高中 物理 必修第三冊 第三章 熱力學定律《章末過關(guān)檢測(三)》教學設(shè)計

章末過關(guān)檢測(三)(時間：75分鐘分值：100分)一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個選項中，只有一個選項符合題目要求)1．有一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會形成一定的電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。一種燃氣打火機，就是應用了該元件的壓電效應制成的。只要用大拇指壓一下打火機上的按鈕，壓電陶瓷片就會產(chǎn)生10～20kV的高壓，形成火花放電，從而點燃可燃氣體。在上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是()A．化學能轉(zhuǎn)化為電能 B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能C．化學能轉(zhuǎn)化為光能 D．機械能轉(zhuǎn)化為電能解析：選D。根據(jù)題意用大拇指壓一下打火機上的按鈕，壓電陶瓷片就會產(chǎn)生10～20kV的高壓，形成火花放電，從而點燃可燃氣體。轉(zhuǎn)化前要消耗機械能，轉(zhuǎn)化后得到了電能，所以為機械能轉(zhuǎn)化為電能。2．將一定質(zhì)量的理想氣體緩慢壓縮，壓縮過程中溫度保持不變。下列說法正確的是()A．氣體分子的平均動能減小B．氣體與外界無熱交換C．氣體的壓強不變D．氣體的內(nèi)能不變解析：選D。因為氣體的溫度保持不變，所以氣體分子的平均動能不變，理想氣體分子間距離非常大，分子勢能忽略不計，所以氣體的內(nèi)能不變，故A錯誤，D正確；氣體被壓縮，外界對氣體做功，但內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學第一定律，氣體對外放熱，故B錯誤；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得，體積減小、溫度不變，所以壓強增大，故C錯誤。3．如圖所示，現(xiàn)用活塞壓縮封閉在汽缸里的空氣，對空氣做了90J的功，同時空氣向外散熱21J。關(guān)于汽缸里空氣的內(nèi)能變化情況，下列說法正確的是()A.內(nèi)能增加90JB．內(nèi)能增加69JC．內(nèi)能減小111JD．內(nèi)能減少21J答案：B4.如圖所示，在紫銅管內(nèi)滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復拉動，管塞會被沖開。管塞被沖開前()A．外界對管內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．管內(nèi)氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小C．管內(nèi)氣體內(nèi)能不變，壓強變大D．管內(nèi)氣體內(nèi)能增加，壓強變大解析：選D。管體積不變，則氣體體積不變，外界沒有對管內(nèi)氣體做功，管內(nèi)氣體也沒有對外界做功，A、B錯誤；繩子與管壁摩擦生熱，使管內(nèi)氣體溫度升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，可知溫度升高，體積不變，氣體內(nèi)能增加，壓強增大，C錯誤，D正確。5．如圖，這是某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中()A．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小解析：選A。本題考查了熱力學第一定律，理解做功和熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，M向下滑的過程中，外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知氣體內(nèi)能增大，A正確。6．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)，圖線由兩條絕熱線和兩條等容線組成，其中，a→b和c→d為絕熱過程，b→c和d→a為等容過程。下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b過程中，氣體對外界做功B．a(chǎn)→b過程中，氣體分子的平均動能不變C．c→d過程中，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少D．d→a過程中，氣體從外界吸收熱量解析：選C。a→b過程中為絕熱壓縮，外界對氣體做功，溫度升高，分子平均動能增大，故A、B錯誤；c→d過程中，氣體體積變大，則單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少，C正確；d→a變化，體積不變，壓強減小，溫度降低，內(nèi)能減小，故氣體向外界放熱，故D錯誤。7．某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成。開箱時，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過程中，若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體()A．對外做正功，分子的平均動能減小B．對外做正功，內(nèi)能增大C．對外做負功，分子的平均動能增大D．對外做負功，內(nèi)能減小解析：選A。氣體膨脹對外做正功，而缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，由熱力學第一定律知，其內(nèi)能一定減小，溫度降低，故分子的平均動能減小，A正確，B、C、D錯誤。二、多項選擇題(本題共3小題，每小題4分，共12分。在每小題給出的四個選項中，有多個選項符合題目要求，全選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的得0分)8．下列說法正確的是()A．氣體擴散現(xiàn)象表明氣體分子間存在斥力B．熱量總是自發(fā)地從分子動能大的物體傳遞到分子動能小的物體C．自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的D．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在表面張力解析：選CD。擴散說明分子在做無規(guī)則運動，不能說明分子間存在斥力，A錯誤；熱量總是自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，而溫度是分子平均動能的標志，所以熱量總是自發(fā)地從分子平均動能大的物體傳遞到分子平均動能減小的物體，但分子動能并非分子平均動能，B錯誤；根據(jù)熱力學第二定律，自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，C正確；液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，則液體表面分子間的作用表現(xiàn)為相互吸引，所以存在表面張力，D正確。9．下列設(shè)想符合能量守恒定律的是()A．利用永久磁鐵間的作用力可以制造一臺永遠轉(zhuǎn)動的機器B．做一條利用風能逆水航行的船C．通過太陽照射使飛機起飛D．不用任何燃料，河水就一定不能升溫解析：選BC。利用磁場能可能使磁鐵所具有的磁場能轉(zhuǎn)化為動能，但由于摩擦力不可避免，動能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使轉(zhuǎn)動停止，故A錯誤；讓船先靜止在水中，設(shè)計一臺風力發(fā)電機使船獲得足夠的電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為船的動能，可使船逆水航行，故B正確；可利用太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化成可儲存的電能，然后將電能轉(zhuǎn)化為飛機的動能，實現(xiàn)飛機起飛，故C正確；水壩利用河水的重力勢能發(fā)電，一部分重力勢能通過水輪機轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，可使水升溫，故D錯誤。10.如圖，這是某研究小組為了探究“魚鰾的作用”所制作的裝置。具體制作方法如下：在大號“可樂瓶”中注入半瓶水，在一個小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣(忽略氣體的分子勢能)，將其裝入“可樂瓶”中。通過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)初始時瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同。當用手擠壓“可樂瓶”的上半部分時，下列說法正確的是()A．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體壓強變大B．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體溫度不變C．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體體積不變D．緩慢擠壓時，氣球下降解析：選AD?？焖贁D壓氣體時，外界對它做功，來不及熱傳遞，由W＋Q＝ΔU，內(nèi)能增大，溫度上升，體積變小，瓶內(nèi)壓強變大，則A正確，B、C錯誤；緩慢擠壓時，溫度不變，體積變小，瓶內(nèi)壓強變大，對氣球來說，壓強也增大，溫度不變，體積必然減小，則重力mg大于浮力ρgV氣球，氣球下降，則D正確。三、非選擇題(本題共6小題，共60分)11．(6分)(1)玻意耳定律指的是：在氣體的________________的條件下，氣體的壓強與體積成____________。(2)空氣壓縮機在一次壓縮過程中，活塞對汽缸中的氣體做功2.0×105J，同時氣體的內(nèi)能增加了1.5×105J。試問：此壓縮過程中，氣體________(選填“吸收”或“放出”)的熱量等于________J。(3)若一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)分別按下圖所示的三種不同過程變化，其中表示等壓變化的是________(選填“A”“B”或“C”)，該過程中氣體的內(nèi)能________(選填“增加”或“減少”)。解析：(1)玻意耳定律是在氣體的溫度保持不變的條件下得出的；在溫度保持不變的條件下，氣體的壓強與體積成反比。(2)由熱力學第一定律可知，此壓縮過程中氣體向外界放出了熱量；Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2.0×105J＝－5×104J。(3)在等壓變化的情況下，氣體體積與溫度成正比，故選C；隨著氣體溫度的升高，氣體的內(nèi)能增加。答案：(1)溫度保持不變反比(2)放出5×104J(3)C增加12．(6分)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的p－T圖像和V－T圖像如圖甲、乙所示，此過程中氣體的內(nèi)能增加了100J，則此過程中氣體________(選填“吸收”或“放出”)的熱量為________J。解析：由題圖知氣體發(fā)生的是等壓變化，由蓋-呂薩克定律有eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)，所以V2＝eq\f(T2,T1)V1，代入數(shù)值得V2＝8.0×10－3m3，此過程氣體膨脹對外做功為W＝p(V2－V1)＝200J，因氣體對外做功，所以W′＝－W，由熱力學第一定律ΔU＝W′＋Q知氣體吸熱且Q＝300J。答案：吸收30013．(10分)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A→B，再從狀態(tài)B→C，最后從狀態(tài)C→A完成一次循環(huán)，如圖所示。已知狀態(tài)A時氣體的溫度TA＝900K。(1)求氣體在狀態(tài)B時的溫度TB；(2)求氣體從狀態(tài)B→C的過程中，氣體做的功WBC；(3)已知氣體從狀態(tài)C→A的過程中，外界對氣體做的功WCA＝3.6×105J，試說明該過程中氣體是吸熱還是放熱，求吸(或放)了多少熱量QCA。解析：(1)A→B是等容變化，根據(jù)查理定律得eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)解得TB＝eq\f(pB,pA)TA＝eq\f(1.0×105,3.0×105)×900K＝300K；(2)B→C是等壓變化，且體積增大，所以氣體對外做功，WBC＝pBΔVBC＝－1.0×105×(3.0－1.0)J＝－2×105J；(3)C→A是等溫變化，由理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，其內(nèi)能不變，即ΔU＝0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，知外界對氣體做的功全部以熱量形式放出，得QCA＝－WCA＝－3.6×105J，故放熱3.6×105J。答案：(1)300K(2)－2×105J(3)放熱3.6×105J14．(12分)如圖所示，一導熱汽缸放在水平地面上，其內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體，活塞通過定滑輪與一重物連接，并保持平衡，已知汽缸高度為h，開始時活塞在汽缸中央，初始溫度為t攝氏度，活塞面積為S，大氣壓強為p0，物體重力為G，活塞質(zhì)量及一切摩擦不計，緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞上升Δx，封閉氣體吸收了Q的熱量。(汽缸始終未離開地面)則：(1)環(huán)境溫度升高了多少？(2)氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？解析：(1)活塞緩慢移動，任意時刻都處于平衡狀態(tài)，故氣體做等壓變化，由蓋-呂薩克定律可知：eq\f(V,T)＝eq\f(ΔV,ΔT)解得：ΔT＝eq\f(2Δx,h)(273＋t)K；(2)氣體溫度升高，內(nèi)能增加。設(shè)汽缸內(nèi)壓強為p，由平衡條件得：pS＝p0S－G，封閉氣體對外做功W＝pSΔx＝(p0S－G)Δx由熱力學第一定律得：ΔU＝Q＋(－W)＝Q－(p0S－G)Δx。答案：(1)eq\f(2Δx,h)(273＋t)K(2)增加Q－(p0S－G)Δx15．(12分)如圖所示，一導熱性能良好、活塞可以從左端無摩擦滑到右端的汽缸水平放置，活塞將汽缸分為A、B兩部分(活塞不會漏氣)，汽缸右端有一閥門K，A、B內(nèi)均裝有理想氣體。開始時，活塞處于靜止狀態(tài)，A、B兩部分氣柱長度分別為2L和3L，壓強均為4p0(p0為外界大氣壓強)。若因閥門封閉不嚴，B中氣體向外緩慢泄漏，整個過程中周圍環(huán)境溫度不變，閥門口處氣體體積可以忽略。(1)當活塞向右緩慢移動的距離為0.5L時，求A中氣體的壓強；(2)如果外部條件一直保持不變，B中氣體是否會全部漏完，判斷并說明理由；整個過程中，A中氣體吸熱還是放熱。解析：(1)對于A氣體，根據(jù)玻意耳定律p1V1＝p2V2即4p0×2LS＝p2(2L＋0.5L)S解得p2＝3.2p0。(2)若活塞能到達汽缸右端，對A氣體4p0×2LS＝p3×5LS解得p3＝1.6p0>p0因此，B中的氣體將全部漏完，A中氣體等溫膨脹，對外做功，W<0，但內(nèi)能不變，ΔU＝0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，氣體從外界吸收熱量。答案：(1)3.2p0(2)見解析16．(14分)如圖所示，上端開口的光滑圓柱形汽缸豎直放置，橫截面積為10cm2的活塞，將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)。在汽缸內(nèi)距缸底30cm處設(shè)有卡槽a、b兩限制裝置，使活塞只能向上滑動。開始時活塞擱在a、b上，活塞的質(zhì)量為5kg，氣體溫度為180K?，F(xiàn)緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體，當溫度為300K，活塞恰好離開卡槽a、b；若繼續(xù)給汽缸內(nèi)氣體緩慢加熱，活塞上升了10cm的過程中，氣體的內(nèi)能增加了240J。(設(shè)大氣壓強為p0＝1.0×105Pa，g取10m/s2)求：(1)開始時汽缸內(nèi)氣體的壓強；(2)活塞上升10cm時汽缸內(nèi)氣體的溫度；(3)活塞離開卡槽a、b之后上升10cm的過程中，氣體