K(2)ΔU＝310J解析：(1)当汽缸水平放置时，p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S，T0＝300K，当汽缸口向上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所示有p1S＝p0S＋mg则p1＝1.2×105Pa，V1＝(L1＋L2)S由志向气体状态方程得eq\f(p0L1S,T0)＝eq\f(p1（L1＋L2）S,T1)则T1＝450K(2)当汽缸口向上，未加热稳定时，由玻意耳定律得p0L1S＝p1LS则L＝10cm加热后，气体做等压变更，外界对气体做功为W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)＝－60J依据热力学第确定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝310J12．答案：(1)L2＝45c