高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律综合与测试单元测试随堂练习题

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第三章　热力学定律 (时间：90分钟　满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每题4分，共24分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确，选对的得4分，选错或不答的得0分)1．一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从T1升高到T2，则在这些过程中(　　)A．物体一定从外界吸收热量B．物体与外界交换的热量都相等C．外界对物体所做的功均相等D．物体内所有分子动能的平均值增加量都相等答案：D　解析：不管物体经历了怎样的物理过程，由于初温度T1和末温度T2是确定的，物体内所有分子动能的平均值的增加量是相同的，D正确；物体内能的增加可能是外界对物体做功造成的，也可能是物体从外界吸收热量造成的，还可能是以上两种因素共同影响的结果，故选项A、B、C错误．2．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　)A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C．第二类永动机遵从能量守恒，故能做成D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J答案：D　解析：由热力学第二定律知，B、C错误；绝对零度不可能达到，A错误；由热力学第一定律知D正确．3．关于能量和能源，下列说法正确的是(　　)A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了答案：D　解析：化石能源在燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，选项A错误；能量既不会消失，也不会创生，能量是守恒的，但能量品质会下降，故要节约能源，选项B、C错误，D正确．4．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，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，在此压缩过程中的下列说法中正确的是(　　)A．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：由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功．由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似绝热的过程，即整个系统来不及向外界传递热量，根据热力学第一定律，这时外力做的功只用来增加气体的内能，这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度升高，所以艾绒即刻被点燃．由于被封闭的气体质量不变，温度升高，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大．故B选项正确，A、C、D错误．5．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　)　A．A球吸收的热量较多B．B球吸收的热量较多C．两球吸收的热量一样多D．无法确定答案：B　解析：A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多．6．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞．用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器后(　　)A．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：根据功是能量转化的量度，对外做了多少功，就意味着转化了多少能量．本题中由于是厚壁容器，打开卡子后，气体迅速膨胀，这样的过程可以当作绝热过程，由此判断，转化的应是系统的内能，即气体对外做功，系统的内能减少，温度降低，选项C正确．二、多项选择题(本题共4小题，每题5分，共20分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)7．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因的下列说法正确的是(　　)A．这违背了能量守恒定律B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．机械能可以全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化答案：CD　解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现，由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化；无论采用任何设备和手段进行能量转化总是遵循能量守恒定律，故C、D正确．8．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是(　　)A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律C．能量耗散过程中能量仍守恒D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性答案：CD　解析：能量耗散过程能量仍守恒，但可利用的能源越来越少，这说明自然界中的宏观过程具有方向性，恰恰符合热力学第二定律，故C、D正确．9. 如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是(　　)A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少C．电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变D．电流对气体做功一定大于气体对外做功答案：AD　解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由＝C知，气体温度升高，内能一定增加，由能的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B、C错误，D正确．由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰一次对活塞的冲量增大，而压强不变，因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A正确．10. 如图所示是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置．具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气(忽略气体的分子势能)，将其装入“可乐瓶”中．通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖．设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同．当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是(　　)A．快速挤压时，瓶内气体压强变大B．快速挤压时，瓶内气体温度不变C．快速挤压时，瓶内气体体积不变D．缓慢挤压时，气球下降答案：AD　解析：快速挤压气体时，外界对气体做功，来不及传热，由W＋Q＝ΔU知内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，A正确，B、C错误；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，气球体积减小，所受浮力减小，气球下降，D正确．三、填空题(本题共2小题，共12分)11．(6分)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶内空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.答案：5　放出　29　解析：将空气压缩装入气瓶的过程中，温度不变，所以内能不变，潜水员背着气瓶潜入海底的过程中，放出5 kJ的热量，则ΔU＝－5 kJ.故两过程减小的空气内能为5 kJ，在这两个过程中，由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝(－5－24) kJ＝－29 kJ，“－”说明放出热量．12．(6分)能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例．如图所示表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲所示．潮落至最低点时放水发电，如图乙所示．待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙所示．设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内流水的平均功率为________MW.(取g＝10 m/s2) 答案：100　解析：潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能．每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3.0×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h′＝1.5 m．一天内海水两进两出，故水流功率为P＝＝ W＝1×108 W＝100 MW.四、计算题(本题共4小题，共44分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位)13．(8分)如图所示，A、B汽缸的长度均为60 cm，截面积均为40 cm2，C是可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门，整个装置均由导热材料制成．原来阀门关闭，A内有压强pA＝2.4×105 Pa的氧气．B内有压强pB＝1.2×105 Pa的氢气．阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡．求：(1)活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；(2)活塞C移动过程中B中气体是吸热还是放热(简要说明理由)．(假定氧气和氢气均视为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略)答案：(1)20 cm　1.8×105 Pa　(2)放热　理由见解析解析：(1)根据玻意耳定律，对A部分气体有：pALS＝p(L＋x)S，对B部分气体有：pBLS＝p(L－x)S，代入相关数据解得：x＝20 cm，p＝1.8×105 Pa.(2)活塞C向右移动的过程中活塞对B中气体做功，而气体发生等温变化，内能不变，故B中气体向外界放热．14．(10分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食．如图所示为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“砰”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27 ℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：(1)将容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度；(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？答案：(1)927 ℃　(2)减少　减少了35 kJ解析：(1)根据查理定律得：＝，p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0，解得T2＝1 200 K，则t2＝927 ℃.(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－20 kJ－15 kJ＝－35 kJ，故内能减少了35 kJ.15．(12分)(2021·江苏海头高级中学高二月考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p­V图线描述，其中D→A为等温线，且从D到A，气体向外放热270 J，气体在状态A时温度为300 K，求：(1)气体在状态C时温度TC.(2)从D到A过程中外界压缩气体做了多少功？(3)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能变化了多少？答案：(1)375 K　(2)270 J　(3)增加了400 J解析：(1)D→A为等温线，则TA＝TD＝300 KC到D过程，则有＝或＝由题图，代入相关已知数据求得TC＝375 K.(2)从D到A，等温变化，内能不变，据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得WDA＝270 J.(3)A→B过程压强不变，由WAB＝－pΔV＝－2×105×3×10－3 J＝－600 J由热力学第一定律，得ΔUAB＝QAB＋WAB＝1 000 J－600 J＝400 J则气体内能增加，增加了400 J.16．(14分)如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.答案：(1)V　(2)p0V＋αT0解析：(1)在气体压强由p＝1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4T0变为T1由查理定律得＝解得T1＝2T0在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖—吕萨克定律得＝解得V1＝V.(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W＝p0(V－V1)在这一过程中，气体内能的减少量为ΔU＝α(T1－T0)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q＝W＋ΔU，解得Q＝p0V＋αT0.