【最新】高中物理阶段验收评估四热力学定律新人教版选修3 3

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阶段验收评估（四） 热力学定律

(时间：50分钟 满分：100分)

一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，第1～5小题中只有一个选项符合题意，第6～8小题中有多个选项符合题意，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)

1．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图1所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(

)

图1

A ．对外做正功，分子的平均动能减小

B ．对外做正功，内能增大

C ．对外做负功，分子的平均动能增大

D ．对外做负功，内能减小

解析：选A 气体膨胀对外做正功，而缸内气体与外界无热交换，由热力学第一定律知，其内能一定减小，温度降低，故分子的平均动能减小，A 正确，B 、C 、D 错误。

2．下列说法中正确的是( ) A ．物体吸热后温度一定升高 B ．物体温度升高，内能一定增加

C ．0 ℃的冰融化为0 ℃的水的过程中内能不变

D ．100 ℃的水变为100 ℃的水汽的过程中内能增大

解析：选D 物体吸收热量温度不一定升高，A 错误；物体温度升高，分子平均动能增大，若分子势能减小，物体的内能可能减小或不变，B 错误；0 ℃的冰融化成0 ℃的水的过程中吸热，内能增加，C 错误；100 ℃的水变成100 ℃的水汽过程中吸热，内能增大，D 正确。

3．给旱区送水的消防车停于水平面，在缓慢放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )

A ．从外界吸热

B ．对外界做负功

C ．分子平均动能减少

D ．内能增加

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解析：选A 把车胎内气体看作理想气体，由气体状态方程pV T

＝C 可知，在T 不变的情况下，若p 减小，则V 增大，故气体对外做功，B 错。温度不变，理想气体分子的平均动能不变、内能不变，C 、D 错。结合热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，由于W 为负值，Q ＞0即从外界吸热，故A 正确。

4.如图2所示， 一定质量的理想气体，从状态A 经绝热过程A →B 、等容过程B →C 、等温过程C →A 又回到了状态A ，则(

)

图2

A ．A →

B 过程气体降温

B ．B →

C 过程气体内能增加，可能外界对气体做了功 C ．C →A 过程气体吸热

D ．全部过程气体做功为零

解析：选A A →B 过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，A 正确；B →C 过程气体等容升压，由p

T

＝恒量可知，气体温度升高，其对应的内能增加，因气体体积不变，做功W ＝0，B 错误；C →A 过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，C 错误；A →B 过程气体对外做功，其数值等于AB 线与横轴包围的面积，B →C 过程气体不做功，C →A 过程外界对气体做功，其数值等于CA 线与横轴包围的面积，显然全过程外界对气体做的净功为ABC 封闭曲线包围的面积，D 错误。

5．下列说法中正确的是( )

A ．任何物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和

B ．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能

C ．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的

D ．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行

解析：选C 内能的改变有两种方式：做功是不同形式的能间的转化，热传递是同种能间的转移，故C 项正确。内能是物体内所有分子热运动动能和分子势能之和，故A 项错。由热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，且一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，故B 、D 均错。

6．关于一定量的气体，下列叙述正确的是( ) A ．气体吸收的热量可以完全转化为功

B．气体体积增大时，其内能一定减少

C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加

D．外界对气体做功，气体内能可能减少

解析：选AD 如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，所以B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功同时气体向外放出热量且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减少，所以D正确。

7．下列关于熵的说法中正确的是( )

A．熵是物体内分子运动无序程度的量度

B．在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减小的方向进行

C．热力学第二定律的微观实质是熵的增加，因此热力学第二定律又叫熵增加原理

D．熵值越大，代表系统内分子运动越无序

解析：选ACD 热力学第二定律表明，一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的。例如，功转变为热是机械能向内能转化。

8．夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂。关于这一现象有以下描述(暴晒过程中内胎容积几乎不变)，正确的是( )

A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果

B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大

C．在爆裂前的过程中，气体吸热，内能增加

D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少

解析：选BCD 车胎爆裂前，气温升高，内能增加，分子热运动加剧，气体压强增大，从而车胎爆裂，对外做功，内能减少，故B、C、D正确，A错。

二、计算题(共3小题，共52分)

9. (14分)如图3所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p-V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有热量335 J传入系统，系统对外界做功126 J，求：

图3

(1)若沿a→d→b过程系统对外做功42 J，则有多少热量传入系统？

(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84 J，系统是吸热还是放热？热量传递是多少？

3

4

解析：(1)ΔU ＝W ＋Q ＝(－126＋335) J ＝209 J 。

ΔU ＝W ′＋Q ′，Q ′＝ΔU －W ′＝[209－(－42)] J ＝251 J 。 (2)由a →b ，ΔU ＝209 J 。 从b →a ，ΔU ′＝－ΔU ＝－209 J 。

ΔU ′＝W ＋Q ＝84 J ＋Q ，Q ＝(－209－84) J ＝－293 J ， 负号说明系统放出热量。 答案：(1)251 J (2)放热 293 J

10. (18分)风能是一种环保型能源。我国风能储量很大、分布面广，新疆维吾尔自治区拥有得天独厚的风能资源。新疆拥有达坂城、小草湖、塔城老风口、额尔齐斯河谷、罗布泊等九大风区，可开发利用的风区总面积为15万平方千米，可装机容量总计在8 000万千瓦以上。目前我国风力发电总装机容量已达 2 640 MW 。据勘测我国的风力资源至少有2.53×105

MW ，所以风力发电是很有前途的一种能源。如图4所示，风力发电是将风的动能转化为电能。

图4

已知物体的动能与质量、速度的关系式为E k ＝12mv 2

。设空气的密度为ρ，水平风速为v ，

风力发电机每个叶片长为L ，设通过叶片旋转所围成的圆面积内的所有风能转化为电能的效率为η。求：

(1)该风力发电机的发电功率P 的数学表达式。

(2)若某地平均风速v ＝10 m/s ，所有风力发电机的叶片长L ＝4 m ，空气密度ρ＝1.3 kg/m 3

，效率η＝25%，每天平均发电20 h ，则每天能获得多少电能？

解析：(1)叶片旋转所形成的圆面积为S ＝πL 2

，

t 秒内流过该圆面积的风柱体的体积 V ＝Svt ＝πL 2vt ，

风柱体的动能E k ＝12mv 2＝12ρπL 2v 3

t ，

转化成的电能E ＝ηE k ＝12

ηρπL 2v 3

t ，

发出的电功率P ＝E t ＝12

ηρπL 2v 3

。

(2)将已知数据代入可求得每天获得的电能

E ＝Pt ＝

12

5

×25%×1.3×3.14×42×103×20×3 600 J≈5.88×108

J 。

答案：(1)P ＝12

ηρπL 2v 3 (2)5.88×108

J

11．(20分)如图5所示，一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B 、C 和D 后再回到状态A 。其中，A →B 和C →D 为等温过程，B →C 和D →A 为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。

图5

(1)该循环过程中，下列说法正确的是________。 A ．A →B 过程中，外界对气体做功 B ．B →C 过程中，气体分子的平均动能增大

C ．C →

D 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D ．D →A 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化

(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A →B ”“B →C ”“C →D ”或“D →A ”)。若气体在A →B 过程中吸收63 kJ 的热量，在C →D 过程中放出38 kJ 的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ 。

(3)若该循环过程中的气体为1 mol ，气体在A 状态时的体积为10 L ，在B 状态时压强为A 状态时的23。求气体在B 状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数N A ＝6.0×1023

mol －1

，计算结果保留一位有效数字)

解析：(1)A →B 过程中，气体温度不变，内能不变，气体体积变大，气体对外界做功，选项A 错误；B →C 过程中，气体对外界做功，气体内能减少，温度降低，分子平均动能减小，选项B 错误；C →D 过程中，气体温度不变，分子运动的剧烈程度不变，体积减小，单位体积内的分子个数增加，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C 正确；D →A 过程中，外界对气体做功，气体内能增大，温度升高，气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D 错误。

(2)A →B 、C →D 都是等温过程，内能不变，B →C 为绝热膨胀，Q ＝0，由热力学第一定律ΔU ＝W ＜0，内能减小，D →A 为绝热压缩，同理内能增加，故选“B →C ”。

由热力学第一定律：W ＋Q 1＋Q 2＝ΔU

W ＝ΔU －Q 1－Q 2＝0－63 kJ －(－38 kJ)＝－25 kJ

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即气体完成一次循环对外做功25 kJ 。 (3)A →B 为等温过程，由玻意耳定律：

p A V A ＝p B V B

又p B ＝23

p A

故V B ＝32V A ＝32×10×10－3 m 3＝1.5×10－2 m 3

则B 状态时单位体积内的分子数为： n ＝1×6.0×1023

1.5×10－2＝4×1025 个/m 3

。

答案：(1)C (2)B →C 25 (3)4×1025

个/m

3

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