第五模块 第11章 第3单元
一、选择题
1．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)
( )
A．内能增大，放出热量 B．内能减小，吸收热量 C．内能增大，对外界做功 D．内能减小，外界对其做功
解析：不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小．塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功．再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D正确．
答案：D
图6
2．大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”．如图6所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下．在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权．关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是
( )
A．符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯 “永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小、磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
解析：磁铁吸引小球上升，要消耗磁铁的磁场能，时间长了磁铁的磁性就会逐步减弱，
直至不能把小球吸引上去，该思想违背了能量转化和守恒定律，
图7
不可能实现． 答案：D
3．如图7所示，有一压力锅，锅盖上的排气孔截面积约为7.0×10－6 m2，限压阀重为0.7 N．使用该压力锅煮水消毒，根据下列水的沸点与气压关系的表格，分析可知压力锅内的最高水温约为(大气压强为1.01×105 Pa)
( )
p(×105 Pa) t(℃) 1.01 100 1.43 110 1.54 112 1.63 114 1.73 116 1.82 118 1.91 120 2.01 122 2.12 124 2.21 126 A.100℃ B．112℃ C．122℃
D．124℃
解析：由表格数据知，气压越大，沸点越高，即锅内最高温度越高．对限压阀分析受力，mg0.75
当mg＋p0S＝pS时恰好要放气，此时p＝＋p0＝－6＋p0＝2.01×10 Pa达到最大值，
S7.0×10对应的最高温度为122℃.
答案：C 二、填空题
4． (1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法．“钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________转变成内能．
图8
(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图8.这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________．
解析：(1)“钻木”的过程是做功的过程，是把机械能转化为内能的过程；要想“取到火”，必须使温度升高到木头的燃点．
(2)烧瓶里的气体吸收热量后，由热力学第一定律知，气体的内能增加，因而温度升高，体积增大．
答案：(1)做功 机械能 (2)热量 升高 增大
5．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×10 J的热量，同时气体对外做了6×10 J的功，则：
(1)气体的内能________(填“增加”或“减少”)，其变化量的大小为________ J. (2)气体的分子势能________(填“增加”或“减少”)． (3)分子平均动能如何变化？
解析：(1)因气体从外界吸收热量，所以 Q＝4.2×105 J，
气体对外做功6×10 J，则外界对气体做功 W＝－6×105 J，
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得
ΔU＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J， 所以物体内能减少了1.8×10 J.
(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．
(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量．
答案：(1)减少 1.8×105 J (2)增加 (3)见解析 三、计算题
6．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图9所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况．
5
55
5
图9
解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律．
答案：不违反 热水温度降低，冷水温度升高．转化效率低于100%
图10
7．一定质量的理想气体自状态A经状态C变化到状态B，这一过程在V－T图上表示，如图10所示(AC平行于纵轴、CB平行于横轴)．请回答：
(1)A、C、B三个状态中压强最大的是哪个状态？
(2)在过程AC中，外界对气体做功还是气体对外做功？内能如何变化？ (3)在过程CB中，气体放热还是吸热？
解析：(1)连接OA、OC和OB，由于OB的斜率最小，所以B状态的压强最大． (2)由图可看出AC过程是等温压缩，体积变小，外界对气体做功，内能不变． (3)CB过程为等容升温，内能增加，W＝0，由热力学第一定律可知气体从外界吸热． 答案：(1)B (2)外界对气体做功 内能不变 (3)吸热
图11
8．如图11给活塞一作用力压缩汽缸里的气体，作用力对气体做功为1000 J，同时汽缸向外散热为210 J，汽缸里气体的内能改变了多少？
解析：汽缸里的气体跟外界同时发生做功和热传递，气体的内能变化情况是：(1)外界对气体做功，内能增加(外界对气体做多少功，气体的内能就增加多少)；(2)气体向外界放多少热量，气体的内能就减少多少．由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W，式中W＝1000 J，Q＝－210 J，故ΔU＝1000 J＋(－210) J＝790 J.
答案：790 J
9．内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa，体积为2.0×10－3 m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半．
(1)求汽缸内气体的压强；
(2)若封闭气体的内能仅与温度有关，在上述过程中外界对气体做功145 J，封闭气体吸收还是放出热量？热量是多少？
解析：(1)封闭气体做等温变化，由玻意耳定律p1V1＝p2V2，
5－3
p1V11×10×2×10
得气体的压强p2＝＝ Pa＝2.0×105 Pa. －3V21×10
(2)因为气体做等温变化，所以内能不变，即ΔU＝0 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q， 得热量Q＝－W＝－145 J
说明封闭气体放出热量，热量为145 J. 答案：(1)2.0×105 Pa (2)放出热量 145 J
图12
10．如图12所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体，活塞的质量为，横截面积为S，与容器底部相距h，现通过电热丝给气体加热一段时间，结果使活塞又缓慢上升了h，若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求：
(1)气体的压强；
(2)这段时间内气体的内能增加了多少？ (3)这段时间内气体的温度升高了多少？ mg
解析：(1)p＝p0＋
S(2)气体对外做功为 W＝pSh＝(p0＋
mg
)Sh＝(p0S＋mg)h S
由热力学第一定律得： ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)h. (3)由盖·吕萨克定律得： V1V2hS2hS＝即＝ T1T2273＋t273＋t′解得：t′＝273＋2t Δt＝t′－t＝273＋t.
mg
答案：(1)p0＋ (2)Q－(p0S＋mg)h (3)273＋t
S
11．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g水由液态变成同温度的气态，其体积由1.043 cm2变为1676 cm3.已知水的汽化热为2263.8 J/g.求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W.
(2)气体吸收的热量Q. (3)气体增加的内能ΔU.
解析：取1 g水为研究系统，大气视作外界.1 g沸腾的水
变成同温度的汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU ＝1.013×10×(1676－1.043)×10 J ＝169.7 J. (2)气体吸热Q＝ML＝1×2263.8 J＝2263.8 J. (3)根据热力学第一定律 ΔU＝Q＋W＝2263.8 J＋(－169.7) J＝2094 J. 答案：(1)169.7 J (2)2263.8 J (3)2094 J 12．一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知VA＝0.3 m3，TA＝TC＝300K，TB＝400 K. (1)求气体在状态B时的体积． (2)说明B→C过程压强变化的微观原因． (3)设A→B过程气体吸收热量为Q1，B→C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因． 解析：(1)设气体在B状态时的体积为VB，由盖—吕萨克定律得 VAVB＝① TATB代入数据得 VB＝0.4 m② (2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小)． (3)Q1大于Q2；因为TA＝TC，故A→B增加的内能与B→C减少的内能相同，而A→B过程气体对外做正功，B→C过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q1大于Q2. 答案：(1)0.4 m3 (2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小)． (3)Q1大于Q2，因为TA＝TC，故A→B增加的内能与B→C减少的内能相同，而A→B过程气体对外做正功，B→C过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q1大于Q2. 35 －6