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文档简介
2025人教版物理重难点-选择性必修三专题3.1功、热和内能的改变(含答案)专题3.1功、热和内能的改变【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1真空膨胀问题】 【题型2功与内能的改变】 【题型3热与内能的改变】 【题型4联系实际】 【题型5综合问题】 【题型6对比问题】 【题型1真空膨胀问题】【例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。下列说法不正确的是()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【变式1-1】如图所示,密闭导热容器A、B的体积均为V0,A、B浸在盛水容器中,达到热平衡后,A中压强为p0,温度为T0,B内为真空,将A中的气体视为理想气体。打开活栓C,A中部分气体进入B。①若再次达到平衡时,水温未发生变化,求此时气体的压强;②若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU=k(T2-T1)(k为大于0的已知常量,T1、T2分别为气体始末状态的温度),在①所述状态的基础上,将水温升至1.2T0,重新达到平衡时,求气体的压强及所吸收的热量。【变式1-2】(多选)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【变式1-3】(多选)如图,一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中()B.气体不做功,内能不变C.气体压强变小,温度降低D.气体压强变小,温度不变【题型2功与内能的改变】【例2】(多选)早些年小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具,铁丝的一端缠绕棉花,用水打湿后从一端塞入笔芯内,将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来,然后用力快速推铁丝,马铃薯小块高速飞出,能打出十几米远。下列说法正确的是()A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,笔芯内密封的气体的温度升高B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,气体对外做功C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功【变式2-1】如图是某同学利用汽缸设计的汽车加速度传感器示意图,将汽缸水平固定在汽车上且开口向后,内壁光滑,用活塞封闭一定质量气体,通过活塞的移动判断汽车加速和减速的情况。若汽缸和活塞均绝热,汽车由匀速变为加速前进,汽缸内气体()A.单位体积内的分子数变多B.分子的平均动能变大C.单位时间分子撞击活塞的次数减少D.内能变大【变式2-2】某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。【变式2-3】(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始时活塞被销钉固定,现将销钉拔掉(仍不漏气),活塞最终静止在距原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室内气体内能的变化量为ΔU,不计气体重心改变的影响,下列说法正确的是()A.ΔU<mghB.ΔU>mghC.甲气室内气体温度升高,乙气室内气体温度降低D.乙气室内气体内能的减少量等于甲气室内气体内能的增加量【题型3热与内能的改变】【例3】重庆出租车常以天然气作为燃料,加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大,内能减小B.吸收热量,内能增大C.压强减小,分子平均动能增大D.对外做功,分子平均动能减小【变式3-1】(多选)下列关于热传递的说法正确的是()A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体C.热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体D.热量是热传递过程中物体内能变化的量度【变式3-2】下列说法中正确的是()A.物体吸热后温度一定升高B.晶体熔化时吸收的热量大于其凝固时放出的热量C.0℃的冰熔化为0℃的水的过程中内能不变D.100℃的水变为100℃的水蒸气的过程中内能增大【变式3-3】在以下事例中,通过热传递的方式来改变物体内能的是()A.两小球碰撞后粘合起来,同时温度升高B.冬天暖气为房间供暖C.点燃的爆竹在空中爆炸D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热【题型4联系实际】【例4】如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气.然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内打气,当打到某一状态时,瓶塞会跳起来.当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”.对于“白雾”的形成,下列说法正确的是()A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾D.瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴【变式4-1】(多选)如图是老式爆米花机,其主要部分是一个可以密封的钢筒.用它来加工爆米花的方法是:把玉米粒倒入钢筒内并用密封盖密封,然后不断加热,当钢筒被加热到一定程度后迅速打开封盖,玉米粒就会膨胀炸开.在对钢筒加热的过程中,关于筒内气体,下列说法正确的是()A.气体的内能不变B.钢筒内的气体温度升高,压强变大C.钢筒内单位体积内气体分子的数目变小D.钢筒壁单位面积受到气体分子的撞击力变大【变式4-2】如图是压力保温瓶的结构简图,活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换,则向下压a的过程中,瓶内气体()A.内能增大B.体积增大C.压强不变D.温度不变【变式4-3】(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界无热交换,则袋内气体()A.体积减小,内能增大 B.体积减小,压强减小C.对外界做负功,内能增大 D.对外界做正功,压强减小【题型5综合问题】【例5】关于温度、热量、功和内能,以下说法正确的是()A.同一物体温度高时,含有的热量多B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高C.外界对系统做功W,内能必定增加D.两物体之间发生热传递的条件是存在温度差【变式5-1】[多选]对于一定量的气体,下列说法正确的是()A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高【变式5-2】下列说法正确的是()A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的B.外界对物体做功,物体的内能一定增大C.物体吸收热量,温度一定升高D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体【变式5-3】关于温度和内能的理解,下列说法中正确的是().A.温度是分子平均动能的标志,物体温度升高,则物体每一个分子的动能都增大B.不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能C.1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能D.做功和热传递对改变物体内能是等效的,也就是说做功和热传递的实质是相同的【题型6对比问题】【例6】(多选)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关,车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振,空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动,上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换;剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体,在气体压缩的过程中()A.上下乘客时,气体的内能不变B.上下乘客时,气体从外界吸热C.剧烈颠簸时,外界对气体做功D.剧烈颠簸时,气体的温度不变【变式6-1】如图所示,A、B是两个完全相同的球,分别浸没在水和水银的同一深度内,A、B两球用同一种材料制成,当温度稍微升高时,球的体积会明显变大,如果开始水和水银的温度相同,且两液体温度同时缓慢升高同一值,两球膨胀后,体积相等,则()A.A球吸收的热量较多B.B球吸收的热量较多C.两球吸收的热量一样多D.无法确定【变式6-2】A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同.将两管抽成真空后,开口向下插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升到如图3所示位置停止.假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说法中正确的是()A.A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B.B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C.A和B中水银体积保持不变,故内能增量相同D.A和B中水银温度始终相同,故内能增量相同【变式6-3】如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1mol氧气,b部分气体为2mol氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气体。解除锁定,活塞滑动一段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为Va、Vb,温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是()A.Va>Vb,Ta>Tb B.Va>Vb,Ta<TbC.Va<Vb,Ta<Tb D.Va<Vb,Ta>Tb
参考答案【题型1真空膨胀问题】【例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。下列说法不正确的是()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,外界对气体做功解析:选C抽开隔板,气体自发扩散过程中,气体对外界不做功,与外界没有热交换,因此气体的内能不变,A正确,C错误;气体在被压缩的过程中,外界对气体做功,D正确;由于气体与外界没有热交换,根据热力学第一定律可知,气体在被压缩的过程中内能增大,B正确。【变式1-1】如图所示,密闭导热容器A、B的体积均为V0,A、B浸在盛水容器中,达到热平衡后,A中压强为p0,温度为T0,B内为真空,将A中的气体视为理想气体。打开活栓C,A中部分气体进入B。①若再次达到平衡时,水温未发生变化,求此时气体的压强;②若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU=k(T2-T1)(k为大于0的已知常量,T1、T2分别为气体始末状态的温度),在①所述状态的基础上,将水温升至1.2T0,重新达到平衡时,求气体的压强及所吸收的热量。答案①eq\f(1,2)p0②0.6p00.2kT0解析①容器内的理想气体从打开C到再次平衡时,发生等温变化,根据玻意尔耳定律得p0V0=p·2V0解得此时气体压强p=eq\f(1,2)p0。②升高温度,理想气体发生等容变化,根据查理定律得eq\f(p,T0)=eq\f(p′,1.2T0)解得压强为p′=1.2p=0.6p0温度改变,理想气体的体积不变,则外界既不对理想气体做功,理想气体也不对外界做功,所以W=0;升高温度,内能增量为ΔU=k(1.2T0-T0)=0.2kT0根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知气体吸收的热量为Q=ΔU=0.2kT0。【变式1-2】(多选)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答案ABD解析因为汽缸、活塞都是绝热的,隔板右侧是真空,所以理想气体在自发扩散的过程中,既不吸热也不放热,也不对外界做功。根据热力学第一定律可知,气体自发扩散前后,内能不变,选项A正确,C错误;气体被压缩的过程中,外界对气体做功,气体内能增大,又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关,所以气体温度升高,分子平均动能增大,选项B、D正确,E错误。【变式1-3】(多选)如图,一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中()B.气体不做功,内能不变C.气体压强变小,温度降低D.气体压强变小,温度不变答案BD解析因b内为真空,所以抽开隔板后,a内气体可以“自发”进入b,气体不做功.又因容器绝热,不与外界发生热量传递,根据热力学第一定律可以判断其内能不变,温度不变.由理想气体状态方程可知:气体体积增大,温度不变,压强必然变小.综上可判断B、D项正确.【题型2功与内能的改变】【例2】(多选)早些年小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具,铁丝的一端缠绕棉花,用水打湿后从一端塞入笔芯内,将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来,然后用力快速推铁丝,马铃薯小块高速飞出,能打出十几米远。下列说法正确的是()A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,笔芯内密封的气体的温度升高B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,气体对外做功C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功【解析】在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,笔芯内密封的气体经历绝热压缩的过程,外界对气体做功,内能增加,故笔芯内密封的气体的温度升高,故A正确;在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,气体被压缩,是外界对气体做功,故B错误;封闭气体经历绝热膨胀过程,推出马铃薯,对外做功,马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能,故C正确,D错误。【答案】AC【变式2-1】如图是某同学利用汽缸设计的汽车加速度传感器示意图,将汽缸水平固定在汽车上且开口向后,内壁光滑,用活塞封闭一定质量气体,通过活塞的移动判断汽车加速和减速的情况。若汽缸和活塞均绝热,汽车由匀速变为加速前进,汽缸内气体()A.单位体积内的分子数变多B.分子的平均动能变大C.单位时间分子撞击活塞的次数减少D.内能变大解析:选C对活塞进行受力分析,如图所示,当汽车匀速时,由平衡关系可知p0S=pS,p0=p,当汽车加速时,由平衡关系变为加速运动,且加速度a方向向左,由牛顿第二定律可得p0S-pS=ma,故可知p0>p,压强变小,即体积变大。故单位体积内的分子数变少;单位时间内分子撞击活塞的次数减小,故A错误,C正确;由热学第一定律可知ΔU=Q+W,题中绝热,故可知Q等于0,体积变大,W为负值,故内能减小,分子平均动能也减小,故B、D错误。【变式2-2】某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。答案低于大于解析活塞光滑、容器绝热,容器内空气体积增大,对外做功,由ΔU=W+Q知,气体内能减少,温度降低。气体的压强与气体温度和单位体积内的分子数有关,由于容器内空气的温度低于外界温度,但压强相同,则容器中空气的密度大于外界空气的密度。【变式2-3】(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始时活塞被销钉固定,现将销钉拔掉(仍不漏气),活塞最终静止在距原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室内气体内能的变化量为ΔU,不计气体重心改变的影响,下列说法正确的是()A.ΔU<mghB.ΔU>mghC.甲气室内气体温度升高,乙气室内气体温度降低D.乙气室内气体内能的减少量等于甲气室内气体内能的增加量【解析】甲气室气体体积减小,外界对它做正功W甲,其中包括活塞对气体做的功mgh和乙气室气体做的功W乙,且为正功,因甲气室内气体变化为绝热过程,所以W甲=ΔU,故ΔU=mgh+W乙,选项B正确,A、D错误。由于甲气室内气体做负功,乙气室内气体做正功,故甲气室内气体内能增加,乙气室内气体内能减小,所以甲气室内气体温度升高,乙气室内气体温度降低,C正确。【答案】BC【题型3热与内能的改变】【例3】重庆出租车常以天然气作为燃料,加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大,内能减小B.吸收热量,内能增大C.压强减小,分子平均动能增大D.对外做功,分子平均动能减小答案B解析质量一定的气体,体积不变,当温度升高时,是一个等容变化,据压强的微观解释:温度升高,气体的平均动能增加;单位时间内撞击单位面积的器壁的分子数增多,可知压强增大.由于温度升高,所以分子平均动能增大,物体的内能变大;体积不变,对内外都不做功,内能增大,所以只有吸收热量,故A、C、D错误;B正确.【变式3-1】(多选)下列关于热传递的说法正确的是()A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体C.热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体D.热量是热传递过程中物体内能变化的量度解析:选BD热量不是状态量,不能说含有或者具有多少热量,故选项A错误;在热传递的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体,故选项B正确,C错误;热量是热传递过程中物体内能变化的量度,故选项D正确.【变式3-2】下列说法中正确的是()A.物体吸热后温度一定升高B.晶体熔化时吸收的热量大于其凝固时放出的热量C.0℃的冰熔化为0℃的水的过程中内能不变D.100℃的水变为100℃的水蒸气的过程中内能增大【解析】物体吸热后温度可能不变,平均动能不变,分子势能增加,选项A错误;晶体熔化时吸收的热量等于其凝固时放出的热量,选项B错误;0℃的冰熔化成0℃的水的过程中吸热,分子势能增加,内能增加,选项C错误;100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中吸热,分子势能增加,内能增大,选项D正确。故选D。【答案】D【变式3-3】在以下事例中,通过热传递的方式来改变物体内能的是()A.两小球碰撞后粘合起来,同时温度升高B.冬天暖气为房间供暖C.点燃的爆竹在空中爆炸D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热答案:B解析:改变内能的方式有两种:做功和热传递,热传递指内能的转移,而不是其他形式的能转化为内能,两小球碰撞后粘在一起,温度升高,是机械能转化为内能,故A错误;冬天暖气为房间供暖,是通过热传递的方式来改变物体内能的,故B正确;点燃的爆竹在空中爆炸,是化学能转化为内能,故C错误;车轮与地面摩擦生热,是机械能转化为内能,故D错误.【题型4联系实际】【例4】如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气.然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内打气,当打到某一状态时,瓶塞会跳起来.当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”.对于“白雾”的形成,下列说法正确的是()A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾D.瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴答案:D解析:当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做功,使系统的内能增加,温度升高,压强增大,使瓶塞从瓶口中喷出.形成“白雾”的原因是,在塞子突然跳起时,气体绝热膨胀对外做功,内能减少,温度下降,水蒸气有一部分被液化成小水滴,故选项D正确.【变式4-1】(多选)如图是老式爆米花机,其主要部分是一个可以密封的钢筒.用它来加工爆米花的方法是:把玉米粒倒入钢筒内并用密封盖密封,然后不断加热,当钢筒被加热到一定程度后迅速打开封盖,玉米粒就会膨胀炸开.在对钢筒加热的过程中,关于筒内气体,下列说法正确的是()A.气体的内能不变B.钢筒内的气体温度升高,压强变大C.钢筒内单位体积内气体分子的数目变小D.钢筒壁单位面积受到气体分子的撞击力变大【解析】对钢桶加热,温度上升,气体的内能增加,A错误;根据可知,当体积一定,T上升,则P增大,即钢筒壁单位面积受到气体分子的撞击力变大,BD正确;气体的质量不变,体积不变,故钢筒内单位体积内气体分子的数目不变,C错误;【答案】BD【变式4-2】如图是压力保温瓶的结构简图,活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换,则向下压a的过程中,瓶内气体()A.内能增大B.体积增大C.压强不变D.温度不变【解析】向下压a的过程中,外界对气体做功,瓶内气体内能增大,选项A正确;向下压a的过程中,瓶内气体体积减小,压强增大,温度升高,选项B、C、D错误。【答案】A【变式4-3】(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界无热交换,则袋内气体()A.体积减小,内能增大 B.体积减小,压强减小C.对外界做负功,内能增大 D.对外界做正功,压强减小答案AC解析充气袋被挤压时,气体体积减小,外界对气体做正功,由于袋内气体与外界无热交换,故由热力学第一定律知,气体内能增加,故选项A、C正确;体积减小,内能增加,由理想气体状态方程可知气体压强变大,选项B、D错误.【题型5综合问题】【例5】关于温度、热量、功和内能,以下说法正确的是()A.同一物体温度高时,含有的热量多B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高C.外界对系统做功W,内能必定增加D.两物体之间发生热传递的条件是存在温度差解析:选D,热量是一个过程量,是物体间进行热传递时内能的转移量,不能说物体含有多少热量,故A、B错;由于做功和热传递都可引起系统内能的变化,只根据做功无法准确判断系统内能的变化,故C错;物体间发生热传递的条件是存在温度差,故D对.【变式5-1】[多选]对于一定量的气体,下列说法正确的是()A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高解析:选ABE气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,A正确;温度高,气体分子热运动就剧烈,B正确;在完全失重的情况下,分子热运动不停息,气体对容器壁的压强不为零,C错误;做功也可以改变物体的内能,D错误;气体在等压膨胀过程中温度一定升高,E正确。【变式5-2】下列说法正确的是()A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的B.外界对物体做功,物体的内能一定增大C.物体吸收热量,温度一定升高D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体解析:选A,热量和功是过程量,内能是状态量,故A选项正确;引起物体内能的变化有做功和热传递两种途径,单就一个方面不足以断定其内能的变化,故B选项错误;在晶体熔化和液体沸腾过程中,物体要不断地吸收热量,但物体的温度不变,这时内能的增加主要表现在内部分子势能的增加,故C选项错误;两物体之间热量的流向只与它们的温度有关,与它们内能的大小无关,故D选项错误.【变式5-3】关于温度和内能的理解,下列说法中正确的是().A.温度是分子平均动能的标志,物体温度升高,则物体每一个分子的动能都增大B.不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能C.1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能D.做功和热传递对改变物体内能是等效的,也就是说做功和热传递的实质是相同的【解析】温度是分子平均动能的标志,物体温度升高,则分子平均动能变大,但非每一个分子的动能都增大,选项A错误;不计分子之间的分子势能,温度相同的氢气和氧气分子具有相同的平均动能,但是质量相同的氢气和氧气的分子数不同,则两种气体的内能不相同,选项B错误;1g100水变为1g100的水蒸气要吸收热量,则1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能,选项C正确;做功和热传递对改变物体内能是等效的,但是做功和热传递的实质是不相同的,做功是能量的转化,热传递是能量的转移,选项D错误。故选C。【答案】C【题型6对比问题】【例6】(多选)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关,车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振,空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动,上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换;剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体,在气体压缩的过程中()A.上下乘客时,气体的内能不变B.上下乘客时,气体从外界吸热C.剧烈颠簸时,外界对气体做功D.剧烈颠簸时,气体的温度不变解析:选AC上下乘客时汽缸内气体与外界有充分的热交换,即发生等温变化,温度不变,故气体的内能不变,在体积压缩的过程中,外界对气体做功,故气体向外界放热,A正确,B错误;剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,且气体与外界来不及热交换,气体经历绝热过程,外界对气体做功,气体的温度升高,C正确,D错误。【变式6-1】如图所示,A、B是两个完全相同的球,分别浸没在水和水银的同一深度内,A、B两球用同一种材料制成,当温度稍微升高时,球的体积会明显变大,如果开始水和水银的温度相同,且两液体温度同时缓慢升高同一值,两球膨胀后,体积相等,则()A.A球吸收的热量较多B.B球吸收的热量较多C.两球吸收的热量一样多D.无法确定【解析】两球初末态温度相同,初末态体积也相同,所以内能增量相同,但水银中的B球膨胀时对外做功多,所以吸热较多,故选B。【答案】B【变式6-2】A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同.将两管抽成真空后,开口向下插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升到如图3所示位置停止.假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说法中正确的是()A.A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B.B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C.A和B中水银体积保持不变,故内能增量相同D.A和B中水银温度始终相同,故内能增量相同答案B解析在水银进入管中的过程中,大气压力对水银做功,把大气的能量转化为水银的内能和重力势能,在一定的大气压下,静止时,A、B管中水银柱的高度是相同的,则进入管中的水银体积相同,所以大气压力做功相同.但两装置中水银重力势能的增量不同,所以两者内能的改变也不同,由图可知B管水银的重力势能较小,所以B管中水银的内能增量较多.故B正确.【变式6-3】如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1mol氧气,b部分气体为2mol氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气体。解除锁定,活塞滑动一段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为Va、Vb,温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是()A.Va>Vb,Ta>Tb B.Va>Vb,Ta<TbC.Va<Vb,Ta<Tb D.Va<Vb,Ta>Tb答案D解析解除锁定前,两部分气体温度相同,体积相同,物质的量大的部分分子密度大,气体压强大,即b部分压强大,故解除锁定后活塞左移,平衡时Va<Vb,pa=pb,故A、B错误;活塞左移过程中,a气体被压缩内能增大,温度升高,b气体对外做功,内能减小,温度降低,平衡时Ta>Tb,故C错误,D正确。专题3.1功、热和内能的改变【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1真空膨胀问题】 【题型2功与内能的改变】 【题型3热与内能的改变】 【题型4联系实际】 【题型5综合问题】 【题型6对比问题】 【题型1真空膨胀问题】【例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。下列说法不正确的是()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,外界对气体做功解析:选C抽开隔板,气体自发扩散过程中,气体对外界不做功,与外界没有热交换,因此气体的内能不变,A正确,C错误;气体在被压缩的过程中,外界对气体做功,D正确;由于气体与外界没有热交换,根据热力学第一定律可知,气体在被压缩的过程中内能增大,B正确。【变式1-1】如图所示,密闭导热容器A、B的体积均为V0,A、B浸在盛水容器中,达到热平衡后,A中压强为p0,温度为T0,B内为真空,将A中的气体视为理想气体。打开活栓C,A中部分气体进入B。①若再次达到平衡时,水温未发生变化,求此时气体的压强;②若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU=k(T2-T1)(k为大于0的已知常量,T1、T2分别为气体始末状态的温度),在①所述状态的基础上,将水温升至1.2T0,重新达到平衡时,求气体的压强及所吸收的热量。答案①eq\f(1,2)p0②0.6p00.2kT0解析①容器内的理想气体从打开C到再次平衡时,发生等温变化,根据玻意尔耳定律得p0V0=p·2V0解得此时气体压强p=eq\f(1,2)p0。②升高温度,理想气体发生等容变化,根据查理定律得eq\f(p,T0)=eq\f(p′,1.2T0)解得压强为p′=1.2p=0.6p0温度改变,理想气体的体积不变,则外界既不对理想气体做功,理想气体也不对外界做功,所以W=0;升高温度,内能增量为ΔU=k(1.2T0-T0)=0.2kT0根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知气体吸收的热量为Q=ΔU=0.2kT0。【变式1-2】(多选)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答案ABD解析因为汽缸、活塞都是绝热的,隔板右侧是真空,所以理想气体在自发扩散的过程中,既不吸热也不放热,也不对外界做功。根据热力学第一定律可知,气体自发扩散前后,内能不变,选项A正确,C错误;气体被压缩的过程中,外界对气体做功,气体内能增大,又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关,所以气体温度升高,分子平均动能增大,选项B、D正确,E错误。【变式1-3】(多选)如图,一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中()B.气体不做功,内能不变C.气体压强变小,温度降低D.气体压强变小,温度不变答案BD解析因b内为真空,所以抽开隔板后,a内气体可以“自发”进入b,气体不做功.又因容器绝热,不与外界发生热量传递,根据热力学第一定律可以判断其内能不变,温度不变.由理想气体状态方程可知:气体体积增大,温度不变,压强必然变小.综上可判断B、D项正确.【题型2功与内能的改变】【例2】(多选)早些年小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具,铁丝的一端缠绕棉花,用水打湿后从一端塞入笔芯内,将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来,然后用力快速推铁丝,马铃薯小块高速飞出,能打出十几米远。下列说法正确的是()A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,笔芯内密封的气体的温度升高B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,气体对外做功C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功【解析】在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,笔芯内密封的气体经历绝热压缩的过程,外界对气体做功,内能增加,故笔芯内密封的气体的温度升高,故A正确;在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,气体被压缩,是外界对气体做功,故B错误;封闭气体经历绝热膨胀过程,推出马铃薯,对外做功,马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能,故C正确,D错误。【答案】AC【变式2-1】如图是某同学利用汽缸设计的汽车加速度传感器示意图,将汽缸水平固定在汽车上且开口向后,内壁光滑,用活塞封闭一定质量气体,通过活塞的移动判断汽车加速和减速的情况。若汽缸和活塞均绝热,汽车由匀速变为加速前进,汽缸内气体()A.单位体积内的分子数变多B.分子的平均动能变大C.单位时间分子撞击活塞的次数减少D.内能变大解析:选C对活塞进行受力分析,如图所示,当汽车匀速时,由平衡关系可知p0S=pS,p0=p,当汽车加速时,由平衡关系变为加速运动,且加速度a方向向左,由牛顿第二定律可得p0S-pS=ma,故可知p0>p,压强变小,即体积变大。故单位体积内的分子数变少;单位时间内分子撞击活塞的次数减小,故A错误,C正确;由热学第一定律可知ΔU=Q+W,题中绝热,故可知Q等于0,体积变大,W为负值,故内能减小,分子平均动能也减小,故B、D错误。【变式2-2】某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。答案低于大于解析活塞光滑、容器绝热,容器内空气体积增大,对外做功,由ΔU=W+Q知,气体内能减少,温度降低。气体的压强与气体温度和单位体积内的分子数有关,由于容器内空气的温度低于外界温度,但压强相同,则容器中空气的密度大于外界空气的密度。【变式2-3】(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始时活塞被销钉固定,现将销钉拔掉(仍不漏气),活塞最终静止在距原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室内气体内能的变化量为ΔU,不计气体重心改变的影响,下列说法正确的是()A.ΔU<mghB.ΔU>mghC.甲气室内气体温度升高,乙气室内气体温度降低D.乙气室内气体内能的减少量等于甲气室内气体内能的增加量【解析】甲气室气体体积减小,外界对它做正功W甲,其中包括活塞对气体做的功mgh和乙气室气体做的功W乙,且为正功,因甲气室内气体变化为绝热过程,所以W甲=ΔU,故ΔU=mgh+W乙,选项B正确,A、D错误。由于甲气室内气体做负功,乙气室内气体做正功,故甲气室内气体内能增加,乙气室内气体内能减小,所以甲气室内气体温度升高,乙气室内气体温度降低,C正确。【答案】BC【题型3热与内能的改变】【例3】重庆出租车常以天然气作为燃料,加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大,内能减小B.吸收热量,内能增大C.压强减小,分子平均动能增大D.对外做功,分子平均动能减小答案B解析质量一定的气体,体积不变,当温度升高时,是一个等容变化,据压强的微观解释:温度升高,气体的平均动能增加;单位时间内撞击单位面积的器壁的分子数增多,可知压强增大.由于温度升高,所以分子平均动能增大,物体的内能变大;体积不变,对内外都不做功,内能增大,所以只有吸收热量,故A、C、D错误;B正确.【变式3-1】(多选)下列关于热传递的说法正确的是()A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体C.热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体D.热量是热传递过程中物体内能变化的量度解析:选BD热量不是状态量,不能说含有或者具有多少热量,故选项A错误;在热传递的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体,故选项B正确,C错误;热量是热传递过程中物体内能变化的量度,故选项D正确.【变式3-2】下列说法中正确的是()A.物体吸热后温度一定升高B.晶体熔化时吸收的热量大于其凝固时放出的热量C.0℃的冰熔化为0℃的水的过程中内能不变D.100℃的水变为100℃的水蒸气的过程中内能增大【解析】物体吸热后温度可能不变,平均动能不变,分子势能增加,选项A错误;晶体熔化时吸收的热量等于其凝固时放出的热量,选项B错误;0℃的冰熔化成0℃的水的过程中吸热,分子势能增加,内能增加,选项C错误;100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中吸热,分子势能增加,内能增大,选项D正确。故选D。【答案】D【变式3-3】在以下事例中,通过热传递的方式来改变物体内能的是()A.两小球碰撞后粘合起来,同时温度升高B.冬天暖气为房间供暖C.点燃的爆竹在空中爆炸D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热答案:B解析:改变内能的方式有两种:做功和热传递,热传递指内能的转移,而不是其他形式的能转化为内能,两小球碰撞后粘在一起,温度升高,是机械能转化为内能,故A错误;冬天暖气为房间供暖,是通过热传递的方式来改变物体内能的,故B正确;点燃的爆竹在空中爆炸,是化学能转化为内能,故C错误;车轮与地面摩擦生热,是机械能转化为内能,故D错误.【题型4联系实际】【例4】如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气.然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内打气,当打到某一状态时,瓶塞会跳起来.当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”.对于“白雾”的形成,下列说法正确的是()A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾D.瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴答案:D解析:当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做功,使系统的内能增加,温度升高,压强增大,使瓶塞从瓶口中喷出.形成“白雾”的原因是,在塞子突然跳起时,气体绝热膨胀对外做功,内能减少,温度下降,水蒸气有一部分被液化成小水滴,故选项D正确.【变式4-1】(多选)如图是老式爆米花机,其主要部分是一个可以密封的钢筒.用它来加工爆米花的方法是:把玉米粒倒入钢筒内并用密封盖密封,然后不断加热,当钢筒被加热到一定程度后迅速打开封盖,玉米粒就会膨胀炸开.在对钢筒加热的过程中,关于筒内气体,下列说法正确的是()A.气体的内能不变B.钢筒内的气体温度升高,压强变大C.钢筒内单位体积内气体分子的数目变小D.钢筒壁单位面积受到气体分子的撞击力变大【解析】对钢桶加热,温度上升,气体的内能增加,A错误;根据可知,当体积一定,T上升,则P增大,即钢筒壁单位面积受到气体分子的撞击力变大,BD正确;气体的质量不变,体积不变,故钢筒内单位体积内气体分子的数目不变,C错误;【答案】BD【变式4-2】如图是压力保温瓶的结构简图,活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换,则向下压a的过程中,瓶内气体()A.内能增大B.体积增大C.压强不变D.温度不变【解析】向下压a的过程中,外界对气体做功,瓶内气体内能增大,选项A正确;向下压a的过程中,瓶内气体体积减小,压强增大,温度升高,选项B、C、D错误。【答案】A【变式4-3】(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界无热交换,则袋内气体()A.体积减小,内能增大 B.体积减小,压强减小C.对外界做负功,内能增大 D.对外界做正功,压强减小答案AC解析充气袋被挤压时,气体体积减小,外界对气体做正功,由于袋内气体与外界无热交换,故由热力学第一定律知,气体内能增加,故选项A、C正确;体积减小,内能增加,由理想气体状态方程可知气体压强变大,选项B、D错误.【题型5综合问题】【例5】关于温度、热量、功和内能,以下说法正确的是()A.同一物体温度高时,含有的热量多B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高C.外界对系统做功W,内能必定增加D.两物体之间发生热传递的条件是存在温度差解析:选D,热量是一个过程量,是物体间进行热传递时内能的转移量,不能说物体含有多少热量,故A、B错;由于做功和热传递都可引起系统内能的变化,只根据做功无法准确判断系统内能的变化,故C错;物体间发生热传递的条件是存在温度差,故D对.【变式5-1】[多选]对于一定量的气体,下列说法正确的是()A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高解析:选ABE气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,A正确;温度高,气体分子热运动就剧烈,B正确;在完全失重的情况下,分子热运动不停息,气体对容器壁的压强不为零,C错误;做功也可以改变物体的内能,D错误;气体在等压膨胀过程中温度一定升高,E正确。【变式5-2】下列说法正确的是()A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的B.外界对物体做功,物体的内能一定增大C.物体吸收热量,温度一定升高D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体解析:选A,热量
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