高考模拟理综物理选编热平衡 物体的内能解析版 8页

高考模拟系列热平衡物体的内能 一、单选题（5）‎ 1. 关于物体的内能，下列说法中正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 温度高的物体一定比温度低的物体内能大 B. 内能与物体的温度有关，所以‎0℃‎的物体内能为零 C. 物体的温度升高，则组成物体的每个分子的动能都增大 D. 做功和热传递都能改变物体的内能 ‎·D ‎·解：A、物体内能由物质的量、物体温度与物体体积决定，温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，故A错误； B、分子永不停息地做无规则，任何物体内能不可能为零，故B错误； C、物体的温度升高，分子平均动能增大，但并不是每一个分子动能都增大，可能有的分子动能还减小，故C错误； D、做功和热传递都能改变物体的内能，故D正确； 故选D． 解答本题需掌握：影响内能大小的因素有哪些，内能与温度的关系是什么，改变内能的方式有哪些． 本题主要考查学生对：内能的概念的了解和掌握；属于基础题． ‎ 2. 下列说法中正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 外界对物体做功，物体的内能一定增加 B. 物体的温度升高，物体内所有分子的动能都增大 C. 在分子相互靠近的过程中，分子势能一定增大 D. 在分子相互远离的过程中，分子引力和斥力都减小 ‎·D ‎·解：A、改变内能的方式有做功和热传递，外界对物体做功，物体的内能不一定增加，A错误； B、物体的温度升高，物体分子的平均动能增大，不一定每个都增大，B错误； C、在平衡位置以内，在分子相互靠近的过程中，分子势能一定增大，C错误； D、在分子相互远离的过程中，分子引力和斥力都减小，D正确； 故选：D． 改变内能的方式有做功和热传递，温度升高，物体分子的平均动能增大，在平衡位置以内，在分子相互靠近的过程中，分子势能一定增大． 掌握改变内能的两种方式，温度是分子平均动能的标志，分子力做功与分子势能的变化关系． ‎ 3. 在下列叙述中，正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能 B. ‎-‎定质量的气体，体积不变时，温度越高，气体的压强就越大 C. 对一定质量的气体加热，其内能一定增加 D. 随着分子间的距离增大分子间引力和斥力的合力一定减小 ‎·B ‎·解：A、物体内分子热运动的动能和势能之和叫做内能，故A错误； B、根据查理定律，物体内分子热运动的动能和势能之和叫做内能，故B正确； C、对一定质量的气体加热，其他吸收热量，气体可能对外做功‎(‎即膨胀‎)‎，故内能不一定增加，故C错误； D、分子间同时存在引力和斥力，随着分子距离的增加，引力和斥力同时减小，故D 错误； 故选：B． 解答本题需掌握： 物体内分子热运动的动能和势能之和叫做内能，温度是分子热运动的平均动能的标志； 改变内能的方式有两种，做功或者热传递； 分子间同时存在引力和斥力，随着分子距离的增加，引力和斥力同时减小． 本题考查了内能、改变内能的方式、热力学第一定律和查理定律，涉及知识点多，难度不大． ‎ 1. 以下说法正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 已知水的密度和水的摩尔质量，可计算出阿伏伽德罗常数 B. 固体不容易被压缩，是因为分子间只存在斥力 C. 随分子间距离的增大，分子势能逐渐增大 D. 一定质量的理想气体，在体积不变时，压强随温度升高而增大 ‎·D ‎·解：A、阿伏加德罗常数是1mol任何质量所含有的微粒数目，阿伏加德罗常数等于摩尔质量与分子质量之比，已知水的密度和水的摩尔质量无法确定分子质量，故无法确定阿伏伽德罗常数，故A错误； B、固体不容易被压缩，是因为分子间距离较小，分子间作用力表现为斥力，故B错误； C、两分子之间的距离大于r‎0‎，分子力表现为引力，随着分子间距的增大而减小；当分子间距小于r‎0‎，分子力表现为斥力，随着分子间距的增大而增大，所以并不是势能随分子间距离的增大而增大，故C错误； D、由理想气体状态方程可得，一定质量的理想气体，在体积不变时，压强随温度升高而增大，故D正确． 故选：D． 阿伏加德罗常数等于摩尔质量与分子质量之比；根据分子间作用力的性质和分子力做功与分子势能间的关系分析分子势能的变化；明确理想气体状态方程，知道压强、体积以及温度间的关系． 本题考查理想气体状态方程、阿伏加德罗常数以及分子间作用力等热学问题，要注意准确掌握理想气体状态方程，明确三个状态参量间的变化关系． ‎ 2. 如图是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知‎(‎　　‎‎)‎ A. 同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律 B. 随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大 C. 随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大 D. ‎①‎状态的温度比‎②‎状态的温度高 ‎ ‎·A ‎·A、同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大，即氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律，故A正确； B、温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大，B错误； C、随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大，从而使分子平均动能增大，故C错误； ‎ D、由图可知，‎②‎中速率大分子占据的比例较大，则说明‎②‎对应的平均动能较大，故‎②‎对应的温度较高，故D错误． 故选：A． 温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同． 本题考查了分子运动速率的统计分布规律，记住图象的特点，会分析温度与图象的关系，知道温度越高，分子的平均速率增大． ‎ 二、多选题（4）‎ 1. 下列说法正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 饱和气压与热力学温度成正比 B. 一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律 C. 当分子间的引力与斥力平衡时，分子力一定为零，分子势能一定最小 D. 气体温度越高，气体分子运动越剧烈、容器壁受到的冲击力越大、气体的压强越大 E. 在任何自然过程中，一个孤立系统中的总熵不会减少 ‎·BCE ‎·解：A、饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，但饱和汽压并不与热力学温度成正比，故A错误； B、一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律，该过程中可能引起了其他方面的变化，故B正确； C、根据分子力做功与分子势能变化间的关系可知，当分子间的引力与斥力平衡时，分子力一定为零，分子势能一定最小，故C正确； D、气体温度越高，气体分子运动越剧烈、容器壁受到的冲击力越大，但压强并不一定变大，因为压强大小还与体积有关，故D错误； E、根据熵增加原理可知，在任何自然过程中，一个孤立系统中的总熵不会减少，故E正确． 故选：BCE． 明确饱和汽压的性质，知道饱和汽压与温度有关，但不一定与热力学温度成正比； 明确热力学第二定律的基本内容，理解热学现象中的方向性； 知道分子力的特点，同时能根据分子力与分子势能间的关系分析分子势能的变化，明确平衡距离时分子势能最小，但不一定为零； 知道影响压强大小的微观因素，会解释压强的变化原因； 知道热学现象中的方向性，理解熵增加原理． 本题考查饱和汽、热力学第二定律、分子势能、压强以及熵增加原理，考查内容较多，但难度不大，要求掌握基本热学内容，会用相关知识解释对应的热学现象． ‎ 2. 下列说法正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 阿伏加德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁 B. 一定质量的理想气体对外做功时体积增大，内能一定减小 C. PM2.5‎在空气中的运动属于分子热运动 D. 饱和汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大 E. 在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料中掺入其他元素 ‎·ADE ‎·解：A、阿伏伽德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁，故A正确 B、一定质量的理想气体对外做功，体积增大，有可能吸热，内能不一定减小，故B错误 ‎ C、PM2.5‎在空气中的运动不属于分子热运动，是分子团整体的运动，故C错误； D、温度越高，液体越容易挥发，故饱和汽压随温度的升高而增大，而饱和汽压与气体的体积无关，故D正确； E、分子是运动的，温度越高运动越剧烈，在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素，故E正确； 故选：ADE 阿伏伽德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁；气体的内能即与做功有关，还与吸放热有关；扩散现象可发生在固体液体气体间，因为分子是运动的，分子间有间隙； 本题考查阿伏伽德罗常数、分子的热运动及饱和气压，要注意准确掌握相关热学规律． ‎ 1. 下列说法正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 液体的表面层内分子分布比较稀疏，分子间表现为引力 B. 气体分子的平均动能越大，其压强就越大 C. 第二类永动机是可以制成的，因为它不违背能的转化和守恒定律 D. 空气的相对湿度越大，人们感觉越潮湿 E. 给物体传递热量，物体的内能不一定增加 ‎·ADE ‎·解：A、液体的表面层内分子分布比较稀疏，分子间距大于平衡距离r‎0‎，所以液体表面分子间表现为引力‎.‎故A正确． B、从微观上看，气体的压强取决于气体分子的平均动能和分子数密度，因此，气体分子的平均动能越大，其压强不一定越大‎.‎故B错误． C、第二类永动机不违背能的转化和守恒定律，但违背了热力学第二定律，所以不能制成，故C错误． D、人们对湿度的感觉由于相对湿度有关，空气的相对湿度大，我们感觉潮湿‎.‎故D正确． E、给物体传递热量，物体的内能不一定增加，还与做功情况有关，故E正确． 故选：ADE 根据分子间距分析液体表面分子间作用力的性质‎.‎气体的压强与气体分子的平均动能及单位体积内的分子数有关‎.‎第二类永动机不能制成，它违背了热力学第二定律‎.‎做功和热传递都能改变物体的内能． 本题考查热学中的分子力、热力学第一、第二定律，压强的微观意义以及相对湿度与绝对湿度，要注意的是热力学第一定律中的符号法则． ‎ 2. 下列说法中正确的是‎(‎　　‎‎)‎ A. 分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小 B. 高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故 C. 功转变为热的宏观过程是不可逆过程 D. 布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 E. 瓶中充满某理想气体，且瓶内压强高于外界压强，在缓慢漏气过程中‎(‎内外气体的温度相同且保持不变‎)‎，则瓶内气体吸收热量且分子平均动能不变 ‎·ACE ‎·解：A.‎当分子间距离增大时时，分子间的引力和斥力均减小，故A正确； B.高原地区水的沸点较低，这是高原地区气压较低的缘故，故B错误； C.热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的；但功和能是两个不同概念，功是不可能转化为能的，故C正确； D.布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则运动‎.‎故D错误； E.‎ 瓶内气体缓慢流出过程中气体体积增大，气体对外做功，而温度始终相等，则气体需要吸收热量‎.‎因温度是分子平均动能的标志，则分子的平均动能不变，故E正确． 故选：ACE． 分子间同时存在引力和斥力，随着分子间距的增加，引力和斥力同时减小；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则运动；热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的；高原地区水的沸点较低，这是高原地区气压低的缘故；瓶内气体缓慢流出过程中气体积体积增大，气体对外做功，而温度始终相等，则气体需要吸收热量‎.‎因温度是分子平均动能的标志，则分子的平均动能不变． 本题考查了分子的动理论知识及热力学定律：明确分子力随距离的变化关系，改变物体的内能的方式有热传递，做功；涉及的知识点多，难度不大，关键多看书． ‎ 三、填空题（1）‎ 1. 盛有氧气的钢瓶，从‎18℃‎的室内搬到‎-13℃‎的工地上，两状态下钢瓶内氧气分子热运动速率统计分布图如图所示，则此过程中瓶内氧气的内能______‎(‎选填“增大”、“不变”或“减小”‎)‎，图中T‎1‎‎=‎______K. ‎ ‎·减小；260‎ ‎·解：钢瓶温度降低，分子的平均动能减小，由于分子势能可以忽略不计，故氧气瓶中氧气的内能减小； 由图可知，T‎2‎对应的速率大的分子占比增大，说明T‎2‎对应的温度高，故T‎1‎对应温度为‎-13℃‎；故T‎1‎‎=273-13=260K． 故·为：减小；260． 温度是分子平均动能的标志，温度升高平均动能增大，体积不变时，气体的内能由平均动能决定‎.‎温度升高时，分子平均动能增大，速率大的分子占比要增多． 本题考查了温度是分子平均动能的标志，温度升高平均动能增大，而对应的图象表示不同速率的分子占据的比例，温度升高时分子速率大的分子占比增加． ‎ 四、计算题（4）‎ 2. 下列说法正确的是______‎(‎填正确·标号‎)‎ A.气体扩散现象表明气体分子间存在斥力； B.对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大； C.热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体； D.用活塞压缩气缸内的理想气体，对气体做了‎3.0×‎10‎‎5‎J的功，同时气体向外界放出‎1.5×‎10‎‎5‎J的热量，则气体内能增加了‎1.5×‎10‎‎5‎J； E.在阳光照射下，可以观察到教室空气中飞舞的灰尘做无规则运动，灰尘的运动属于布朗运动．‎ ‎·BCD ‎·解：A、扩散说明分子在做无规则运动，不能说明分子间的斥力；故A错误； B、温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大；故B正确； C、热量总是自发的从温度大的物体传递到温度低的得物体；而温度是分子平均动能的标志；故C正确； D、由热力学第一定律可知，‎△U=W+Q=3.0×‎10‎‎5‎-1.5×‎10‎‎5‎=1.5×‎10‎‎5‎J；故内能增加；故D正确； E、灰尘的运动是由于对流引起的，不属于布朗运动；故E错误； 故选：BCD 气体扩散现象说明气体分子在做无规则运动；‎ ‎ 同一理想气体，温度越高，分子的平均动能越大； 热量总是自发地温度高的物体传递到低温物体； 由热力学第一定律可求得气体内能的增加量； 布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动；空气中的灰尘的运动不属于布朗运动． 本题考查分子动理论的内容，在解题时要注意热力学第一定律中的符号问题，引起内能增加的均为正值，引起内能减小的均为负值；内能的增加为正值，内能的减小为负值． ‎ 1. 一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量M=3×‎10‎‎3‎kg、体积V‎0‎‎=0.5‎m‎3‎的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体。开始时筒内液面到水面的距离h‎1‎‎=40m，筒内气体体积V‎1‎‎=1‎m‎3‎。在拉力作用下浮筒缓慢上升，当筒内液面到水面的距离为h‎2‎时，拉力减为零，此时气体体积为V‎2‎，随后浮筒和重物自动上浮。已知大气压强p‎0‎‎=1×‎10‎‎5‎Pa，水的密度ρ=1×‎10‎‎3‎kg/‎m‎3‎，重力加速度的大小g=10m/‎s‎2‎。不计水温变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和简壁厚度可忽略。求V‎1‎和h‎2‎。‎ ‎·‎2.5‎m‎3‎   10m ‎·当F=0‎时，由平衡条件得 Mg=ρg(V‎0‎+V‎2‎)‎‎   ‎‎①‎ 代入数据得 V‎1‎‎=2.5‎m‎3‎‎   ‎‎②‎ 设筒内气体初态、末态的压强分别为p‎1‎、p‎2‎，由题意得 P‎1‎‎=p‎0‎+ρgh‎1‎‎   ‎‎③‎ p‎2‎‎=p‎0‎+ρgh‎2‎‎   ‎‎④‎ 在此过程中简内气体温度和质量不变，由玻意耳定律得 P‎1‎V‎1‎‎=‎p‎2‎V‎2‎‎   ‎‎⑤‎ 联立‎②③④⑤‎式，代入数据得 h‎2‎‎=10m‎   ‎‎⑥‎ 2. 如图所示，将一个绝热的汽缸竖直放在水平桌面上，在汽缸内用一个活塞封闭一定质量的气体‎.‎在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为m，活塞的横截面积为S.‎已知外界的大气压为p‎0‎，不计活塞和汽缸之间摩擦‎.‎在汽缸内部有一阻值为R的电阻丝，电源的电压为U，在接通电源t时间后，发现活塞缓慢上升h高度‎.‎已知重力加速度为g，求： ‎(1)‎外界对气体做多少功； ‎(2)‎在这一过程中气体的内能改变了多少？‎ ‎·解：‎(1)‎设封闭气体压强为P，选活塞为研究对象，由受力平衡得： P‎0‎S+mg=PS①‎ 活塞上升h高度的过程中，气体对外做功大小为： W=PSh②‎ ‎ 外界对气体做功为：W'=-W③‎ 由‎①②③‎解得；W=-(P‎0‎+mg)h④‎ ‎(2)‎电阻丝在这段时间内的热量为：Q=U‎2‎tR⑤‎ 由热力学第一定律得：‎△U=Q+W'⑥‎ 由‎④⑤⑥‎得：‎△U=-(P‎0‎S+mg)h+U‎2‎Rt 答：‎(1)‎外界对气体做功‎(P‎0‎+mg)h； ‎(2)‎在这一过程中气体的内能改变了‎-(P‎0‎S+mg)h+U‎2‎Rt ‎·‎(1)‎对活塞分析，活塞受力平衡，则由平衡关系可求得气体压强； 由于缓慢移动可认为恒力作用，求出气体对外界做功． ‎(2)‎根据热力学第一定律求解问题． 本题要求学生能正确审题，从题目中找出所需信息，再利用所学的物理规律列式计算，对学生的分析问题、解决问题能力要求较高． ‎ 1. 页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主要成分为甲烷，被公认是洁净的能源． ‎(1)‎一定质量的页岩气‎(‎可看作理想气体‎)‎状态发生了一次循环变化，其压强p随热力学温度T变化的关系如图所示，O、a、b在同一直线上，bc与横轴平行‎.‎则______ ． A.a到b过程，气体的体积减小 B.a到b过程，气体的体积增大 C.b到c过程，气体从外界吸收热量 D.b到c过程，气体向外界放出热量． ‎(2)‎将页岩气经压缩、冷却，在‎-160℃‎下液化成液化天然气‎(‎简称LNG).‎在液化天然气的表面层，其分子间的引力______ ‎(‎选填“大于”、“等于”或“小于”‎)‎斥力‎.‎在LNG罐内顶部存在一些页岩气，页岩气中甲烷分子的平均动能______ ‎(‎选填“大于”、“等于”或“小于”‎)‎液化天然气中甲烷分子的平均动能． ‎(3)‎某状况下页岩气体积约为同质量液化天然气体积的6高考模拟系列倍，已知液化天然气的密度ρ=4.5×‎10‎‎2‎kg/‎m‎3‎，甲烷的摩尔质量M=1.6×‎10‎‎-2‎kg/mol，阿伏伽德罗常数NA‎=6.0×‎10‎‎23‎/mol，试估算该状态下‎6.0‎m‎3‎的页岩气中甲烷分子数．‎ ‎·C；大于；等于 ‎·解：‎(1)AB、ab是过原点的倾斜的直线表示气体发生等容变化，即气体的体积不变‎.‎故A、B错误． CD、b到c过程，气体发生等压变化，温度升高，内能增大，根据气态方程pVT‎=C可知，气体的体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律‎△U=Q+W可知，体从外界吸收热量‎.‎故C正确，D错误． 故选：C ‎(2)‎由于液体表面存在表面张力，其分子间的引力大于斥力，分子的平均动能由温度决定，同一温度下甲烷分子的平均动能等于液化天然气中甲烷分子的平均动能 故·为：大于      等于 ‎(3)‎某状态下页岩气体积约为同质量液化天然气体积的6高考模拟系列倍，故密度是天然气密度的‎1‎‎6高考模拟系列倍，页岩气的质量为： ‎m=ρV‎6高考模拟系列①‎ ‎ 甲烷分子数：N=mMNA②‎ 解得：N=ρVNA‎6高考模拟系列M=‎4.5×1‎0‎‎2‎×6×6×1‎‎0‎‎23‎‎6高考模拟系列×1.6×1‎‎0‎‎-2‎=1.7×1‎0‎‎26‎个 答：估算该状态下‎6.0‎m‎3‎的页岩气中甲烷分子数为‎1.7×1‎‎0‎‎26‎个 ‎(1)p-T图象过原点的倾斜的直线表示气体发生等容变化‎.‎图象上的点与原点连线的斜率pT，根据此斜率，结合气态方pVT‎=C，分析体积的变化‎.‎根据热力学第一定律分析吸放热情况 ‎(2)‎分子间同时存在引力和斥力，在液体表面存在表面张力，其分子间的引力大于斥力，分子的平均动能由温度决定． ‎(3)‎页岩气主要成分为甲烷，可以认为是甲烷气体；根据m=ρV求解质量，根据N=‎mMNA求解甲烷的分子数． ‎(1)‎本题关键要掌握图象的物理意义，分析气体体积的变化，此题是气体态方程和热力学第一定律的综合应用，难度不大． ‎(2)‎掌握分子间作用力的特点，知道温度是分子平均动能的标志 ‎(3)‎阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁，质量‎=‎摩尔质量‎×‎摩尔数 ‎