（浙江專版）新教材高中物理第3章熱力學定律過關檢測

第三章過關檢測(時間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題Ⅰ(本題共8小題,每小題4分,共32分。每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,不選、多選、錯選均不得分)1.一定質量的理想氣體在某一過程中壓強p=1.0×105Pa保持不變,體積增大100cm3,氣體內能增加了50J,則此過程()A.氣體從外界吸收50J的熱量B.氣體從外界吸收60J的熱量C.氣體向外界放出50J的熱量D.氣體向外界放出60J的熱量答案:B解析:氣體體積增大100cm3,所以氣體對外界做功W=pV=1.0×105×100×10-6J=10J,而氣體內能增加了50J,根據(jù)ΔU=W+Q,可知氣體吸收熱量Q=60J,故選項B正確,A、C、D錯誤。2.在寒冷的天氣中將一盆水放在戶外,經過一段時間后這盆水就會結冰,液態(tài)水的分子無序程度比冰的無序程度要大,那么下列說法正確的是()A.結冰的過程違反熵增加原理B.結冰的過程不違反熵增加原理C.無法判斷結冰的過程中是否違反熵增加原理D.結冰的過程是否違反熵增加原理,要看研究對象的選取答案:B解析:液態(tài)的水比冰的無序程度大,但熵增加原理適用于孤立系統(tǒng),而不是個別不孤立的系統(tǒng)。一盆水在寒冷的天氣中并不是孤立系統(tǒng),因為水與外界大氣有能量交換,所以結冰的過程并不違反熵增加原理,故選項B正確,選項A、C、D錯誤。3.下圖為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時,強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán),在蒸發(fā)器中的制冷劑汽化吸收箱體內的熱量,經過冷凝器時制冷劑液化,放出熱量到箱體外。下列說法正確的是()A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界,是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律答案:B解析:由熱力學第二定律可知,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,除非有外界的影響,電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體,需要壓縮機的幫助并消耗了電能,選項B正確,A、D錯誤。熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內能與其他形式能的轉化或內能轉移的規(guī)律,是能量守恒定律的具體表現(xiàn),適用于所有的熱學過程,故選項C錯誤。4.一定質量的理想氣體,體積由V1膨脹到V2,如果是通過等壓過程實現(xiàn),做功為W1、傳遞熱量為Q1、內能變化為ΔU1;如果是通過等溫過程實現(xiàn),做功為W2、傳遞熱量為Q2、內能變化為ΔU2,則下列關系式正確的是()A.W1>W2,Q1>Q2,ΔU1>ΔU2B.W1>W2,Q1>Q2,ΔU1=ΔU2C.W1>W2,Q1=Q2,ΔU1=ΔU2D.W1<W2,Q1=Q2,ΔU1=ΔU2答案:A解析:等壓過程中氣體膨脹,對外做功時力的大小不變,而等溫過程中氣體膨脹,壓強減小,對外做功的力減小,所做的功小于等壓過程做的功,W1>W2;等壓過程時溫度升高,氣體內能增大,而等溫過程時,氣體內能不變,則ΔU1>ΔU2;等壓過程氣體對外做的功多,內能增大得多,所以等壓過程中氣體吸收的熱量多,Q1>Q2。故選項A正確。5.如圖所示,汽缸內封閉一定質量的理想氣體,活塞通過定滑輪與一質量為m的重物相連并處于靜止狀態(tài),此時活塞到缸口的距離h=0.2m,活塞面積S=10cm2,封閉氣體的壓強p=5×104Pa。現(xiàn)通過電熱絲對缸內氣體加熱,使活塞緩慢上升直至缸口。在此過程中封閉氣體吸收了Q=60J的熱量,假設汽缸壁和活塞都是絕熱的,活塞質量及一切摩擦力不計,則在此過程中氣體內能的增加量為()A.70J B.60J C.50J D.10J答案:C解析:活塞移動過程中,汽缸內氣體對外界做功W=Fs=pSh=10J,根據(jù)熱力學第一定律有ΔU=Q+(-W)=60J-10J=50J,故選項C正確。6.帶有活塞的汽缸內封閉一定質量的理想氣體。氣體開始處于狀態(tài)a,然后經過過程ab到達狀態(tài)b或經過過程ac到達狀態(tài)c,b、c狀態(tài)溫度相同,V-T圖如圖所示。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,則()A.pb>pc,Qab>QacB.pb>pc,Qab<QacC.pb<pc,Qab>QacD.pb<pc,Qab<Qac答案:C解析:根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,得V=CpT,所以斜率越大,表示壓強越小,即b點的壓強小于c點。由熱力學第一定律ΔU=W+Q,經過過程ab到達狀態(tài)b或經過過程ac到達狀態(tài)c,溫度變化情況相同,所以ΔU相等,又因經過過程ab到達狀態(tài)b,體積增大,對外做功,Wab為負值,而經過過程ac到達狀態(tài)c,體積不變,對外不做功,Wac為零,所以Qab>Qac。故選項7.如圖所示,一定質量的理想氣體,從狀態(tài)A經絕熱過程A→B,等容過程B→C,等溫過程C→A,又回到狀態(tài)A,則()A.A→B過程氣體體積增大,內能減小B.B→C過程內能增加,可能外界對氣體做了功C.氣體在B狀態(tài)的溫度高于在A狀態(tài)的溫度D.C→A為等溫變化,內能不變,所以此過程氣體既不吸熱也不放熱答案:A解析:A→B為絕熱過程,氣體壓強減小,體積膨脹,氣體對外做功,不發(fā)生熱量交換,由熱力學第一定律可知,氣體內能減小,故選項A正確;B→C過程為等容升壓,由pT為恒量可知,氣體溫度升高,其內能增加,W=0,故選項B錯誤;C→A過程為等溫壓縮,TA=TC,由TB<TC,得TB<TA,故選項C錯誤;C→A為等溫變化,氣體內能不變,但體積減小,外界對氣體做功,W>0,由熱力學第一定律可知,C→A為放熱過程,故選項D8.如圖所示,密閉絕熱容器內有一絕熱的具有一定質量的活塞,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,經過多次往復運動后活塞靜止,氣體達到平衡態(tài),經過此過程()A.Ep全部轉換為氣體的內能B.Ep一部分轉換成活塞的重力勢能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能C.Ep全部轉換成活塞的重力勢能和氣體的內能D.Ep一部分轉換成活塞的重力勢能,一部分轉換為氣體的內能,其余部分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,活塞質量為m,橫截面積為S,末態(tài)時氣體壓強為p2,初態(tài)F彈>mg+p1S,由題意可得末位置必須高于初位置,否則不能平衡;由ΔU=W(絕熱),W為正,ΔU必為正,溫度升高,內能增加,活塞重力勢能增加,末態(tài)時,由力的平衡條件知F彈'=mg+p2S,仍然具有一部分彈性勢能,故選項D正確,A、B、C錯誤。二、選擇題Ⅱ(本題共4小題,每小題4分,共16分。每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)9.關于熱力學定律,下列說法正確的是()A.根據(jù)熱力學第一定律可知,一定質量的理想氣體等壓膨脹對外做功,內能一定減少B.第一類永動機制不成,是因為它違反了能量守恒定律C.熱力學第二定律是從另一個側面闡述能量守恒定律D.熵是系統(tǒng)內分子運動無序性的量度,一個孤立的系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展答案:BD解析:一定質量的理想氣體等壓膨脹,溫度升高,內能增加,選項A錯誤;第一類永動機制不成,是因為它違反了能量守恒定律,選項B正確;熱力學第二定律是反映宏觀自然過程的方向性的定律,并不是從另一個側面闡述能量守恒定律,選項C錯誤;熵是系統(tǒng)內分子運動無序性的量度,從微觀角度看,一個孤立的系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展,選項D正確。10.一定質量的理想氣體,如果體積膨脹,同時吸收熱量,則下列關于該氣體內能變化的說法正確的是()A.如果氣體對外做的功大于吸收的熱量,氣體內能將減少B.如果氣體對外做的功小于吸收的熱量,氣體內能將減少C.如果氣體對外做的功等于吸收的熱量,氣體內能將不變D.如果氣體對外做的功等于吸收的熱量,氣體內能可能改變答案:AC解析:體積膨脹,則氣體的壓力一定對外做功,W<0;吸收熱量,Q>0;所以氣體內能的變化要比較二者的大小關系,由W+Q=ΔU可知選項A、C正確。11.恒溫環(huán)境中,在導熱良好的注射器內,用活塞封閉了一定質量的理想氣體。用力緩慢向外拉活塞,此過程中()A.活塞對封閉氣體做負功B.封閉氣體分子的平均速率減小C.封閉氣體從外界吸熱D.封閉氣體的內能不變答案:ACD解析:用力向外緩慢拉動活塞過程中,氣體體積增大,氣體對活塞做正功,則活塞對氣體做負功,故選項A正確;對于一定質量的理想氣體,氣體的內能和分子平均速率只取決于溫度,由題目可知,溫度不變,則封閉氣體的內能不變,封閉氣體分子的平均速率也不變,故選項B錯誤,D正確;根據(jù)ΔU=W+Q可知,溫度不變,則內能U不變,即ΔU=0,用力向外緩慢拉動活塞,則W<0,故Q>0,即氣體從外界吸收熱量,故選項C正確。12.封閉在汽缸內一定質量的理想氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)D,其體積V與熱力學溫度T關系如圖所示,O、A、D三點在同一直線上。則()A.由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中,氣體吸收熱量B.由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中,氣體從外界吸收熱量,內能增加C.C狀態(tài)氣體的壓強小于D狀態(tài)氣體的壓強D.D狀態(tài)時單位時間內與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)少答案:AD解析:氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,體積不變,發(fā)生的是等容變化,氣體不做功,W=0,溫度升高,內能增加,ΔU>0,根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q,知Q>0,氣體吸收熱量,故選項A正確;由狀態(tài)B變到狀態(tài)C的過程中,溫度不變,內能不變,ΔU=0,體積變大,氣體對外界做功,W<0,根據(jù)熱力學第一定律知Q>0,氣體從外界吸收熱量,故選項B錯誤;氣體從C到D發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律知p∝T,TC>TD,所以pC>pD,即C狀態(tài)氣體的壓強大于D狀態(tài)氣體的壓強,故選項C錯誤;A點和D點在過原點的連線上,說明氣體由A到D壓強不變,狀態(tài)D溫度高,分子的平均動能大,狀態(tài)A和狀態(tài)D壓強相等,所以D狀態(tài)時單位時間內與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)少,故選項D正確。三、非選擇題(本題共4小題,共52分)13.(12分)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經狀態(tài)B變化到狀態(tài)C,其p-1V圖像如圖所示,求該過程中氣體吸收的熱量Q答案:2×105J解析:根據(jù)p-1V圖像可知狀態(tài)A和狀態(tài)C溫度相同,內能相同,故從A經B到C過程中氣體吸收的熱量等于氣體對外所做的功。根據(jù)圖像可知狀態(tài)A到狀態(tài)B為等壓過程,氣體對外做功為W1=pΔV=2×105×(2-1)J=2×105狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容變化,氣體對外不做功,故A經B到C過程中氣體吸收的熱量為Q=W1=2×105J。14.(12分)如圖所示,圓柱形絕熱汽缸水平放置,通過絕熱活塞封閉著一定質量的理想氣體,活塞橫截面積為S=0.2m2,與容器底部相距l(xiāng)=0.3m?，F(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體,當氣體溫度升高到T時,氣體吸收熱量4.2×103J,活塞向右移動了d=0.1m。已知大氣壓強為p0=1.0×105Pa,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,不計活塞與汽缸的摩擦。(1)加熱前汽缸內理想氣體的密度ρ=0.45kg/m3,摩爾質量M=1.6×10-2kg/mol,試估算汽缸內理想氣體的分子數(shù)n。(結果保留兩位有效數(shù)字)(2)求加熱過程中氣體內能變化量。答案:(1)1.0×1024(2)2200J解析:(1)汽缸內氣體的質量m=ρV氣體的分子數(shù)n=mMN代入數(shù)據(jù)得n=1.0×1024。(2)汽缸內氣體的壓強p=p0氣體膨脹對外做功W=-p0Sd=-2000J根據(jù)熱力學第一定律有ΔU=W+Q,解得ΔU=2200J。15.(14分)右圖是用導熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置,開始時封閉的氣柱長度為22cm,現(xiàn)用豎直向下的外力F壓縮氣體,使封閉的氣柱長度變?yōu)?cm,人對活塞做功100J,大氣壓強為p0=1×105Pa,不計活塞的重力。(活塞的橫截面積S=1cm2)(1)若用足夠長的時間緩慢壓縮,壓縮后氣體的壓強多大?(2)若以適當?shù)乃俣葔嚎s氣體,向外散失的熱量為20J,則氣體的內能增加多少?答案:(1)1.1×106Pa(2)82J解析:(1)設壓縮后氣體的壓強為p,l0=22cm,l=2cm,V0=l0S,V=lS,緩慢壓縮,氣體溫度不變,由玻意耳定律得p0V0=pV解得p=1.1×106Pa。(2)大氣壓力對活塞做功W1=p0S(l0-l)=2J人對活塞做功W2=100J由熱力學第一定律得ΔU=W1+W2+Q由于Q=-20J解得ΔU=82J。16.(14分)如圖所示,有一上部開有小孔的圓柱形汽缸,汽缸的高度為2l,橫截面積為S,一厚度不計的輕質活塞封閉1mol的單分子理想氣體,開始時活塞距底