高中物理人教版3第十章熱力學(xué)定律章末綜合測(cè)評(píng)4

章末綜合測(cè)評(píng)(四)(時(shí)間60分鐘，滿分100分)一、選擇題(本題包括8小題，每小題6分，共48分，每小題有三項(xiàng)符合題目要求，選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得6分，每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分)1．(2023·昆明高二檢測(cè))如圖1所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片．輕推轉(zhuǎn)輪后．進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)．離開(kāi)熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是()圖1A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金從熱水中吸收的熱量C．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量E．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于水和轉(zhuǎn)輪獲得動(dòng)能【解析】形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，一部分能量在伸展劃水時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗娃D(zhuǎn)輪的動(dòng)能，另一部分釋放到空氣中，根據(jù)能量守恒定律可知B、D、E項(xiàng)正確．【答案】BDE2．采用絕熱(即不與外界交換熱量)的方式使一定量的氣體由初態(tài)A變化至末態(tài)B，對(duì)于不同的絕熱方式，下面說(shuō)法正確的是()A．對(duì)氣體所做的功不同B．對(duì)氣體所做的功相同C．氣體對(duì)外所做的功相同D．對(duì)氣體不需做功，因?yàn)闆](méi)有能量的傳遞E．氣體內(nèi)能的變化是相同的【解析】對(duì)于一定量的氣體，不管采用任何一種絕熱方式由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，都是絕熱過(guò)程．在這一過(guò)程中，氣體在初狀態(tài)A有一確定的內(nèi)能UA，在狀態(tài)B有另一確定的內(nèi)能UB，由絕熱過(guò)程中ΔU＝UB－UA＝W知，W為恒量，所以B、C、E選項(xiàng)正確．【答案】BCE3．大約在1670年，英國(guó)賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)機(jī)”．如圖2所示，在斜坡頂上放一塊強(qiáng)有力的磁鐵，斜坡上端有一個(gè)小孔，斜面下有一個(gè)連接小孔直至底端的彎曲軌道，維爾金斯認(rèn)為：如果在斜坡底端放一個(gè)小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到小孔P處時(shí)，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以對(duì)外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到小孔P處又掉下．在以后的二百多年里，維爾金斯的永動(dòng)機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過(guò)多次，其中一次是在1878年，即在能量轉(zhuǎn)化和守恒定律確定20年后，竟在德國(guó)取得了專利權(quán)．關(guān)于維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”，正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)該是()圖2A．不符合理論規(guī)律，一定不可能實(shí)現(xiàn)B．如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”一定可以實(shí)現(xiàn)C．如果忽略斜面的摩擦，鐵球質(zhì)量較小，磁鐵磁性又較強(qiáng)，則維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”可以實(shí)現(xiàn)D．違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)E．“既要馬兒不吃草，又要馬兒跑”，是根本不可能存在的【解析】磁鐵吸引小球上升，要消耗磁鐵的磁場(chǎng)能，時(shí)間長(zhǎng)了磁鐵的磁性就會(huì)逐步減弱，直至不能把小球吸引上去，該思想違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)．【答案】ADE4．如圖3所示，兩個(gè)相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換．打開(kāi)閥門K后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則下列說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11202302】圖3A．氣體體積膨脹，內(nèi)能不變B．氣體分子勢(shì)能減少，內(nèi)能增加C．氣體分子勢(shì)能增加，動(dòng)能減小，溫度降低D．氣體分子勢(shì)能增加，壓強(qiáng)可能不變E．Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中【解析】氣體的膨脹過(guò)程沒(méi)有熱交換，可以判斷Q＝0；由于容器Q內(nèi)為真空，所以氣體是自由膨脹，雖然體積變大，但是氣體并不對(duì)外做功，即W＝0；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，由以上可以判斷該過(guò)程ΔU＝0，即氣體的內(nèi)能不變，顯然選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由于氣體分子間的作用力表現(xiàn)為引力，所以氣體體積變大時(shí)分子引力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，由此進(jìn)一步推斷分子動(dòng)能減?。疁囟冉档停x項(xiàng)C正確；體積變大、溫度降低，則氣體壓強(qiáng)變小，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤；宏觀中的熱現(xiàn)象都是不可逆的，所以E正確．【答案】ACE5.(2023·唐山高二檢測(cè))如圖4所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過(guò)程中的四個(gè)狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標(biāo)軸，dc平行于縱坐標(biāo)軸，ab的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11202303】圖4A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱C．從狀態(tài)a到d，氣體對(duì)外做功D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱E．從狀態(tài)b到a，氣體放熱【解析】從狀態(tài)d到c，溫度不變．理想氣體內(nèi)能不變，但是由于壓強(qiáng)減小，所以體積增大，對(duì)外做功，要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故選項(xiàng)A錯(cuò)；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個(gè)降壓、降溫過(guò)程，同時(shí)體積減小，外界對(duì)氣體做功，而氣體的內(nèi)能還要減小，就一定要伴隨放熱，故選項(xiàng)B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個(gè)等壓、升溫的過(guò)程，同時(shí)體積增大，所以氣體要對(duì)外做功，選項(xiàng)C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個(gè)等容變化過(guò)程，隨壓強(qiáng)的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個(gè)過(guò)程中氣體的體積沒(méi)有變化，沒(méi)有做功，氣體內(nèi)能的增大是因?yàn)闅怏w吸熱的結(jié)果．故選項(xiàng)D正確，E錯(cuò)誤．【答案】BCD6．(2023·西安高二檢測(cè))關(guān)于永動(dòng)機(jī)不可能制成，下列說(shuō)法中正確的是()A．第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律B．第二類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律C．第一類永動(dòng)機(jī)不能制成說(shuō)明了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性D．第二類永動(dòng)機(jī)不能制成說(shuō)明了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性E．第二類永動(dòng)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化【解析】第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱傳遞的方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時(shí)可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．因此，正確選項(xiàng)為A、D、E.【答案】ADE7．下面關(guān)于熵的說(shuō)法中正確的是()A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B．在自然過(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的C．熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D．熵值越大代表越無(wú)序E．一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)越多，越無(wú)序，熵越小【解析】一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義．系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程就是大量分子向無(wú)序程度大的狀態(tài)變化的過(guò)程．自然過(guò)程的方向性可以表述為：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值不會(huì)減小，因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理．因此A、B、D說(shuō)法正確，C、E說(shuō)法錯(cuò)誤．【答案】ABD8．(2023·濟(jì)南高二檢測(cè))如圖5是某研究小組為了探究“魚(yú)鰾的作用”所制作的裝置．具體制作方法如下：在大號(hào)“可樂(lè)瓶”中注入半瓶水，在一個(gè)小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣(忽略氣體的分子勢(shì)能)，將其裝入“可樂(lè)瓶”中．通過(guò)在水中放鹽改變水的密度后，使氣球恰好懸浮于水中，并擰緊瓶蓋．設(shè)初始時(shí)瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同．當(dāng)用手?jǐn)D壓“可樂(lè)瓶”的上半部分時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11202304】圖5A．快速擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)變大B．快速擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體溫度不變C．快速擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體體積不變D．緩慢擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體溫度不變E．緩慢擠壓時(shí)，氣球下降【解析】快速擠壓氣體時(shí)，外界對(duì)它做功，來(lái)不及熱傳遞，由W＋Q＝ΔU，內(nèi)能增大，溫度上升，體積變小，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)變大，則A項(xiàng)對(duì)，B、C兩項(xiàng)錯(cuò)；緩慢擠壓時(shí)，溫度不變，體積變小，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)變大，D正確，對(duì)氣球來(lái)說(shuō)，壓強(qiáng)也增大，溫度不變，體積必然減小，則重力mg大于浮力ρgV，氣球下降，則E項(xiàng)正確．【答案】ADE二、非選擇題(本題共4小題，共52分，按題目要求作答)9．(12分)一定質(zhì)量的非理想氣體(分子間的作用力不可忽略)，從外界吸收了×105J的熱量，同時(shí)氣體對(duì)外做了6×105J的功，則：(1)氣體的內(nèi)能________(填“增加”或“減少”)，其變化量的大小為_(kāi)_______J.(2)氣體的分子勢(shì)能________(填“增加”或“減少”)．(3)分子平均動(dòng)能如何變化？【解析】(1)因氣體從外界吸收熱量，所以Q＝×105J氣體對(duì)外做功6×105J，則外界對(duì)氣體做功W＝－6×105J由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－6×105J＋×105J＝－×105J所以物體內(nèi)能減少了×105J.(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體的分子勢(shì)能增加了．(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少了，而分子勢(shì)能增加了，所以分子平均動(dòng)能必然減少了，且分子平均動(dòng)能的減少量一定大于分子勢(shì)能的增加量．【答案】(1)減少×105(2)增加(3)見(jiàn)解析10．(12分)如圖6所示，一長(zhǎng)為L(zhǎng)、內(nèi)橫截面積為S的絕熱汽缸固定在水平地面上，汽缸內(nèi)用一質(zhì)量為m的絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，開(kāi)始時(shí)活塞用銷釘固定在汽缸正中央，汽缸內(nèi)被封閉氣體壓強(qiáng)為p.外界大氣壓為p0(p>p0)．現(xiàn)釋放活塞，測(cè)得活塞被缸內(nèi)氣體推到缸口時(shí)的速度為v0求：圖6(1)此過(guò)程克服大氣壓力所做的功；(2)活塞從釋放到將要離開(kāi)缸口，缸內(nèi)氣體內(nèi)能改變了多少？【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11202305】【解析】(1)設(shè)大氣作用在活塞上的壓力為F，則：F＝p0S根據(jù)功的計(jì)算式W＝Fl得：W＝eq\f(1,2)p0LS.(2)設(shè)活塞離開(kāi)汽缸時(shí)動(dòng)能為Ek，則：Ek＝eq\f(1,2)mv2根據(jù)能量守恒定律得：ΔU＝－eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)p0LS＝－eq\f(1,2)(mv2＋p0LS)即內(nèi)能減少了eq\f(1,2)(mv2＋p0LS)．【答案】(1)eq\f(1,2)p0LS(2)內(nèi)能減少了eq\f(1,2)(mv2＋p0LS)11．(12分)(2023·西安高二檢測(cè))如圖7所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A等容變化到狀態(tài)B，再等壓變化到狀態(tài)D.已知在狀態(tài)A時(shí)，氣體溫度tA＝327℃.圖7(1)求氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度；(2)已知由狀態(tài)B→D的過(guò)程，氣體對(duì)外做功W，氣體與外界交換熱量Q，試比較W與Q的大小，并說(shuō)明原因．【解析】(1)氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B由查理定律eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)可得TB＝eq\f(pB,pA)TA＝eq\f(1,2)×(327＋273)K＝300K所以tB＝27℃.(2)由B→D的過(guò)程，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W>0可得Q>W.【答案】(1)27℃(2)Q>W原因見(jiàn)解析12．(16分)(2023·日照高二檢測(cè))如圖8所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為、壓強(qiáng)為的理想氣體．p0和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度．已知：氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U＝αT，α為正的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過(guò)程都是緩慢的．求：圖8(1)缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時(shí)的體積V1；(2)在活塞下降過(guò)程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11202306】【解析】(1)在氣體壓強(qiáng)由p＝下降到p0的過(guò)程中，氣體體積不變，溫度由T＝變?yōu)門1由查理定律得：eq\f(T1,T)＝eq\f(p0,p)解得：T