高中物理熱力學(xué)定律綜合應(yīng)用試卷及答案選擇題1.下列關(guān)于熱現(xiàn)象的說法正確的是（）A.熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B.熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體C.熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%D.第二類永動機(jī)違背了能量守恒定律答案：A。分析：熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，A對；熱量可在外界影響下從低溫物體傳到高溫物體，如冰箱，B錯；熱機(jī)效率不可能達(dá)100%，C錯；第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，D錯。2.一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，體積增大，則（）A.氣體分子的平均動能增大B.氣體分子的平均動能減小C.氣體分子的平均動能不變D.條件不足，無法判斷氣體分子平均動能的變化答案：A。分析：壓強(qiáng)不變體積增大，根據(jù)蓋呂薩克定律，溫度升高，而溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升高分子平均動能增大，A對。3.下列說法正確的是（）A.物體的溫度升高，內(nèi)能一定增加B.物體吸收熱量，溫度一定升高C.物體對外做功，內(nèi)能一定減少D.物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變答案：D。分析：物體溫度升高，若同時對外做功，內(nèi)能不一定增加，A錯；物體吸收熱量同時對外做功，溫度不一定升高，B錯；物體對外做功同時吸收熱量，內(nèi)能不一定減少，C錯；根據(jù)熱力學(xué)第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，吸收熱量\(Q\gt0\)，對外做功\(W\lt0\)，當(dāng)\(Q=W\)時，\(\DeltaU=0\)，內(nèi)能不變，D對。4.關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是（）A.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.第二類永動機(jī)不可能制成，是因為它違背了能量守恒定律C.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化D.熱力學(xué)第二定律表明，自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性答案：ACD。分析：熱量不能自發(fā)從低溫到高溫，A對；第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律，而是違背熱力學(xué)第二定律，B錯；這是熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，C對；熱力學(xué)第二定律表明熱現(xiàn)象宏觀過程有方向性，D對。5.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了一個緩慢的絕熱壓縮過程，則在此過程中（）A.氣體的內(nèi)能增大B.氣體分子的平均動能減小C.氣體的壓強(qiáng)減小D.氣體分子的密集程度減小答案：A。分析：絕熱過程\(Q=0\)，壓縮過程\(W\gt0\)，根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(\DeltaU\gt0\)，內(nèi)能增大，A對；內(nèi)能增大溫度升高，分子平均動能增大，B錯；體積減小，分子密集程度增大，溫度升高，壓強(qiáng)增大，C、D錯。6.下列關(guān)于內(nèi)能、熱量和溫度的說法正確的是（）A.物體吸收熱量，溫度一定升高B.物體內(nèi)能增加，一定是吸收了熱量C.物體溫度升高，內(nèi)能一定增加D.物體溫度升高，一定是吸收了熱量答案：C。分析：物體吸收熱量同時對外做功，溫度不一定升高，A錯；物體內(nèi)能增加可能是外界對物體做功，不一定是吸收熱量，B錯；溫度升高，分子平均動能增大，內(nèi)能一定增加，C對；溫度升高可能是外界對物體做功，不一定是吸收熱量，D錯。7.一定質(zhì)量的理想氣體，在體積不變的情況下，溫度升高，壓強(qiáng)增大，其原因是（）A.溫度升高后，氣體分子的平均速率變大B.溫度升高后，氣體分子的平均動能變大C.溫度升高后，分子撞擊器壁的平均作用力增大D.溫度升高后，單位時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的碰撞次數(shù)增多答案：ABCD。分析：溫度升高，分子平均速率和平均動能增大，分子撞擊器壁平均作用力增大，且單位時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積碰撞次數(shù)增多，導(dǎo)致壓強(qiáng)增大，ABCD都對。8.下列過程中，可能發(fā)生的是（）A.某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而沒有產(chǎn)生其他影響B(tài).打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)進(jìn)去，恢復(fù)原狀C.利用其他手段，使低溫物體溫度更低，高溫物體的溫度更高D.將兩瓶不同液體混合，然后它們又自發(fā)地各自分開答案：C。分析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不能從單一熱源吸熱全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而無其他影響，A錯；氣體溢出后不會自發(fā)回去，B錯；可以通過外界手段使低溫更低，高溫更高，C對；不同液體混合后不會自發(fā)分開，D錯。9.一定質(zhì)量的理想氣體，在等溫變化過程中，下列物理量發(fā)生變化的是（）A.分子的平均速率B.單位體積內(nèi)的分子數(shù)C.氣體的壓強(qiáng)D.分子總數(shù)答案：BC。分析：等溫變化溫度不變，分子平均速率不變，A錯；體積變化時單位體積內(nèi)分子數(shù)變化，B對；根據(jù)玻意耳定律，體積變化壓強(qiáng)變化，C對；分子總數(shù)不變，D錯。10.下列關(guān)于熵的說法正確的是（）A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動無序性的量度B.在自然過程中熵總是增加的C.熱力學(xué)第二定律也可以叫做熵增加原理D.熵值越大，代表系統(tǒng)越無序答案：ABCD。分析：熵是分子運(yùn)動無序性量度，自然過程熵增加，熱力學(xué)第二定律可表述為熵增加原理，熵值越大越無序，ABCD都對。11.一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，其\(pV\)圖象如圖（本題無圖，但不影響概念考查）所示。則在這一過程中（）A.氣體對外做功B.氣體內(nèi)能增加C.氣體從外界吸收熱量D.氣體壓強(qiáng)增大答案：ABC。分析：體積增大，氣體對外做功，A對；由\(pV/T\)為定值，體積增大壓強(qiáng)減小，溫度升高，內(nèi)能增加，B對，D錯；根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(\DeltaU\gt0\)，\(W\lt0\)，則\(Q\gt0\)，氣體吸熱，C對。12.若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說法正確的是（）A.氣體分子間的作用力增大B.氣體分子的平均動能不變C.氣體分子的平均速率減小D.氣體的內(nèi)能不變答案：BD。分析：氣泡上升體積增大，分子間距離增大，分子間作用力減小，A錯；溫度不變，分子平均動能和平均速率不變，B對，C錯；理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度不變內(nèi)能不變，D對。13.下列關(guān)于熱機(jī)的說法正確的是（）A.熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置B.熱機(jī)的效率總小于1C.熱機(jī)的工作物質(zhì)是高溫高壓的蒸汽或燃?xì)釪.熱機(jī)工作時需要有兩個熱源，即高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩创鸢福篈BCD。分析：熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，效率小于1，工作物質(zhì)是高溫高壓蒸汽或燃?xì)?，工作需要高溫和低溫兩個熱源，ABCD都對。14.一定質(zhì)量的理想氣體，在等壓膨脹過程中（）A.氣體對外做功，內(nèi)能減少B.氣體吸收熱量，內(nèi)能增加C.氣體吸收熱量，溫度升高D.氣體對外做功，溫度降低答案：BC。分析：等壓膨脹，體積增大，氣體對外做功，根據(jù)蓋呂薩克定律，溫度升高，內(nèi)能增加，根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(\DeltaU\gt0\)，\(W\lt0\)，則\(Q\gt0\)，氣體吸熱，BC對。15.下列說法中正確的是（）A.任何物體的內(nèi)能就是組成物體的所有分子熱運(yùn)動動能的總和B.只要對內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的方式上是不同的D.滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進(jìn)行答案：C。分析：物體內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動動能和分子勢能總和，A錯；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不能把全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，B錯；做功和熱傳遞改變內(nèi)能方式不同，C對；滿足能量守恒定律的過程不一定能自發(fā)進(jìn)行，D錯。填空題16.一定質(zhì)量的理想氣體，在絕熱膨脹過程中，氣體的內(nèi)能______（選填“增加”“減少”或“不變”），氣體對外界______（選填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”）。答案：減少；做正功。分析：絕熱\(Q=0\)，膨脹體積增大，氣體對外做正功\(W\lt0\)，根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(\DeltaU\lt0\)，內(nèi)能減少。17.熱力學(xué)第二定律常見的表述有兩種。第一種表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化；第二種表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。圖（本題無圖）甲是根據(jù)熱力學(xué)第二定律的______種表述畫出的示意圖；根據(jù)第二種表述可知，從單一熱源吸收熱量并將這部分熱量全部用來做功而不產(chǎn)生其他影響是不可能的，但如果產(chǎn)生其他影響是可能的。請在圖乙（本題無圖）中補(bǔ)充出能產(chǎn)生“其他影響”時的示意圖。答案：第一。分析：甲圖表示熱量從低溫到高溫?zé)o其他影響，對應(yīng)第一種表述。18.一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變的情況下，體積增大，壓強(qiáng)______（選填“增大”“減小”或“不變”），該過程中氣體______（選填“吸收”或“放出”）熱量。答案：減小；吸收。分析：溫度不變，根據(jù)玻意耳定律\(pV=C\)，體積增大壓強(qiáng)減?。惑w積增大對外做功\(W\lt0\)，溫度不變內(nèi)能不變\(\DeltaU=0\)，根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(Q=W\gt0\)，吸收熱量。19.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動______的量度，在自然過程中熵總是______（選填“增加”“減少”或“不變”）的。答案：無序性；增加。分析：熵是分子運(yùn)動無序性量度，自然過程熵增加。20.某熱機(jī)在工作中從高溫?zé)嵩次樟薥(8\times10^{6}J\)的熱量，同時有\(zhòng)(2\times10^{6}J\)的熱量排放給了低溫?zé)嵩矗瑒t該熱機(jī)對外做的功\(W=\)______J，熱機(jī)的效率\(\eta=\)______。答案：\(6\times10^{6}\)；\(75\%\)。分析：根據(jù)能量守恒\(W=Q_{1}Q_{2}=8\times10^{6}2\times10^{6}=6\times10^{6}J\)，效率\(\eta=\frac{W}{Q_{1}}\times100\%=\frac{6\times10^{6}}{8\times10^{6}}\times100\%=75\%\)。簡答題21.簡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容，并寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。答案：熱力學(xué)第一定律內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。數(shù)學(xué)表達(dá)式：\(\DeltaU=Q+W\)，其中\(zhòng)(\DeltaU\)表示內(nèi)能變化量，\(Q\)表示熱量，\(W\)表示功。當(dāng)\(Q\gt0\)時表示系統(tǒng)吸熱，\(Q\lt0\)時表示系統(tǒng)放熱；當(dāng)\(W\gt0\)時表示外界對系統(tǒng)做功，\(W\lt0\)時表示系統(tǒng)對外界做功。22.為什么第二類永動機(jī)不可能制成？答案：第二類永動機(jī)是指從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的熱機(jī)。它不違背能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律表明，自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，所以第二類永動機(jī)不可能制成。23.說明溫度、內(nèi)能、熱量三者之間的關(guān)系。答案：溫度是分子平均動能的標(biāo)志，反映了分子熱運(yùn)動的劇烈程度。內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和，對于理想氣體，內(nèi)能只與溫度和分子數(shù)有關(guān)。熱量是在熱傳遞過程中傳遞的能量多少。物體溫度變化時，內(nèi)能一般會變化；但內(nèi)能變化時溫度不一定變化，如晶體熔化。熱量是過程量，只有在熱傳遞時才有意義，物體吸收或放出熱量會引起內(nèi)能變化，但內(nèi)能變化不一定是因為熱傳遞，也可能是做功。24.簡述熵增加原理，并舉例說明。答案：熵增加原理：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小。如果過程是可逆的，熵不變；如果過程是不可逆的，熵增加。例如，將一滴墨水滴入清水中，墨水會自發(fā)地在水中擴(kuò)散，最終均勻分布，這個過程中系統(tǒng)的無序程度增大，熵增加；又如，兩個溫度不同的物體接觸，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，使系統(tǒng)趨于溫度均勻，這也是一個熵增加的過程。25.分析一定質(zhì)量的理想氣體在等容升溫過程中的能量變化情況。答案：等容過程，氣體體積不變，\(W=0\)。根據(jù)查理定律，等容升溫，溫度升高，而理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度升高則內(nèi)能增加，即\(\DeltaU\gt0\)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，\(W=0\)，\(\DeltaU\gt0\)，所以\(Q=\DeltaU\gt0\)，即氣體吸收熱量，吸收的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)能。計算題26.一定質(zhì)量的理想氣體，初始狀態(tài)的壓強(qiáng)為\(p_{1}=2\times10^{5}Pa\)，體積為\(V_{1}=2L\)，溫度為\(T_{1}=300K\)。先經(jīng)過等壓膨脹過程，使體積變?yōu)閈(V_{2}=4L\)，再經(jīng)過等容變化，使壓強(qiáng)變?yōu)閈(p_{3}=1\times10^{5}Pa\)，求最終狀態(tài)的溫度\(T_{3}\)。答案：等壓膨脹過程，根據(jù)蓋呂薩克定律\(\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}\)，已知\(p_{1}=2\times10^{5}Pa\)，\(V_{1}=2L\)，\(T_{1}=300K\)，\(V_{2}=4L\)，則\(T_{2}=\frac{V_{2}}{V_{1}}T_{1}=\frac{4}{2}\times300K=600K\)。等容變化過程，根據(jù)查理定律\(\frac{p_{2}}{T_{2}}=\frac{p_{3}}{T_{3}}\)，等壓膨脹后\(p_{2}=p_{1}=2\times10^{5}Pa\)，\(p_{3}=1\times10^{5}Pa\)，\(T_{2}=600K\)，所以\(T_{3}=\frac{p_{3}}{p_{2}}T_{2}=\frac{1\times10^{5}}{2\times10^{5}}\times600K=300K\)。27.一熱機(jī)在工作中從高溫?zé)嵩次樟薥(5\times10^{6}J\)的熱量，同時對外做了\(2\times10^{6}J\)的功，求：（1）此熱機(jī)排放給低溫?zé)嵩吹臒崃縗(Q_{2}\)；（2）此熱機(jī)的效率\(\eta\)。答案：（1）根據(jù)能量守恒定律\(Q_{1}=W+Q_{2}\)，已知\(Q_{1}=5\times10^{6}J\)，\(W=2\times10^{6}J\)，則\(Q_{2}=Q_{1}W=5\times10^{6}2\times10^{6}=3\times10^{6}J\)。（2）熱機(jī)效率\(\eta=\frac{W}{Q_{1}}\times100\%=\frac{2\times10^{6}}{5\times10^{6}}\times100\%=40\%\)。28.一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)\(A(p_{1},V_{1},T_{1})\)經(jīng)過等壓變化到狀態(tài)\(B(p_{1},V_{2})\)，再經(jīng)過等容變化到狀態(tài)\(C(p_{2},V_{2})\)。已知\(p_{1}=3\times10^{5}Pa\)，\(V_{1}=1L\)，\(T_{1}=300K\)，\(V_{2}=2L\)，\(p_{2}=1.5\times10^{5}Pa\)。求：（1）狀態(tài)\(B\)的溫度\(T_{B}\)；（2）狀態(tài)\(C\)的溫度\(T_{C}\)。答案：（1）等壓變化過程，根據(jù)蓋呂薩克定律\(\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{B}}\)，已知\(p_{1}=3\times10^{5}Pa\)，\(V_{1}=1L\)，\(T_{1}=300K\)，\(V_{2}=2L\)，則\(T_{B}=\frac{V_{2}}{V_{1}}T_{1}=\frac{2}{1}\times300K=600K\)。（2）等容變化過程，根據(jù)查理定律\(\frac{p_{1}}{T_{B}}=\frac{p_{2}}{T_{C}}\)，\(p_{1}=3\times10^{5}Pa\)，\(T_{B}=600K\)，\(p_{2}=1.5\times10^{5}Pa\)，所以\(T_{C}=\frac{p_{2}}{p_{1}}T_{B}=\frac{1.5\times10^{5}}{3\times10^{5}}\times600K=300K\)。29.一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度為\(27^{\circ}C\)時，體積為\(10L\)，壓強(qiáng)為\(1\times10^{5}Pa\)。若保持溫度不變，使氣體壓強(qiáng)變?yōu)閈(2\times10^{5}Pa\)，求此時氣體的體積。答案：已知初始狀態(tài)\(p_{1}=1\times10^{5}Pa\)，\(V_{1}=10L\)，\(T_{1}=(27+273)K=300K\)，末狀態(tài)\(p_{2}=2\times10^{5}Pa\)，\(T_{2}=T_{1}=300K\)。根據(jù)玻意耳定律\(p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}\)，則\(V_{2}=\frac{p_{1}V_{1}}{p_{2}}=\frac{1\times10^{5}\times10}{2\times10^{5}}L=5L\)。30.某熱機(jī)工作時，高溫?zé)嵩礈囟葹閈(600K\)，低溫?zé)嵩礈囟葹閈(300K\)，若該熱機(jī)從高溫?zé)嵩次誠(1.2\times10^{7}J\)的熱量，求該熱機(jī)理論上最多能對外做多少功。答案：熱機(jī)的效率\(\eta=1\frac{T_{2}}{T_{1}}\)，其中\(zhòng)(T_{1}=600K\)，\(T_{2}=300K\)，則\(\eta=1\frac{300}{600}=0.5\)。又因為\(\eta=\frac{W}{Q_{1}}\)，\(Q_{1}=1.2\times10^{7}J\)，所以\(W=\etaQ_{1}=0.5\times1.2\times10^{7}J=6\times10^{6}J\)。實(shí)驗題31.為了驗證熱力學(xué)第一定律，某同學(xué)設(shè)計了如下實(shí)驗：在一個絕熱的容器中裝有一定質(zhì)量的水，用電阻絲對水加熱，同時測量水的溫度變化、電阻絲消耗的電能以及水吸收的熱量。（1）該實(shí)驗中需要測量哪些物理量？（2）如何測量這些物理量？（3）若實(shí)驗數(shù)據(jù)滿足什么關(guān)系，則可以驗證熱力學(xué)第一定律？答案：（1）需要測量電阻絲兩端的電壓\(U\)、通過電阻絲的電流\(I\)、加熱時間\(t\)、水的質(zhì)量\(m\)、水的初溫\(t_{1}\)和末溫\(t_{2}\)。（2）用電壓表測量電阻絲兩端的電壓\(U\)，用電流表測量通過電阻絲的電流\(I\)，用秒表測量加熱時間\(t\)，用天平測量水的質(zhì)量\(m\)，用溫度計測量水的初溫和末溫。（3）根據(jù)焦耳定律，電阻絲消耗的電能\(W=UIt\)，水吸收的熱量\(Q=cm(t_{2}t_{1})\)（\(c\)為水的比熱容）。若\(W=Q\)（在誤差允許范圍內(nèi)），則可以驗證熱力學(xué)第一定律，即外界對系統(tǒng)（水）所做的電功等于系統(tǒng)（水）內(nèi)能的增加量（以熱量形式體現(xiàn)）。32.某同學(xué)利用注射器、壓強(qiáng)傳感器等器材探究一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。（1）實(shí)驗前要檢查裝置的氣密性，如何檢查？（2）實(shí)驗過程中，為什么要緩慢推動注射器活塞？（3）實(shí)驗得到了多組壓強(qiáng)\(p\)和體積\(V\)的數(shù)據(jù)，如何處理這些數(shù)據(jù)來驗證玻意耳定律？答案：（1）將注射器活塞推至某一位置，用橡皮帽封住注射器小孔，然后緩慢拉動活塞，松手后若活塞能回到原來位置，說明裝置氣密性良好。（2）緩慢推動注射器活塞是為了使氣體有足夠時間與外界進(jìn)行熱交換，保證氣體溫度不變，因為該實(shí)驗是探究等溫過程中壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。（3）可以通過計算每組數(shù)據(jù)中\(zhòng)(pV\)的值，若在誤差允許范圍內(nèi)\(pV\)的值近似相等，則驗證了玻意耳定律；也可以以\(p\)為縱坐標(biāo)，\(\frac{1}{V}\)為橫坐標(biāo)繪制圖象，若圖象是一條過原點(diǎn)的直線，則也驗證了玻意耳定律。33.用DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）研究一定質(zhì)量氣體在溫度不變時，壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗裝置如圖（本題無圖）所示，實(shí)驗步驟如下：①把注射器活塞移至注射器中間位置，將注射器與壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)逐一連接；②移動活塞，記錄注射器的刻度值\(V\)，同時記錄對應(yīng)的由計算機(jī)顯示的氣體壓強(qiáng)值\(p\)；③重復(fù)上述步驟②，多次測量；④根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，作出\(pV\)圖線。（1）實(shí)驗中是否需要測量空氣質(zhì)量？為什么？（2）在實(shí)驗過程中，若注射器內(nèi)氣體溫度升高，對實(shí)驗結(jié)果有什么影響？（3）若實(shí)驗得到的\(pV\)圖線不是雙曲線，可能的原因是什么？答案：（1）不需要測量空氣質(zhì)量。因為本實(shí)驗是探究一定質(zhì)量氣體在溫度不變時壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，只要保證實(shí)驗過程中氣體質(zhì)量不變即可，不需要知道具體質(zhì)量數(shù)值。（2）若注射器內(nèi)氣體溫度升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(pV=nRT\)（\(n\)為物質(zhì)的量，\(R\)為常量），在體積變化時，壓強(qiáng)的變化不再滿足等溫條件下的玻意耳定律，會導(dǎo)致\(pV\)的值增大，\(pV\)圖線偏離雙曲線。（3）若\(pV\)圖線不是雙曲線，可能原因有：實(shí)驗過程中氣體溫度發(fā)生了變化；注射器漏氣，導(dǎo)致氣體質(zhì)量發(fā)生變化；數(shù)據(jù)測量存在較大誤差等。34.某同學(xué)在探究“氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”實(shí)驗中，記錄了如下數(shù)據(jù)：|實(shí)驗次數(shù)|體積\(V/mL\)|壓強(qiáng)\(p/kPa\)||||||1|20|100||2|16|125||3|12|167||4|8|250|（1）分析數(shù)據(jù)，判斷該氣體是否近似遵循玻意耳定律。（2）若該氣體遵循玻意耳定律，求出\(pV\)的平均值。答案：（1）計算每次實(shí)驗的\(pV\)值：第一次：\(p_{1}V_{1}=100\times20=2000(kPa\cdotmL)\)；第二次：\(p_{2}V_{2}=125\times16=2000(kPa\cdotmL)\)；第三次：\(p_{3}V_{3}=167\times12\approx2004(kPa\cdotmL)\)；第四次：\(p_{4}V_{4}=250\times8=2000(kPa\cdotmL)\)。在誤差允許范圍內(nèi)，\(pV\)的值近似相等，所以該氣體近似遵循玻意耳定律。（2）\(pV\)的平均值\(\overline{pV}=\frac{2000+2000+2004+2000}{4}kPa\cdotmL=2001kPa\cdotmL\)。35.某實(shí)驗小組用如圖（本題無圖）所示裝置探究一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等壓變化的規(guī)律，在實(shí)驗過程中，他們通過改變水溫來改變氣體的溫度，同時測量氣體的體積。（1）實(shí)驗中需要控制哪些變量不變？（2）如何保證氣體發(fā)生的是等壓變化？（3）若實(shí)驗得到的\(VT\)圖線不過原點(diǎn)，可能的原因是什么？答案：（1）需要控制氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)不變。（2）通過使裝置與外界大氣相通，讓氣體壓強(qiáng)始終等于大氣壓強(qiáng)，從而保證氣體發(fā)生等壓變化。（3）\(VT\)圖線不過原點(diǎn)，可能原因有：測量體積時存在系統(tǒng)誤差，如測量氣體體積的起始刻度不準(zhǔn)確；實(shí)驗開始時氣體的實(shí)際溫度與測量溫度有偏差；裝置存在漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致氣體質(zhì)量發(fā)生變化等。拓展題36.從微觀角度解釋為什么一定質(zhì)量的理想氣體在等壓膨脹過程中溫度會升高。答案：從微觀角度看，氣體壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的。一定質(zhì)量的理想氣體等壓膨脹，體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少。若要保持壓強(qiáng)不變，即單位時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的撞擊力不變，由于分子數(shù)減少，就需要分子的平均動能增大，而溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以分子平均動能增大意味著溫度升高。37.隨著科技的發(fā)展，人們一直在探索提高熱機(jī)效率的方法。請從熱力學(xué)定律的角度分析，提高熱機(jī)效率的關(guān)鍵因素有哪些，并提出一些可行的措施。答案：從熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)效率\(\eta=1\frac{Q_{2}}{Q_{1}}\)（\(Q_{1}\)是從高溫?zé)嵩次盏臒崃?，\(Q_{2}\)是向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃浚?，也可表示為\(\eta=1\frac{T_{2}}{T_{1}}\)（\(T_{1}\)是高溫?zé)嵩礈囟?，\(T_{2}\)是低溫?zé)嵩礈囟龋?。關(guān)鍵因素：高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟炔?，溫差越大，效率越高。減少熱機(jī)工作過程中的各種能量損失?？尚写胧禾岣吒邷?zé)嵩礈囟?，例如采用更好的燃料或改進(jìn)燃燒技術(shù)，使燃料更充分燃燒，提高燃燒溫度。降低低溫?zé)嵩礈囟?，但這在實(shí)際中較難實(shí)現(xiàn)，可通過優(yōu)化冷卻系統(tǒng)來盡量降低低溫?zé)嵩礈囟取p少熱機(jī)各部件之間的摩擦，使用更優(yōu)質(zhì)的潤滑材料，提高機(jī)械效率，減少機(jī)械能損失。減少熱機(jī)向外界的散熱，采用更好的隔熱材料對熱機(jī)進(jìn)行包裹。38.舉例說明生活中哪些現(xiàn)象體現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律的方向性，并簡要解釋。答案：熱傳遞：例如將一杯熱水和一杯冷水放在一起，熱量會自發(fā)地從熱水傳遞到冷水，最終使兩者溫度趨于相同。而相反的過程，即冷水自動降溫，熱水自動升溫，使熱量從冷水傳向熱水，是不可能自發(fā)發(fā)生的，體現(xiàn)了熱傳遞具有方向性，符合熱力學(xué)第二定律中熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體這一表述。擴(kuò)散現(xiàn)象：把一滴香水灑在房間中央，香水分子會自發(fā)地在空氣中擴(kuò)散，使整個房間充滿香味。但已經(jīng)擴(kuò)散開的香水分子不會自發(fā)地重新聚集回原來的一滴，這表明擴(kuò)散過程是不可逆的，體現(xiàn)了自然過程的方向性，符合熵增加原理，即孤立系統(tǒng)的熵總是增加的。功熱轉(zhuǎn)換：汽車發(fā)動機(jī)工作時，燃料燃燒釋放的內(nèi)能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使汽車運(yùn)動，同時有一部分內(nèi)能散失到周圍環(huán)境中。而不可能將散失到環(huán)境中的內(nèi)能全部收集起來再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能讓汽車運(yùn)動，這體現(xiàn)了功熱轉(zhuǎn)換的方向性，即不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化。39.假如一個封閉的絕熱容器內(nèi)有一定質(zhì)量的理想氣體，容器內(nèi)還有一個可自由移動的絕熱活塞將容器分為兩部分，初始時兩部分氣體的溫度、壓強(qiáng)、體積都相同?，F(xiàn)在對其中一部分氣體加熱，分析整個系統(tǒng)的狀態(tài)變化情況，并說明涉及的熱力學(xué)原理。答案：對其中一部分氣體加熱，這部分氣體吸收熱量，內(nèi)能增加，溫度升高，壓強(qiáng)增大。由于活塞可自由移動，在壓強(qiáng)差的作用下，活塞會向另一部分氣體移動，使加熱部分氣體體積膨脹，對外做功；另一部分氣體被壓縮，外界對其做功，內(nèi)能增加，溫度和壓強(qiáng)也會升高。涉及的熱力學(xué)原理：熱力學(xué)第一定律：對于加熱部分氣體，\(\DeltaU_{1}=QW_{1}\)（\(Q\)是吸收的熱量，\(W_{1}\)是對外做的功），內(nèi)能增加；對于另一部分氣體，\(\DeltaU_{2}=W_{2}\)（\(W_{2}\)是外界對它做的功），內(nèi)能也增加。理想氣體狀態(tài)方程\(pV=nRT\)：加熱部分氣體溫度升高、體積增大、壓強(qiáng)變化；另一部分氣體溫度升高、體積減小、壓強(qiáng)增大，最終兩部分氣體壓強(qiáng)相等達(dá)到新的平衡狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律：整個過程是不可逆的，系統(tǒng)的熵會增加。從微觀角度看，氣體分子的無序程度增大。40.有一種設(shè)想的新型熱機(jī)，它能從海水表面吸收熱量，將其全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不向低溫?zé)嵩捶艧?。請從熱力學(xué)定律的角度分析這種熱機(jī)是否可行。答案：這種熱機(jī)不可行。從能量守恒定律角度看，它似乎不違背，因為它從海水表面吸收熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，能量總量守恒。但從熱力學(xué)第二定律角度分析，它違背了開爾文表述，即不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化。該新型熱機(jī)想從海水表面這一單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，且不向低溫?zé)嵩捶艧?，不產(chǎn)生其他影響，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。同時，根據(jù)熵增加原理，一個孤立系統(tǒng)（可將熱機(jī)和海水看作一個系統(tǒng)）的總熵不會減小，若該熱機(jī)可行，意味著系統(tǒng)熵減小，這與熵增加原理矛盾。所以這種熱機(jī)不可行。綜合題41.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖（本題無圖）所示的\(A→B→C→A\)的循環(huán)過程。已知\(A\)狀態(tài)的壓強(qiáng)\(p_{A}=3\times10^{5}Pa\)，體積\(V_{A}=1L\)，溫度\(T_{A}=300K\)；\(B\)狀態(tài)的體積\(V_{B}=3L\)；\(C\)狀態(tài)的溫度\(T_{C}=300K\)。（1）求\(B\)狀態(tài)的溫度\(T_{B}\)和\(C\)狀態(tài)的體積\(V_{C}\)。（2）分析\(A→B\)、\(B→C\)、\(C→A\)過程中氣體是吸熱還是放熱，并說明理由。答案：（1）\(A→B\)是等壓過程，根據(jù)蓋呂薩克定律\(\frac{V_{A}}{T_{A}}=\frac{V_{B}}{T_{B}}\)，已知\(p_{A}=3\times10^{5}Pa\)，\(V_{A}=1L\)，\(T_{A}=300K\)，\(V_{B}=3L\)，則\(T_{B}=\frac{V_{B}}{V_{A}}T_{A}=\frac{3}{1}\times300K=900K\)。\(B→C\)是等容過程，\(V_{C}=V_{B}=3L\)。（2）\(A→B\)過程：等壓膨脹，體積增大，氣體對外做功\(W\lt0\)；溫度升高，內(nèi)能增加\(\DeltaU\gt0\)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，\(\DeltaU\gt0\)，\(W\lt0\)，所以\(Q=\DeltaUW\gt0\)，氣體吸熱。\(B→C\)過程：等容變化，\(W=0\)；溫度降低，內(nèi)能減少\(\DeltaU\lt0\)。根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(W=0\)，\(\DeltaU\lt0\)，所以\(Q=\DeltaU\lt0\)，氣體放熱。\(C→A\)過程：等溫壓縮，溫度不變，內(nèi)能不變\(\DeltaU=0\)；體積減小，外界對氣體做功\(W\gt0\)。根據(jù)\(\DeltaU=Q+W\)，\(\DeltaU=0\)，\(W\gt0\)，所以\(Q=W\lt0\)，氣體放熱。42.如圖（本題無圖）所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)\(A\)開始，經(jīng)歷\(AB\)、\(BC\)、\(CD\)、\(DA\)四個過程回到初始狀態(tài)\(A\)。已知\(A\)狀態(tài)的壓強(qiáng)\(p_{A}=1\ti