2023-2023學年高中創(chuàng)新設計物理粵教版選修3-3：章末檢測3 熱力學基礎(chǔ)

第頁章末檢測(時間：90分鐘總分值：100分)一、單項選擇題(每題5分，共25分)1．以下關(guān)于物體內(nèi)能變化的說法，正確的選項是 ()A．一定質(zhì)量的晶體在熔化過程中內(nèi)能保持不變B．一定質(zhì)量的氣體在體積膨脹過程中內(nèi)能一定增加C．一定質(zhì)量的物體在熱膨脹過程中內(nèi)能不一定增加D．一定質(zhì)量的物體在體積保持不變的過程中，內(nèi)能一定不變答案C解析晶體在熔化過程中要吸熱，卻沒有對外做功，故內(nèi)能增加，A錯誤；一定質(zhì)量的氣體在膨脹過程中，可能吸熱，也可能不吸熱，還有可能放熱，但一定對外做功，由ΔU＝Q＋W不能確定ΔU，故B錯誤；物體熱膨脹一定是吸收了熱量，對外做功不一定小于吸收的熱量，內(nèi)能不一定增加，C正確；物體體積不變，溫度可能改變，內(nèi)能隨之變化，D錯誤．2．景頗族的祖先創(chuàng)造的點火器如圖1所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃．對筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中()圖1A．氣體溫度升高，壓強不變B．氣體溫度升高，壓強變大C．氣體對外界做正功，氣體內(nèi)能增加D．外界對氣體做正功，氣體內(nèi)能減少答案B解析對封閉氣體，猛推壓縮過程中，外界對氣體做正功，時間極短，熱傳遞不計，即Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知內(nèi)能增大，C、D均錯誤；因氣體內(nèi)能等于所有分子動能與分子勢能之和，其中分子勢能不變或減小，所以分子平均動能增加，溫度升高，再由氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝常量可知，氣體壓強變大，故A錯誤、B正確．3．帶有活塞的氣缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體．氣體開始處于狀態(tài)a；然后經(jīng)過過程ab到達狀態(tài)b或經(jīng)過過程ac到達狀態(tài)c.b，c狀態(tài)溫度相同，如圖2所示．設氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強分別為pb和pc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，那么 ()圖2A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，Qab<QacC．pb<pc，Qab>Qac D．pb<pc，Qab<Qac答案C解析由V＝eq\f(K,p)T可知V-T圖線的斜率越大，壓強p越小，故pb<pc.由熱力學第一定律有：Q＝ΔU－W，因Tb＝Tc，所以ΔUab＝ΔUac，而Wab>Wac，故Qab>Qac.綜上C正確．4．如圖3所示，氣缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸壁是導熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與氣缸的接觸是光滑的，但不漏氣．現(xiàn)將活塞桿與外界連接使其緩慢向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功．假設理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，那么以下說法正確的選項是 ()圖3A．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學第二定律B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律D．以上三種說法都不對答案C解析氣體等溫膨脹并通過桿對外做功，由于氣體等溫，所以內(nèi)能不變，對外做功，那么要吸收熱量，即氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律，因為此過程產(chǎn)生了其他影響，所以沒有違反熱力學第二定律．5．如圖4所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計．置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零)．現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經(jīng)過屢次往復運動后活塞靜止，氣體到達平衡態(tài)，經(jīng)過此過程()圖4A．Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B．Ep一局部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能，其余局部仍為彈簧的彈性勢能C．Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D．Ep一局部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能，一局部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余局部仍為彈簧的彈性勢能答案D解析以活塞為研究對象，設氣體壓強為p1，活塞質(zhì)量為m，截面積為S，末態(tài)時壓強為p2，初態(tài)F彈>mg＋p1S，由題意可得末態(tài)位置必須高于初位置，否那么不能平衡，那么由ΔU＝W(絕熱)．W為正，ΔU必為正，溫度升高，內(nèi)能增加，活塞重力勢能增加，末態(tài)時，由力的平衡條件知F彈′＝mg＋p2S，仍然具有一局部彈性勢能，D正確．二、雙項選擇題(每題5分，共25分)6．電冰箱的制冷設備是用機械的方式制造人工低溫的裝置，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，實現(xiàn)制冷作用，那么以下說法中正確的選項是 ()A．翻開冰箱門讓壓縮機一直工作，可使室內(nèi)溫度逐漸降低B．在電冰箱的內(nèi)管道中，制冷劑迅速膨脹并吸收熱量C．在電冰箱的外管道中，制冷劑被劇烈壓縮放出熱量D．電冰箱的工作原理違背了熱力學第二定律答案BC解析電冰箱工作過程中，消耗電能的同時局部電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故室內(nèi)溫度不可能降低，選項A錯誤；制冷劑在內(nèi)管道膨脹吸熱，在外管道被壓縮放熱，選項B、C正確；電冰箱的工作原理并不違背熱力學第二定律，選項D錯誤．7．以下過程中，可能實現(xiàn)的是 ()A．將海水溫度自動下降時釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能B．利用海洋不同深度的海水溫度不同來制造一種機器，把海水的內(nèi)能變?yōu)闄C械能C．在粗糙水平面上運動的物體，它的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體溫度升高D．靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時釋放的內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為物體的動能，使物體運動起來答案BC8．關(guān)于一定量的氣體，以下表達正確的選項是 ()A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B．氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減少C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少答案AD解析根據(jù)熱力學第二定律：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化．即氣體吸收熱量在引起了其他變化的情況下，可以完全轉(zhuǎn)化為功，A對；一定量氣體的內(nèi)能的影響因素有體積和溫度，故氣體體積增大時，由于溫度變化情況未知，故內(nèi)能不一定減少，B錯；內(nèi)能可以通過做功和熱傳遞改變，氣體從外界吸收熱量，由于對外做功情況未知，故內(nèi)能不一定增加，C錯；同理外界對氣體做功，由于熱傳遞情況未知，故氣體內(nèi)能有可能減少，D對．9．在光滑水平面上運動的物體，受到一個與速度同方向的推力，物體的溫度與環(huán)境溫度相同，在這個過程中，以物體為研究對象，那么 ()A．與熱傳遞等效的功是正功，物體的內(nèi)能增加B．與熱傳遞等效的功是零，內(nèi)能不變C．動能定理中的功是正功，動能增加D．動能定理中的功是零，動能不變答案BC解析根據(jù)動能定理，推力對物體做正功，物體動能增加；沒有力做功實現(xiàn)其他形式能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，物體的內(nèi)能不變．10．關(guān)于熱力學定律，以下說法正確的選項是 ()A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對物體做功或向它傳遞熱量B．對某物體做功，必定會使該物體的內(nèi)能增加C．不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程答案AE解析做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，故A對．根據(jù)熱力學第一定律當對物體做功，同時物體對外放熱時，物體內(nèi)能可能保持不變，故B錯．由熱力學第二定律知，可以由單一熱源吸收熱量，使之完全轉(zhuǎn)化為功，但要產(chǎn)生其它影響，故C錯．熱量只是不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體故D錯．一切與熱有關(guān)的宏觀物理過程都是不可逆的，故E對．正確選項為AE.三、填空題(每題5分，共10分)11．質(zhì)量一定的某種物質(zhì)，在壓強不變的條件下，由液態(tài)Ⅰ到氣態(tài)Ⅲ(可看成理想氣體)變化過程中溫度(T)隨加熱時間(t)變化關(guān)系如圖5所示．單位時間所吸收的熱量可看作不變．圖5(1)以下說法正確的選項是______．A．在區(qū)間Ⅱ，物質(zhì)的內(nèi)能不變B．在區(qū)間Ⅲ，分子間的勢能不變C．從區(qū)間Ⅰ到區(qū)間Ⅲ，物質(zhì)的熵增加D．在區(qū)間Ⅰ，物質(zhì)分子的平均動能隨著時間的增加而增大(2)在區(qū)間Ⅲ，假設將壓強不變的條件改為體積不變，那么溫度升高______(變快、變慢或快慢不變)請說明理由．答案(1)BCD(2)變快，理由見解析解析根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，在吸收相同的熱量Q時，壓強不變的條件下，V增加，W<0，ΔU＝Q－|W|；體積不變的條件下，W＝0，ΔU＝Q；所以ΔU1<ΔU2，體積不變的條件下溫度升高變快．12．如圖6所示，根據(jù)制冷機的工作原理，試分析每個工作過程中工作物質(zhì)的內(nèi)能改變情況和引起改變的物理過程：圖6(1)工作物質(zhì)的內(nèi)能________，是________的過程；(2)工作物質(zhì)的內(nèi)能________，是________的過程；(3)工作物質(zhì)的內(nèi)能________，是________的過程．答案(1)增加做功(2)減少放熱(3)增加吸熱解析(1)壓縮氣體，對氣體做功，內(nèi)能增加；(2)氣體液化要放出熱量，內(nèi)能減少；(3)工作物質(zhì)的汽化過程，需吸收熱量，內(nèi)能增加．四、計算題(共4小題，共40分)13．(8分)一定量的氣體從外界吸熱了2.6×105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2×105J，是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少功？如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6×105J，這一過程做功情況怎樣？答案外界對氣體做功，做功為1.6×105J氣體對外界做功，做功為1.0×105J解析由題意知Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，根據(jù)ΔU＝Q＋W，代入可得W＝1.6×105J，W為正值，外界對氣體做功，做功為1.6×105J.同理由題意可知Q′＝2.6×105J，ΔU′＝1.6×105J，利用熱力學第一定律得W′＝－1.0×105J，這說明氣體對外界做功(氣體體積變大)，做功為1.0×105J.14．(10分)如圖7所示，p-V圖中一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過程Ⅰ變至狀態(tài)B時，從外界吸收熱量420J，同時膨脹對外做功300J．當氣體從狀態(tài)B經(jīng)過程Ⅱ回到狀態(tài)A時，外界壓縮氣體做功200J，求此過程中氣體吸收或放出的熱量是多少．圖7答案放出320J的熱量解析一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過程Ⅰ變至狀態(tài)B時，從外界吸收的熱量Q1大于氣體膨脹對外界做的功W1，氣體內(nèi)能增加，由熱力學第一定律可知，氣體內(nèi)能的增加量為ΔU＝Q1＋W1＝420J＋(－300)J＝120J.氣體由狀態(tài)B經(jīng)過程Ⅱ回到狀態(tài)A時，氣體內(nèi)能將減少120J，而此過程中外界又壓縮氣體做了W2＝200J的功，因而氣體必須向外界放熱，Q2＝ΔU－W2＝(－120)J－200J＝－320J.即此過程中氣體放出的熱量是320J.15．(10分)如圖8所示，為一氣缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量的氣體的p-V圖線，當該系統(tǒng)從狀態(tài)a沿過程a→c→b到達狀態(tài)b時，有熱量335J傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對外界做功126J．求：圖8(1)假設沿a→d→b過程，系統(tǒng)對外做功42J，那么有多少熱量傳入系統(tǒng)？(2)假設系統(tǒng)由狀態(tài)b沿曲線過程返回狀態(tài)a時，外界對系統(tǒng)做功84J，那么系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量傳遞是多少？答案(1)251J(2)放熱293J解析(1)由熱力學第一定律可得a→c→b過程系統(tǒng)增加的內(nèi)能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209J，由a→d→b過程有ΔU＝W′＋Q′得Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251J，為正，即有251J的熱量傳入系統(tǒng)．(2)由題意知系統(tǒng)由b→a過程內(nèi)能的增量ΔU′＝－ΔU＝－209J根據(jù)熱力第一定律有Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84)J＝－293J負號說明系統(tǒng)放出熱量，熱量傳遞為293J16．(12分)某壓力鍋結(jié)構(gòu)如圖9所示．蓋好密封鍋蓋，將壓力閥套在出氣孔上，給壓力鍋加熱，當鍋內(nèi)氣體壓強到達一定值時，氣體就把壓力閥頂起．假定在壓力閥被頂起時，停止加熱．圖9(1)假設此時鍋內(nèi)氣體的體積為V′，摩爾體積為V，阿伏加德羅常數(shù)為NA，寫出鍋內(nèi)氣體分子數(shù)的估算表達式．(2)假定在一次放氣過程中，鍋內(nèi)氣體對壓力閥及外界做功1J，并向外界釋放了2J的熱量．鍋內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？(3)大氣壓強p隨海拔高度H的變化滿足p＝p0(1－αH)，其中常數(shù)α>0.結(jié)合氣體定律定性分析在不同的海拔高度使用壓力鍋，當壓力閥被頂起時鍋內(nèi)氣體的溫度有何不同．答案(1)n＝eq\f(V′,V)NA(2)減少了3J(3)溫度隨著海拔高度的增加而降低．解析(1)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁，設鍋內(nèi)氣體分子數(shù)為n，那么：n＝e