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高中物理人教版 (新课标)选修33 传感器的应用（二）课后复习题
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修33 传感器的应用（二）课后复习题，共5页。试卷主要包含了选择题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一个选项符合题目要求,第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
1.高温物体甲和低温物体乙发生热传递,最后达到热平衡,这个过程的实质是( )
A.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者温度相等
B.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者内能相等
C.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者内能相等
D.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者温度相等
解析:宏观上甲的温度降低,乙的温度升高,因而有的同学会错误地认为甲物体向乙物体传递了温度,而实质上是甲将内能传递给了乙,因而选项A、C错误;热传递完成后,最后甲、乙两物体达到热平衡,即两者温度相同,并不是内能相等,选项B错误,而选项D正确。
答案:D
2.用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分,A中盛有一定质量的理想气体,B为真空(如图①),现把隔板抽去,A中的气体自动充满整个容器(如图②),这个过程称为气体的自由膨胀,下列说法正确的是( )
A.自由膨胀过程中,气体分子只做定向运动
B.自由膨胀前后,气体的压强不变
C.自由膨胀前后,气体的温度不变
D.容器中的气体在足够长的时间内,能全部自动回到A部分
解析:理想气体在绝热的条件下,向真空做自由膨胀的过程是一个既与外界没有热交换,又没有对外做功的过程,根据热力学第一定律可以确定气体的内能不变,而理想气体的分子势能为0,即分子动能不变,温度不变。
答案:C
3.如图所示,A、B两球完全相同,分别浸没在水和水银的同一深度内,A、B球用同一种特殊的材料制作,当温度稍微升高时,球的体积明显地增大,如果水和水银的初温及缓慢升高后的末温都相同,且两球膨胀后体积也相等,两球也不再上升,则( )
A.A球吸收的热量多
B.B球吸收的热量多
C.A、B两球吸收的热量一样多
D.不能确定吸收热量的多少
解析:A、B两球初末状态完全相同,故ΔU相同;B球膨胀对水银做的功大于A球膨胀对水做的功,由热力学第一定律ΔU=W+Q,所以B球吸收的热量大于A球吸收的热量,故B正确。
答案:B
4.金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物,有可能使汽缸中柴油达到燃点的过程是( )
A.迅速向里推活塞B.迅速向外拉活塞
C.缓慢向里推活塞D.缓慢向外拉活塞
解析:只有迅速向里推活塞,对混合气体做功,才能使混合气体的内能迅速增加,温度迅速升高到燃点。故A正确。
答案:A
5.
如图所示,两个相通的容器P、Q间装有阀门K,P中充满气体,Q为真空,整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后,P中的气体进入Q中,最终达到平衡,则( )
A.气体体积膨胀,内能增加
B.气体分子势能减少,内能增加
C.气体分子势能增加,压强可能不变
D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中
解析:气体的膨胀过程没有热交换,可以判断Q=0;由于容器Q内为真空,所以气体是自由膨胀,虽然体积变大,但是气体并不对外做功,即W=0;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,由以上可以判断该过程ΔU=0,即气体的内能不变,显然选项A、B错误。由于气体分子间的作用力表现为引力,所以气体体积变大时分子引力做负功,分子势能增加,由此进一步推断分子动能减小,温度降低;体积变大、温度降低,则气体压强变小,所以选项C错误。宏观中的热现象都是不可逆的,所以D正确。
答案:D
6.一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的p-V图上,气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态,再沿与横轴平行的直线变化到c状态,a、c两点位于与纵轴平行的直线上,以下说法中正确的是( )
A.由a状态至b状态过程中,气体放出热量,内能不变
B.由b状态至c状态过程中,气体对外做功,内能增加,平均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变
C.c状态与a状态相比,c状态分子平均距离较大,分子平均动能较大
D.b状态与a状态相比,b状态分子平均距离较小,分子平均动能相等
解析:由a状态到b状态的过程是等温过程,所以内能不发生变化,气体体积减小,所以外界对气体做功,放出热量;由b到c的过程,是等压变化,体积增大,温度升高,内能增加,所以气体对外界做功,应该吸收热量,虽然压强不变,但是气体分子热运动变得剧烈,碰撞次数改变。
答案:AD
7.
如图为某同学设计的喷水装置。内部装有2 L水,上部密封压强为标准大气压的空气0.5 L,保持阀门关闭,再充入压强为标准大气压的空气 0.1 L。设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变。下列说法正确的有( )
A.充气后,密封气体压强增加
B.充气后,密封气体的分子平均动能增加
C.打开阀门后,密封气体对外界做正功
D.打开阀门后,不再充气也能把水喷光
解析:温度不变,分子平均动能不变,充气后由于气体的质量增大,温度、体积基本不变,气体的压强增大,选项A对,B错;打开阀门后,水减少,气体膨胀,密封气体对水做正功,选项C对;如果水全排出,气体压强为p3,p3(2+0.5)=p1(0.5+0.1)得p3=0.24p1答案:AC
8.
如图所示,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( )
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过程气体放热
D.全部过程气体做功为零
解析: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,选项A正确;B→C过程气体等容升压,则=恒量可知,气体温度升高,其对应内能增加,因做功W=0,故选项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,选项C正确;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,显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积,选项D错误。
答案:AC
二、填空题(共20分)
9.(10分)
如图所示,内壁光滑的圆柱形金属容器内有一个质量为m、面积为S的活塞。容器固定放置在倾角为θ的斜面上。一定量的气体被密封在容器内,温度为T0,活塞底面与容器底面平行,距离为h。已知大气压强为p0,重力加速度为g。
(1)容器内气体压强为 ;
(2)由于环境温度变化,活塞缓慢下移时气体温度为 ;此过程中容器内气体 (选填“吸热”或“放热”),气体分子的平均速率 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:
(1)对活塞受力分析如图所示,根据力的平衡条件有
pS=p0S+mgcs θ,解得
p=p0+。
(2)根据题意,气体发生等压变化,由盖—吕萨克定律得,解得T=。外界对气体做功,W>0,气体温度降低,内能减小ΔU<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q<0,气体放热,温度降低,气体分子平均动能减小,分子的平均速率减小。
答案:(1)p0+ (2) 放热 减小
10.(10分)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化,我们把这些气体称为工质。某热机经过一个循环后,工质从高温热源吸热Q1,对外做功W,又向低温热源放热Q2,工质完全恢复初始状态,内能没有变化。根据热力学第一定律,在工质的一个循环中,Q1、Q2、W三者之间满足的关系是 。热机的效率 η=不可能达到100%,从能量转化的角度,说明 能不能完全转化为 能。
解析:由热力学第一定律,热量、做功、内能的符号规定得Q1+(-Q2)+(-W)=0,即Q1-Q2=W。再由热力学第二定律知,内能不可能全部转化成机械能而不产生其他影响。
答案:Q1-Q2=W 内 机械
三、计算题(共32分。要求写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤,有数值计算的要明确写出数值和单位,只有最终结果的不得分)
11.(14分)在一个横截面积S=3×10-2 m2的圆筒内装有质量m=0.6 kg的水,被太阳光垂直照射t=2 min 后,水温升高1 ℃,射到大气层的太阳能只有η=45%到达地面,不计容器的吸热和散热损失,试估算太阳的全部辐射功率。〔保留一位有效数字,设太阳与地球之间的平均距离d=1.5×1011 m,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)〕
解析:设太阳的全部辐射功率为P,则在2 min内太阳向外辐射的能量Q=Pt,则由题意可知
=cmΔt
所以P==4.4×1026 W。
答案:4.4×1026 W
12.(18分)如图所示,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”。
(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 ml,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。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NA=6.0×1023 ml-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)从(1)的分析中可知,内能减少的过程是B→C;一次循环过程中,内能不变,由热力学第一定律 ΔU=W+Q,即 0=W+63 kJ-38 kJ,解得W=-25 kJ,即气体对外做功25 kJ。
(3)等温过程pAVA=pBVB,单位体积内的分子数n=。
解得n=,代入数据得n=4×1025 m-3。
答案:(1)C (2)B→C 25 (3)4×1025 m-3
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一个选项符合题目要求,第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
1.高温物体甲和低温物体乙发生热传递,最后达到热平衡,这个过程的实质是( )
A.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者温度相等
B.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者内能相等
C.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者内能相等
D.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者温度相等
解析:宏观上甲的温度降低,乙的温度升高,因而有的同学会错误地认为甲物体向乙物体传递了温度,而实质上是甲将内能传递给了乙,因而选项A、C错误;热传递完成后,最后甲、乙两物体达到热平衡,即两者温度相同,并不是内能相等,选项B错误,而选项D正确。
答案:D
2.用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分,A中盛有一定质量的理想气体,B为真空(如图①),现把隔板抽去,A中的气体自动充满整个容器(如图②),这个过程称为气体的自由膨胀,下列说法正确的是( )
A.自由膨胀过程中,气体分子只做定向运动
B.自由膨胀前后,气体的压强不变
C.自由膨胀前后,气体的温度不变
D.容器中的气体在足够长的时间内,能全部自动回到A部分
解析:理想气体在绝热的条件下,向真空做自由膨胀的过程是一个既与外界没有热交换,又没有对外做功的过程,根据热力学第一定律可以确定气体的内能不变,而理想气体的分子势能为0,即分子动能不变,温度不变。
答案:C
3.如图所示,A、B两球完全相同,分别浸没在水和水银的同一深度内,A、B球用同一种特殊的材料制作,当温度稍微升高时,球的体积明显地增大,如果水和水银的初温及缓慢升高后的末温都相同,且两球膨胀后体积也相等,两球也不再上升,则( )
A.A球吸收的热量多
B.B球吸收的热量多
C.A、B两球吸收的热量一样多
D.不能确定吸收热量的多少
解析:A、B两球初末状态完全相同,故ΔU相同;B球膨胀对水银做的功大于A球膨胀对水做的功,由热力学第一定律ΔU=W+Q,所以B球吸收的热量大于A球吸收的热量,故B正确。
答案:B
4.金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物,有可能使汽缸中柴油达到燃点的过程是( )
A.迅速向里推活塞B.迅速向外拉活塞
C.缓慢向里推活塞D.缓慢向外拉活塞
解析:只有迅速向里推活塞,对混合气体做功,才能使混合气体的内能迅速增加,温度迅速升高到燃点。故A正确。
答案:A
5.
如图所示,两个相通的容器P、Q间装有阀门K,P中充满气体,Q为真空,整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后,P中的气体进入Q中,最终达到平衡,则( )
A.气体体积膨胀,内能增加
B.气体分子势能减少,内能增加
C.气体分子势能增加,压强可能不变
D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中
解析:气体的膨胀过程没有热交换,可以判断Q=0;由于容器Q内为真空,所以气体是自由膨胀,虽然体积变大,但是气体并不对外做功,即W=0;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,由以上可以判断该过程ΔU=0,即气体的内能不变,显然选项A、B错误。由于气体分子间的作用力表现为引力,所以气体体积变大时分子引力做负功,分子势能增加,由此进一步推断分子动能减小,温度降低;体积变大、温度降低,则气体压强变小,所以选项C错误。宏观中的热现象都是不可逆的,所以D正确。
答案:D
6.一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的p-V图上,气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态,再沿与横轴平行的直线变化到c状态,a、c两点位于与纵轴平行的直线上,以下说法中正确的是( )
A.由a状态至b状态过程中,气体放出热量,内能不变
B.由b状态至c状态过程中,气体对外做功,内能增加,平均每个气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变
C.c状态与a状态相比,c状态分子平均距离较大,分子平均动能较大
D.b状态与a状态相比,b状态分子平均距离较小,分子平均动能相等
解析:由a状态到b状态的过程是等温过程,所以内能不发生变化,气体体积减小,所以外界对气体做功,放出热量;由b到c的过程,是等压变化,体积增大,温度升高,内能增加,所以气体对外界做功,应该吸收热量,虽然压强不变,但是气体分子热运动变得剧烈,碰撞次数改变。
答案:AD
7.
如图为某同学设计的喷水装置。内部装有2 L水,上部密封压强为标准大气压的空气0.5 L,保持阀门关闭,再充入压强为标准大气压的空气 0.1 L。设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变。下列说法正确的有( )
A.充气后,密封气体压强增加
B.充气后,密封气体的分子平均动能增加
C.打开阀门后,密封气体对外界做正功
D.打开阀门后,不再充气也能把水喷光
解析:温度不变,分子平均动能不变,充气后由于气体的质量增大,温度、体积基本不变,气体的压强增大,选项A对,B错;打开阀门后,水减少,气体膨胀,密封气体对水做正功,选项C对;如果水全排出,气体压强为p3,p3(2+0.5)=p1(0.5+0.1)得p3=0.24p1
8.
如图所示,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( )
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过程气体放热
D.全部过程气体做功为零
解析: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,选项A正确;B→C过程气体等容升压,则=恒量可知,气体温度升高,其对应内能增加,因做功W=0,故选项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,选项C正确;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,显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积,选项D错误。
答案:AC
二、填空题(共20分)
9.(10分)
如图所示,内壁光滑的圆柱形金属容器内有一个质量为m、面积为S的活塞。容器固定放置在倾角为θ的斜面上。一定量的气体被密封在容器内,温度为T0,活塞底面与容器底面平行,距离为h。已知大气压强为p0,重力加速度为g。
(1)容器内气体压强为 ;
(2)由于环境温度变化,活塞缓慢下移时气体温度为 ;此过程中容器内气体 (选填“吸热”或“放热”),气体分子的平均速率 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:
(1)对活塞受力分析如图所示,根据力的平衡条件有
pS=p0S+mgcs θ,解得
p=p0+。
(2)根据题意,气体发生等压变化,由盖—吕萨克定律得,解得T=。外界对气体做功,W>0,气体温度降低,内能减小ΔU<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q<0,气体放热,温度降低,气体分子平均动能减小,分子的平均速率减小。
答案:(1)p0+ (2) 放热 减小
10.(10分)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化,我们把这些气体称为工质。某热机经过一个循环后,工质从高温热源吸热Q1,对外做功W,又向低温热源放热Q2,工质完全恢复初始状态,内能没有变化。根据热力学第一定律,在工质的一个循环中,Q1、Q2、W三者之间满足的关系是 。热机的效率 η=不可能达到100%,从能量转化的角度,说明 能不能完全转化为 能。
解析:由热力学第一定律,热量、做功、内能的符号规定得Q1+(-Q2)+(-W)=0,即Q1-Q2=W。再由热力学第二定律知,内能不可能全部转化成机械能而不产生其他影响。
答案:Q1-Q2=W 内 机械
三、计算题(共32分。要求写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤,有数值计算的要明确写出数值和单位,只有最终结果的不得分)
11.(14分)在一个横截面积S=3×10-2 m2的圆筒内装有质量m=0.6 kg的水,被太阳光垂直照射t=2 min 后,水温升高1 ℃,射到大气层的太阳能只有η=45%到达地面,不计容器的吸热和散热损失,试估算太阳的全部辐射功率。〔保留一位有效数字,设太阳与地球之间的平均距离d=1.5×1011 m,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)〕
解析:设太阳的全部辐射功率为P,则在2 min内太阳向外辐射的能量Q=Pt,则由题意可知
=cmΔt
所以P==4.4×1026 W。
答案:4.4×1026 W
12.(18分)如图所示,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”。
(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 ml,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。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NA=6.0×1023 ml-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)从(1)的分析中可知,内能减少的过程是B→C;一次循环过程中,内能不变,由热力学第一定律 ΔU=W+Q,即 0=W+63 kJ-38 kJ,解得W=-25 kJ,即气体对外做功25 kJ。
(3)等温过程pAVA=pBVB,单位体积内的分子数n=。
解得n=,代入数据得n=4×1025 m-3。
答案:(1)C (2)B→C 25 (3)4×1025 m-3
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