中职物理高教版（2021）通用类主题三 热现象及能量守恒第二节 能量守恒定律及其应用优秀当堂达标检测题

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1．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( )
A．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能增大
B．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成
C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
E．1 kg的0 ℃的冰比1 kg的0 ℃的水的内能小些
【答案】BCE
【解析】一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则Q＝0，W＜0，根据ΔU＝W＋Q可知，气体的内能减小，选项A错误；热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成，选项B正确；热力学第二定律表明：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，选项C正确；热力学第二定律可描述为“热量不能自发地由低温物体传递到高温物体”，选项D错误；1 kg的0 ℃的冰变成1 kg的0 ℃的水要吸收热量，所以选项E正确。
2．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是( )
A．气体的内能减少 B．气体的内能不变
C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低
D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了
E．气体分子的平均动能减小
【答案】ACE
【解析】气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，热力学第一定律的表达式为W＋Q＝ΔU，可知气体的内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确。
3．下列对热力学定律的理解正确的是( )
A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
B．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
C．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
D．热量不可能由低温物体传给高温物体
E．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能可能减少
【答案】ACE
【解析】在引起其他影响的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，A正确；由热力学第一定律可知，当W≠0，Q≠0时，ΔU＝W＋Q，可以等于0，B错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，C正确；热量可以由低温物体传给高温物体，D错误；物体从外界吸收热量，可能同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，E正确。
4．关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是( )
A．气体体积增大时，其内能一定减少 B．外界对气体做功，气体内能可能减少
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．气体温度升高，其分子平均动能一定增加
E．气体温度升高，气体可能向外界放热
【答案】BDE
【解析】做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，选项A、C错误，B正确。温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，其分子平均动能一定增加，故D正确。内能增加，若外界对气体做的功大于内能的增加量，则气体向外放热，故E正确。
5．关于分子动理论和热力学定律，下列说法正确的是( )
A．空气相对湿度越大时，水蒸发越慢
B．物体的温度越高，分子平均动能越大
C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律
D．空调制冷，是人为的使热量由低温处传到高温处，所以违背了热力学第二定律
E．一定质量的理想气体压强不变，温度升高时吸收的热量一定大于内能的增加量
【答案】ABE
【解析】空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，故A正确；温度是分子的平均动能的标志，物体的温度越高，分子平均动能越大，故B正确；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，所以制造不出来，故C错误；空调制冷，是人为的使热量由低温处传到高温处，符合热力学第二定律的内容，故D错误；一定质量的理想气体压强不变，温度升高时体积增大，对外做功，因内能增大，故吸收的热量一定大于内能的增加量，故E正确。
6．下列说法中正确的是( )
A．自然界中能量虽然是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源
B．第二类永动机和第一类永动机，都违背了能量守恒定律
C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大
D．浸润和不浸润现象都是分子力作用的表现
E．液晶是一种特殊物质，它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样有光学各向异性
【答案】ADE
【解析】自然界中的能量虽然是守恒的，由热力学第二定律可知，能量集中的各种能量最终将会变为内能而耗散在大气中，从而不能再被利用，故要节约能源，所以A正确；能量守恒定律说明第一类永动机不可能制成，能量守恒的热力学过程具有方向性，即第二类永动机不可能实现，但第二类永动机不违背能量守恒定律，故B错误；根据一定质量的理想气体状态方程pVT＝恒量可知，若温度T升高，体积V增大且增大的更多，则压强p可能减小，故C错误；浸润现象和不浸润现象都与表面层与表面张力有关，都是分子力作用的表现，故D正确；液晶是一种特殊物质，它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样有光学各向异性，故E正确。
7．一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其VT图象如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是( )
A．过程ab中气体一定吸热 B．pc＝pb>pa
C．过程bc中分子势能不断增大 D．过程bc中每一个分子的速率都减小
E．过程ca中气体吸收的热量等于对外界做的功
【答案】ABE
【解析】由题图知，该理想气体从a到b为等容变化，外界对气体做功为零，温度升高，内能增大，根据ΔU＝Q＋W，可知气体一定吸热，选项A正确；从b到c为等压变化，故pc＝pb，而从a到b为等容变化，根据查理定律p＝CT，可知温度升高，压强变大，故pb>pa，选项B正确；理想气体没有分子势能，选项C错误；从b到c，温度降低，分子的平均动能降低，平均速率减小，但不是每一个分子的速率都减小，选项D错误；从c到a，气体发生等温变化，内能不变，气体对外界做功，吸收热量，根据ΔU＝Q＋W，气体吸收的热量等于对外界做的功，选项E正确。
8．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是( )
A．当气体温度变化时，气体内能一定变化
B．若气体的内能不变，其状态也一定不变
C．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
D．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大
E．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关
【答案】ACE
【解析】理想气体的内能仅由温度决定，温度变化，气体内能一定变化，A正确。若气体的内能不变，则气体的温度不变，气体的压强与体积可能发生变化，气体的状态可能变化，B错误。由理想气体状态方程pVT＝C知，若气体的压强和体积都不变，则温度不变，所以其内能也一定不变，C正确。由理想气体状态方程pVT＝C知，温度T升高，pV一定增大，但压强不一定增大，D错误。气体绝热压缩或膨胀时，气体不吸热也不放热，气体内能发生变化，温度升高或降低，在非绝热压缩或膨胀过程中，气体内能变化，要吸收或放出热量，由此可知，气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关，E正确。
9.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。该循环过程中，下列说法正确的是( )
A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热 B．B→C过程中，气体分子的平均动能增加
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发生变化
E．该循环过程中，气体放热
【答案】ACD
【解析】A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，根据ΔU＝Q＋W可知气体吸热，A正确。B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B错误。C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C正确。D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，D正确。该循环过程中，气体内能不变，对外做功，根据ΔU＝Q＋W可知气体吸热，E错误。
10.质量一定的理想气体完成如图所示的循环，其中A→B过程是绝热过程，B→C过程是等温过程，则A→B过程气体内能________(选填“增加”“减小”或“不变”)，从状态A经C再回到状态A的过程中，气体吸收的热量________(选填“大于”“小于”或“等于”)放出的热量。
【答案】减小 大于
【解析】C到A为等容过程，根据查理定律知pATA＝pCTC，根据题图可知，pA>pC，所以TA>TC，B到C为等温过程，TB＝TC，故TA>TB，A到B过程气体内能减小。A到B为绝热过程，故与外界无热量交换Q1＝0，内能减少量等于对外做功，ΔU1＝W1。B到C为等温过程，内能不变，ΔU2＝W2－Q2＝0，体积减小，外界对气体做功，放出的热量Q2＝W2。C到A为等容过程，故做功W3＝0，内能增加量ΔU3＝Q3，又TB＝TC，所以A到B过程内能的减少量等于C到A过程内能的增加量，ΔU1＝ΔU3，所以吸收的热量Q3＝ΔU3＝ΔU1＝W1。根据pV图线与体积轴所围的面积表示做功大小，A到B过程对外做功大小W1，如图甲所示，B到C过程外界对气体做功大小W2，如图乙所示，A到B过程气体对外做功大于B到C过程外界对气体做功，即W1>W2，可得Q3>Q2，所以从状态A经C再回到状态A的过程中，气体吸收的热量大于放出的热量。

甲 乙
11．图1为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中( )
图1
A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小
【答案】A
【解析】在M向下滑动的过程中，气体体积缩小，外界对气体做功，气体不与外界发生热交换，再根据热力学第一定律知，气体内能增大，故正确答案为A.
12．下列说法正确的是( )
A．气体的内能是所有分子热运动的动能和分子势能之和
B．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子势能也随之改变
C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
D．热量能自发地从高温物体传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体
【答案】A
【解析】气体内所有分子热运动具有动能，分子间因为分子力作用而具有分子势能，两者之和为内能，故A正确；温度是分子平均动能的标志，气体的温度变化时，其分子平均动能一定随之改变，而分子势能不一定改变，故B错误；功可以全部转化为热，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下热量也可以全部转化为功，故C错误；热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传递到高温物体，只有在外界的影响下，热量才能从低温物体传递到高温物体，故D错误．
13．如图2所示，固定在水平面上的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，汽缸壁和活塞绝热性能良好，汽缸内气体分子间相互作用的势能忽略不计，则以下说法正确的是( )
图2
A．使活塞向左移动，汽缸内气体对外界做功，内能减少
B．使活塞向左移动，汽缸内气体内能增大，温度升高
C．使活塞向左移动，汽缸内气体压强减小
D．使活塞向左移动，汽缸内气体分子无规则运动的平均动能减小
【答案】B
【解析】使活塞向左移动，外界对缸内气体做功，故W0，汽缸壁和活塞的绝热性能良好，由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q得，汽缸内气体的内能增大，所以缸内气体温度升高，所以汽缸内气体分子的平均动能增大，压强增大，故B正确，A、C、D错误．
14．如图3所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是( )
图3
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
【答案】D
【解析】由能量守恒定律可知，A、B错误；C选项是水对转轮做功，同时水向四周放出热量，所以水温降低；由热力学第二定律可知，D正确．
15. 如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S。开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0。现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡，重力加速度为g。求：
(1)外界空气的温度是多少；
(2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少。
【答案】(1)h0＋dh0T0 (2)Q－(mg＋p0S)d
【解析】(1)取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖—吕萨克定律有VV0＝TT0
得外界温度T＝VV0T0＝h0＋dSh0ST0＝h0＋dh0T0。
(2)活塞上升过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功W＝－(mg＋p0S)d
根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能
ΔU＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d。