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33.【物理——选修3-3】(15分)

  (1)(5分)下列有关热现象的叙述中,正确的是( )(填正确答案标号,选对一个的得2分,选对2个得4分,选对3个得5分.每选错一个扣3分,最低得分为0分)

A.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行

B.机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程

C.气体可以从单一热源吸收热量,全部用来对外做功

D.第二类永动机没有违反能量守恒定律,但违反了热力学第一定律

E.热量可以从低温物体传到高温物体,但是不可能不引起其它变化

  (2)(10分)如图所示,两个可导热的气缸竖直放置,它们的底部都由一细管连通(忽略细管的容积).两气缸各有一个活塞,质量分别为m1和m2,活塞与气缸无摩擦.活塞的下方为理想气体,上方为真空.当气体处于平衡状态时,两活塞位于同一高度h.(已知m1=2m,m2=m)

  (1)在两活塞上同时各放一质量为m的物块,求气体再次达到平衡后两活塞的高度差(假定环境温度始终保持为T0).

  (2)在达到上一问的终态后,环境温度由T0缓慢上升到1.25T0,试问在这个过程中,气体对活塞做了多少功?(假定在气体状态变化过程中,两物块均不会碰到气缸顶部).


答案与解析:

  33.BCE

  解析:(根据热力学第二定律,一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.故A错误.

  根据热力学第二定律,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.故B正确.

  气体可以从单一热源吸收热量,在引起其他变化情况下可以全部用来对外做功.故C正确.

  第二类永动机没有违背了能量守恒定律,违背了热力学第二定律.故D错误.

  根据热力学第二定律,热量可能从低温物体传递给高温物体,但是会引起其他的变化.故E正确.

  解:设左、右活塞的面积分别为S′和S,由于气体处于平衡状态,故两活塞对气体的压强相等,即:(1分)由此得:S′=2S(1分)

  在两个活塞上各加质量为m的物块后,假设左右两活塞仍没有碰到汽缸底部,由平衡条件:,P<P,则右活塞降至气缸底部,所有气体都在左气缸中(1分)

  在初态,气体的压强为,体积为3Sh;

  在末态,气体压强为,体积为2xS(x为左活塞的高度)(1分)

  由玻意耳定律得:(1分)

  解得:x=h,即两活塞的高度差为x=h(1分)

  (2)当温度由T0上升至T=1.25T0时,气体的压强不变,设x′是温度达到T时左活塞的高度,由盖·吕萨克定律得:x=1.25h(2分)

  活塞对气体做的功为:W=FS=3mg(x′-x)=0.75mgh(2分)