学年人教版物理选修33第十章《热力学定律》word章末检测2

第十章热力学定律(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分)1．下列关于物体内能变化的说法，正确的是( )A．一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变B．一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加C．一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加D．一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变答案 C解析晶体在熔化过程中要吸热，却没有对外做功，故内能增加，A错误；一定质量的气体在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，由ΔU＝Q＋W不能确定ΔU，故B错误；物体热膨胀一定是吸收了热量，对外做功不一定小于吸收的热量，内能不一定增加，C正确；物体体积不变，温度可能改变，内能随之变化，D错误．2．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b 或经过过程ac到达状态c.b、c状态温度相同，如图1所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为p b和p c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则( )图1A．p b>p c，Q ab>Q ac B．p b>p c，Q ab<Q acC．p b<p c，Q ab>Q ac D．p b<p c，Q ab<Q ac答案 C解析由V＝CpT可知V­T图线的斜率越大，压强p越小，故p b<p c.由热力学第一定律有：Q＝ΔU－W，因T b＝T c，所以ΔU ab＝ΔU ac，而W ab＜W ac，故Q ab>Q ac.综上C正确．3．如图2所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接使其缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )图2A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不对答案 C解析气体等温膨胀并通过杆对外做功，由于气体等温，所以内能不变，对外做功，则要吸收热量，即气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律，因为此过程产生了其他影响．4．景颇族的祖先发明的点火器如图3所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )图3A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能减少答案 B解析对封闭气体，猛推压缩过程中，外界对气体做正功，时间极短，热传递不计，即Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知内能增大，C、D均错误；因气体内能等于所有分子动能与分子势能之和，其中分子势能不变或减小，所以分子平均动能增加，温度升高，再由理想气体状态方程pVT＝常量可知，气体压强变大，故A错误，B正确．5．如图4所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞，用打气筒通过气针慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后( )图4A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加答案 C解析胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功，W<0.由于没时间进行热交换，由ΔU＝W可知内能减小．内能等于分子动能与势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动能减小，所以温度降低，故C正确．6．如图5所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E p(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程( )图5A．E p全部转换为气体的内能B．E p一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能C．E p全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D．E p一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能答案 D解析以活塞为研究对象，设气体初态时压强为p1，活塞质量为m，截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹>mg＋p1S，由题意可得末态位置必须高于初位置，否则不能平衡，则由ΔU＝W(绝热)，W为正，ΔU必为正，温度升高，内能增加，活塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知F弹′＝mg＋p2S，仍然具有一部分弹性势能，D正确．7．电冰箱的制冷设备是用机械的方式制造人工低温的装置，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，实现制冷作用，那么下列说法中正确的是( )A．打开冰箱门让压缩机一直工作，可使室内温度逐渐降低B．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量C．在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量D．电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律答案BC解析电冰箱工作过程中，消耗电能的同时部分电能转化为内能，故室内温度不可能降低，选项A 错误；制冷剂在内管道膨胀吸热，在外管道被压缩放热，选项B、C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律，选项D错误．8．下列过程中，可能实现的是( )A．将海水温度自动下降时释放的内能全部转变为机械能B．利用海洋不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能变为机械能C．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来答案BC9．下列说法不正确的是( )A．热量不能由低温物体传递到高温物体B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违反热力学第二定律答案ABC解析根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以选项A错误；外界对物体做功的同时，物体可能发热，物体的内能不一定增加，所以选项B错误；第二类永动机不可能制成，并不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以选项C 错误；电冰箱虽然从低温物体吸收了热量，但产生了其他影响，消耗了电能，选项D正确．10．在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力作用，物体的温度与环境温度相同，在这个过程中，以物体为研究对象，则( )A．与热传递等效的功是正功，物体的内能增加B．与热传递等效的功是零，内能不变C．动能定理中的功是正功，动能增加D．动能定理中的功是零，动能不变答案BC解析根据动能定理，推力对物体做正功，物体动能增加；没有力做功实现其他形式能和内能的转化，物体的内能不变．二、填空题(本题共2小题，每小题5分，共10分)11．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ到气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)的变化关系如图6所示．单位时间所吸收的热量可看作不变．图6(1)以下说法正确的是______．A．在区间Ⅱ，物质的内能不变B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加D．在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大(2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高______(变快、变慢或快慢不变)，请说明理由．答案(1)BCD (2)变快，理由见解析解析(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，理想气体状态方程pVT＝C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W1<0，ΔU1＝Q－|W1|；体积不变的条件下，W2＝0，ΔU2＝Q；所以ΔU1<ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快．12．如图7所示，根据制冷机的工作原理，试分析每个工作过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：图7(1)工作物质的内能________，是________的过程；(2)工作物质的内能________，是________的过程；(3)工作物质的内能________，是________的过程．答案(1)增加做功(2)减少放热(3)增加吸热解析(1)压缩气体，对气体做功，内能增加；(2)气体液化要放出热量，内能减少；(3)工作物质的汽化过程，需吸收热量，内能增加．三、计算题(本题共4小题，共40分)13．(8分)在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变成1 676 cm3.已知水的汽化热为2 263.8 J/g，求：(标准大气压p＝1.013×105 Pa)(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.答案(1)169.7 J (2)2 263.8 J (3)2 094.1 J解析(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功．W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6J≈169.7 J.(2)气体吸热Q＝ML＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J.(3)根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝2 263.8 J＋(－169.7) J＝2 094.1 J.14．(10分)如图8所示，p­V图中一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420 J，同时膨胀对外做功300 J．当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时，外界压缩气体做功200 J，求此过程中气体吸收或放出的热量．图8答案放出320 J的热量解析一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外界做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律可知，气体内能的增加量为ΔU＝Q1＋W1＝420 J ＋(－300)J＝120 J.气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时，气体内能将减少120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2＝200 J的功，因而气体必须向外界放热，Q2＝ΔU－W2＝(－120)J－200 J＝－320 J，即此过程中气体放出的热量是320 J.15．(10分)如图9所示，为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p­V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9(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，则系统是吸热还是放热？热量传递是多少？答案(1)251 J (2)放热293 J解析(1)由热力学第一定律可得a→c→b过程系统增加的内能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209 J，由a→d→b过程有ΔU＝W′＋Q′得Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251 J，为正，即有251 J的热量传入系统．(2)由题意知系统由b→a过程内能的增量ΔU′＝－ΔU＝－209 J根据热力第一定律有Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84)J＝－293 J负号说明系统放出热量，热量传递为293 J16．(12分)某压力锅结构如图10所示．盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热．图10(1)若此时锅内气体的体积为V′，摩尔体积为V，阿伏加德罗常数为N A，写出锅内气体分子数的估算表达式．(2)假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1 J，并向外界释放了2 J的热量．锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？(3)已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p＝p0(1－αH)，其中常数α>0.结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同．答案(1)n＝V′VN A(2)内能减少减少了3 J (3)温度随着海拔高度的增加而降低．解析(1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁，设锅内气体分子数为n，则：n＝V′VN A.(2)根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，气体对外做功，功为负，W＝－1 J；向外放热，热量为负，Q＝－2 J.则有：ΔU＝W＋Q＝－3 J，负号表示内能减少．锅内气体内能减少，减少了3 J.(3)由p＝p0(1－αH)(其中α>0)，随着海拔高度的增加，大气压强减小；由p1＝p＋mgS＝p0(1－αH)＋mgS，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小；根据查理定律p1T1＝p2T2可知，阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．。