物理（人教版選修33）練習(xí)第10章熱力學(xué)定律（單元質(zhì)量評估）

單元質(zhì)量評估(四)熱力學(xué)定律(時間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題包括10個小題，每小題4分，共40分)1．下列說法正確的是()A．物體吸收熱量，其溫度一定升高B．熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞C．遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過程一定能實(shí)現(xiàn)D．做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式解析：由熱力學(xué)第一定律可知，做功與熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，D項(xiàng)正確；物體吸收熱量時，其內(nèi)能不一定增大，A項(xiàng)錯；由熱力學(xué)第二定律可知，宏觀的熱現(xiàn)象有方向性，但若通過外界做功，熱量也可以從低溫物體傳到高溫物體，B、C項(xiàng)錯．答案：D2．關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是()A．隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達(dá)到絕對零度，最終實(shí)現(xiàn)熱機(jī)效率100%B．熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的C．第二類永動機(jī)遵從能量守恒，故能做成D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105J，同時空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5×105J解析：由熱力學(xué)第二定律知B、C項(xiàng)錯；絕對零度不可能達(dá)到，A項(xiàng)錯；由熱力學(xué)第一定律知D項(xiàng)正確．答案：D3．如果將自行車內(nèi)胎充氣過足，又放在陽光下受到暴曬，車胎極易爆裂．關(guān)于這一現(xiàn)象的描述，下列說法正確的是(暴曬過程中內(nèi)胎容積幾乎不變)()A．車胎爆裂，是車胎內(nèi)氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B．在爆裂前的過程中，氣體溫度升高，分子無規(guī)則熱運(yùn)動加劇，氣體壓強(qiáng)增大C．在車胎突然爆裂的瞬間，氣體內(nèi)能增加D．在車胎突然爆裂的瞬間，氣體內(nèi)能減少解析：車胎在陽光下暴曬，爆裂前，內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，分子無規(guī)則運(yùn)動變快，氣體壓強(qiáng)變大，B選項(xiàng)正確．當(dāng)車胎突然爆裂的瞬間，氣體膨脹對外做功，溫度也會有所下降，所以氣體內(nèi)能減少，D選項(xiàng)正確．答案：BD4．如圖所示，一演示用的“永動機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有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面“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動．離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動．下列說法正確的是()A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身C．轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，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答案：D5．為了減緩大氣中CO2濃度的增加，可以采取的措施有()A．禁止使用煤、石油和天然氣B．開發(fā)利用核能、太陽能C．將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D．植樹造林解析：在目前情況下，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活對煤、石油和天然氣的依賴性很大，禁止使用是不現(xiàn)實(shí)的．開發(fā)使用核能、太陽能逐步減小人類對化石能源的使用是有效的方法．液化石油氣燃燒后的產(chǎn)物中仍有二氧化碳，植樹造林可以利用光合作用減少空氣中的二氧化碳．答案：BD6．下列說法中正確的是()A．物體吸熱后溫度一定升高B．物體溫度升高一定是因?yàn)槲樟藷崃緾．0℃的冰化為D．100℃的水變?yōu)榻馕觯何鼰岷笪矬w溫度不一定升高，例如冰融化為水或水沸騰時都需要吸熱，而溫度不變，這時吸熱后物體內(nèi)能的增加表現(xiàn)為分子勢能的增加，所以A項(xiàng)不正確．做功也可以使物體溫度升高，例如用力多次來回彎曲鐵絲，彎曲點(diǎn)鐵絲的溫度會明顯升高，這是做功增加了物體的內(nèi)能，使溫度上升，所以B項(xiàng)不正確．冰化為水時要吸熱，內(nèi)能中的分子動能不變，但分子勢能增加，因此內(nèi)能增加，所以C項(xiàng)不正確．水沸騰時要吸熱，內(nèi)能中的分子動能不變但分子勢能增加，所以內(nèi)能增大，D項(xiàng)正確．答案：D7.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過程A→B、等容過程B→C、等溫過程C→A又回到了狀態(tài)A，則()A．A→B過程氣體降溫B．B→C過程氣體內(nèi)能增加，可能外界對氣體做了功C．C→A過程氣體放熱D．全部過程氣體做功為零解析：A→B過程氣體絕熱膨脹，氣體對外界做功，其對應(yīng)的內(nèi)能必定減小，即氣體溫度降低，選項(xiàng)A正確；B→C過程氣體等容升壓，由p/T＝恒量可知，氣體溫度升高，其對應(yīng)內(nèi)能增加，因做功W＝0，即選項(xiàng)B錯；C→A過程氣體等溫壓縮，故內(nèi)能變化為零，但外界對氣體做功，因此該過程中氣體放熱，選項(xiàng)C正確；A→B過程氣體對外做功，其數(shù)值等于AB線與橫軸包圍的面積．B→C過程氣體不做功．C→A過程外界對氣體做功，其數(shù)值等于CA線與橫軸包圍的面積，顯然全過程對氣體做的凈功為ABC封閉曲線包圍的面積，選項(xiàng)D不正確．答案：AC8．下面設(shè)想符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的是()A．利用永久磁鐵間的作用力，造一臺永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動的機(jī)械B．做成一條船，利用流水的能量逆水行舟C．通過太陽照射飛機(jī)，即使飛機(jī)不帶燃料也能飛行D．利用核動力，駕駛地球離開太陽系解析：利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉(zhuǎn)化為動能，但由于摩擦力的不可避免性，動能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使轉(zhuǎn)動停止，故A項(xiàng)錯．讓船先靜止在水中，設(shè)計(jì)一臺水力發(fā)電機(jī)使船獲得足夠電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為船的動能使船逆水航行；同理可利用光能的可轉(zhuǎn)化性和電能的可收集性，使光能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起飛，故B、C項(xiàng)可選；設(shè)計(jì)一種利用反沖理論以核動力為能源，使地球獲得足夠大的能量，掙脫太陽引力的束縛而離開太陽系，故D項(xiàng)可選．答案：BCD9．(2017·全國卷Ⅲ)(多選)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a.下列說法正確的是()A．在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B．在過程ca中外界對氣體做功C．在過程ab中氣體對外界做功D．在過程bc中氣體從外界吸收熱量E．在過程ca中氣體從外界吸收熱量解析：ab過程是等容變化，ab過程壓強(qiáng)增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，選項(xiàng)A正確；而由于體積不變，氣體對外界不做功，選項(xiàng)C錯誤．ca過程是等壓變化，體積減小，外界對氣體做功，選項(xiàng)B正確；體積減小過程中，溫度降低，內(nèi)能減小，氣體要放出熱量，選項(xiàng)E錯誤．bc過程是等溫變化，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對外界做功，則需要吸收熱量，選項(xiàng)D正確．答案：ABD10．用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空(如圖①所示)．現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動充滿整個容器(如圖②)，這個過程稱為氣體的自由膨脹，下列說法正確的是()A．自由膨脹過程中，氣體分子只做定向運(yùn)動B．自由膨脹前后，氣體的壓強(qiáng)不變C．自由膨脹前后，氣體的溫度不變D．容器中的氣體在足夠長的時間內(nèi)，能全部自動回到A部分解析：抽去隔板后，氣體做無規(guī)則熱運(yùn)動，故A項(xiàng)錯；因容器絕熱，故Q＝0，又因氣體自由膨脹，故W＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝0，則氣體的溫度不變，C項(xiàng)正確；由eq\f(pV,T)＝C可知p減小，故B項(xiàng)錯；氣體在足夠長的時間內(nèi)不會自動回到A部分，而是做無規(guī)則熱運(yùn)動．答案：C二、填空題(本題包括3個小題，共16分)11.(4分)如圖所示，內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置．一定質(zhì)量的理想氣體被密封在汽缸內(nèi)，外界大氣壓強(qiáng)為p0.現(xiàn)對汽缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2.則在此過程中，氣體分子平均動能______(選擇“增大”“不變”或“減小”)，氣體內(nèi)能變化了______.答案：增大Q－p0(V2－V1)12．(6分)一定質(zhì)量的理想氣體，由初始狀態(tài)A開始，按圖中箭頭所示的方向進(jìn)行了一系列狀態(tài)變化，最后又回到初始狀態(tài)A，即A→B→C→A(其中BC與萬能縱軸平行，CA與橫軸平行)，這一過程稱為一個循環(huán)，則：(1)由A→B，氣體分子的平均動能______(填“增大”“減小”或“不變”)；(2)由B→C，氣體的內(nèi)能________(填“增大”“減小”或“不變”)；(3)由C→A，氣體________熱量(填“吸收”或“放出”)．解析：(1)由A→B，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大．(2)由B→C，氣體的體積V不變，壓強(qiáng)p減小，由eq\f(pV,T)＝C知；溫度T降低氣體的內(nèi)能減少．(3)由C→A，氣體的壓強(qiáng)p不變，體積V減少，外界對氣體做功W>0，同時溫度降低，內(nèi)能減少，ΔU<0，由ΔU＝W＋Q，即Q＝ΔU－W知Q<0；故放熱．答案：(1)增大(2)減小(3)放出13．(6分)如圖所示，汽車內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)汽油燃燒時，氣體體積膨脹推動活塞對外做功．已知在某次對外做功的沖程中汽油燃燒釋放的化學(xué)能為1×103J，因尾氣排放、汽缸發(fā)熱等對外散失的熱量為2.5×102J，則該內(nèi)燃機(jī)對外所做的功為______J，該內(nèi)燃機(jī)的效率為______.隨著科技的進(jìn)步，不斷設(shè)法減小熱量損失，則內(nèi)燃機(jī)的效率不斷提高，效率______(填“有可能”“仍不可能”)達(dá)到100%.解析：本小題考查對熱力學(xué)第一定律和效率概念的理解，考查實(shí)驗(yàn)探究能力．由能量守恒定律知道Q1＝W＋Q2，W＝Q1－Q2＝1×103J－2.5×102J＝7.5×102J；該內(nèi)燃機(jī)的效率η＝eq\f(W,Q1)＝eq\f(7.5×102,1×103)＝75%.因?yàn)闊釞C(jī)不能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因熱機(jī)工作時，總要向冷凝器散熱，不可避免地要釋放一部分熱量Q2，所以總有Q1>W.所以熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%.答案：7.5×10275%仍不可能三、計(jì)算題(本題包括4個小題，共44分)14.(10分)如圖所示，一個質(zhì)量為m＝100g的金屬塊恰能從一個長L＝4m、傾角θ＝30°的斜面的頂端勻速下滑至底端，損失的機(jī)械能有20%被金屬塊吸收，求在下滑過程中產(chǎn)生的內(nèi)能及金屬塊升高的溫度．(金屬塊的比熱容為98J/解析：金屬塊下滑過程減少的機(jī)械能即為重力勢能減少量，這部分能由于摩擦生熱而轉(zhuǎn)化成了等量的內(nèi)能，僅有20%被金屬塊吸收．金屬塊共產(chǎn)生的內(nèi)能為ΔE＝ηmg·Lsinθ＝20%×0.1×9.8×4×sin30°J＝0.392J由于Q＝ΔE，Q＝cmΔt則Δt＝eq\f(ΔE,cm)＝eq\f(0.392,98×0.1)℃＝0.04℃.答案：0.392J0.0415.(10分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛的休閑零食，如圖為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱，迅速打開容器蓋后，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．設(shè)當(dāng)?shù)販囟葹閠1＝27℃，大氣壓為p0，已知密閉容器打開前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p0.試分析(1)容器內(nèi)的氣體看作理想氣體，求容器內(nèi)氣體的溫度？(2)假定在一次打開的過程中，容器內(nèi)氣體膨脹對外界做功15kJ，并向外釋放了20kJ的熱量，容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？解析：(1)根據(jù)查理定律：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0整理得：T2＝1200K，t2＝927℃(2)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ故內(nèi)能減少35kJ.答案：(1)927(2)內(nèi)能減少減少了35kJ16．(10分)某地的平均風(fēng)速為5m/s.已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動時可形成半徑為12m的圓面，解析：首先可以求出在時間t內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量為m＝πr2vtρ，這些氣流的動能為eq\f(1,2)mv2，轉(zhuǎn)變的電能為E＝eq\f(1,2)mv2×10%，故風(fēng)車帶動的發(fā)電機(jī)的功率為P＝eq\f(E,t)＝eq\f(1,2)πr2ρv3×10%，代入數(shù)據(jù)得P＝3.4kW.答案：3.4kW17．(14分)如圖所示，為一汽缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量的氣體peq\a\vs4\al(-)V圖線，當(dāng)該系統(tǒng)從狀態(tài)a沿過程a→c→b到達(dá)狀態(tài)b時，有335J的熱量傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對外界做功126J，求：(1)若沿a→d→b過程，系統(tǒng)對外做功42J，則有多少熱量傳入系統(tǒng)？(2)若系統(tǒng)由狀態(tài)