人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：4 热力学第二定律

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第2课时理想气体、气体实验定律的微观解释考点一理想气体及理想气体状态方程的理解1．(多选)关于理想气体的性质，下列说法正确的是()A．理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在B．理想气体的存在是一种人为规定，它是一种严格遵守气体实验定律的气体C．一定质量的理想气体，平均动能增大，其温度一定升高D．氦气是液化温度最低的气体，任何情况下均可当作理想气体〖答案〗ABC2．对于一定质量的理想气体，下列状态变化中可能实现的是()A．使气体体积增加而同时温度降低B．使气体温度升高，体积不变、压强减小C．使气体温度不变，而压强、体积同时增大D．使气体温度升高，压强减小，体积减小〖答案〗A〖解析〗由理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C得，A项中若使压强减小就有可能，故A项正确；体积不变，温度与压强应同时变大或同时变小，故B项错误；温度不变，压强与体积成反比，故不能同时增大，故C项错误；温度升高，压强减小，体积不可能减小，故D项错误．考点二理想气体状态方程的应用3.如图1所示为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定质量的空气．若玻璃管中水柱上升，则外界大气的变化可能是()图1A．温度降低，压强增大B．温度升高，压强不变C．温度升高，压强减小D．温度不变，压强减小〖答案〗A〖解析〗由题意可知，封闭空气温度与大气温度相同，封闭空气体积随水柱的上升而减小，将封闭空气近似看作理想气体，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，若温度降低，体积减小，则压强可能增大、不变或减小，A正确；若温度升高，体积减小，则压强一定增大，B、C错误；若温度不变，体积减小，则压强一定增大，D错误．4．一定质量的理想气体，经历了如图2所示的状态变化过程，则此三个状态的温度之比是()图2A．1∶3∶5 B．3∶6∶5C．3∶2∶1 D．5∶6∶3〖答案〗B〖解析〗由理想气体状态方程得：eq\f(pV,T)＝C(C为常量)，可见pV＝TC，即pV的乘积与温度T成正比，故B项正确．5.(2020·上海市高二期末)如图3所示为一定质量的理想气体状态变化时的p－T图像，由图像可知，此气体的体积()图3A．先不变后变大B．先不变后变小C．先变大后不变D．先变小后不变〖答案〗B〖解析〗根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可得：p＝eq\f(C,V)T，可知第一阶段为等容变化，体积不变；第二阶段为等温变化，压强变大，体积变小，所以气体的体积先不变后变小，故B正确，A、C、D错误．考点三气体实验定律的微观解释6．(多选)一定质量的理想气体，体积变大的同时，温度也升高了，那么下面判断正确的是()A．气体分子平均动能增大B．单位体积内分子数目增多C．气体的压强一定保持不变D．气体的压强可能变大〖答案〗AD7．一定质量的某种理想气体的压强为p，热力学温度为T，单位体积内的气体分子数为n，则()A．p增大，n一定增大B．T减小，n一定增大C.eq\f(p,T)增大时，n一定增大D.eq\f(p,T)增大时，n一定减小〖答案〗C〖解析〗只有p或T变化，不能得出体积的变化情况，A、B错误；eq\f(p,T)增大时，V一定减小，单位体积内的气体分子数一定增大，C正确，D错误．8.如图4所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，使汽缸悬空而静止．设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好，使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论正确的是()图4A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些B．若外界大气压增大，则汽缸的上底面距地面的高度将增大C．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小D．若气温升高，则汽缸的上底面距地面的高度将增大〖答案〗D〖解析〗以活塞和汽缸整体为研究对象可知，整体重力等于弹簧弹力，跟外界大气压无关，即弹簧压缩量不变，A错误；因为弹力不变，故活塞距地面的高度不变，C错误；以汽缸为研究对象，若外界大气压增大，则汽缸内气体压强增大，体积减小，所以汽缸的上底面距地面的高度将减小，B错误；若气温升高，汽缸内气体压强不变，故气体的体积增大，所以汽缸的上底面距地面的高度将增大，D正确．9.一定质量的理想气体沿如图5所示状态变化，方向从状态a到状态b(ba延长线过坐标原点)，到状态c再回到状态a.气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，则它们的关系正确的是()图5A．Va＝Vb B．Va>VcC．Vb＝eq\f(109,200)Va D．Vc＝eq\f(327,50)Va〖答案〗C〖解析〗由题图可知，pa＝p0，pb＝pc＝2p0，Ta＝300K，Tc＝600K，tb＝2ta＝54℃，Tb＝327K；由理想气体状态方程得Va＝eq\f(CTa,pa)＝300K·eq\f(C,p0)，Vc＝eq\f(CTc,pc)＝300K·eq\f(C,p0)，则Va＝Vc.由理想气体状态方程可知Vb＝eq\f(paVaTb,pbTa)＝eq\f(p0×327Va,2p0×300)＝eq\f(109,200)Va，故A、B、D错误，C正确．10．(2020·哈尔滨三中高二月考)如图6所示，一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中，活塞与容器间光滑接触，在图中三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3，则T1、T2、T3的大小关系为()图6A．T1＝T2＝T3 B．T1＜T2＜T3C．T1＞T2＞T3 D．T1＜T2＝T3〖答案〗B〖解析〗以活塞为研究对象，对T1、T2状态下的气体有：p1S＝Mg＋p0S，p0S＋Mg＝p2S，对T3状态下的气体有：p0S＋Mg＋mg＝p3S，可以得出：p1＝p2＜p3；根据理想气体状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)＝eq\f(p3V3,T3)，因V1＜V2，p1＝p2，则T1＜T2，因V2＝V3，p2＜p3，则T2＜T3，即T1＜T2＜T3，B正确．11．(2019·全国卷Ⅱ)如图7所示p－V图，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1________N2，T1________T3，N2________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)图7〖答案〗大于等于大于〖解析〗对一定质量的理想气体，eq\f(pV,T)为定值，由p－V图像可知，2p1·V1＝p1·2V1>p1·V1，所以T1＝T3>T2.状态1与状态2时气体体积相同，单位体积内分子数相同，但状态1下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多，即N1>N2；状态2与状态3时气体压强相同，状态3下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数较少，即N2>N3.12.如图8所示，U形管左端封闭，右端开口，左管横截面积为右管横截面积的2倍，在左管内用水银封闭一段长为26cm、温度为280K的空气柱，左右两管水银面高度差为36cm，外界大气压为76cmHg.若给左管的封闭气体加热，使管内空气柱长度变为30cm，(忽略温度对水银体积的影响)则此时左管内气体的温度为多少？图8〖答案〗420K〖解析〗以封闭气体为研究对象，设左管横截面积为S，当左管封闭的空气柱长度变为30cm时，左管水银柱下降4cm；右管水银柱上升8cm，即两端水银柱高度差为：h′＝24cm，由题意得：V1＝L1S＝26S，p1＝p0－ph＝76cmHg－36cmHg＝40cmHg，T1＝280K，p2＝p0－ph′＝52cmHg，V2＝L2S＝30S.由理想气体状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，解得T2＝420K.13.(2020·章丘四中高二月考)如图9所示，开口向上的汽缸C静置于水平桌面上，用一横截面积S＝50cm2的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，一轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k＝1400N/m的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量m＝14kg的物块B.与活塞、弹簧相连的轻绳都竖直．开始时，缸内气体的温度t＝27℃，活塞到缸底的距离L1＝120cm，弹簧恰好处于原长状态．已知外界大气压强恒为p＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2，不计一切摩擦．现使缸内气体缓慢冷却，求：图9(1)当B刚要离开桌面时汽缸内封闭气体的温度；(2)气体的温度冷却到－93℃时B离桌面的高度H.〖答案〗(1)198K(2)10cm〖解析〗(1)B刚要离开桌面时弹簧