人教版(新教材)高中物理選擇性必修3第三章 熱力學(xué)定律章末檢測(cè)試卷(三)

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1章末檢測(cè)試卷(三)(滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題8小題，每小題3分，共24分)1．(2021·全國高二單元測(cè)試)關(guān)于內(nèi)能，以下說法正確的是()A．做功和傳熱在改變物體內(nèi)能的效果上是等效的B．只要物體溫度不變，它的內(nèi)能就不變C．每個(gè)分子的內(nèi)能等于這個(gè)分子的勢(shì)能和動(dòng)能的總和D．物體只要與外界進(jìn)行熱交換，其內(nèi)能就一定變化〖答案〗A〖解析〗做功和傳熱在改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)不同，但效果上是等效的，故A正確；內(nèi)能是一定宏觀量，是物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，宏觀上取決于質(zhì)量、溫度和體積，物體溫度不變，但體積變化導(dǎo)致分子勢(shì)能發(fā)生變化，那么物體的內(nèi)能就要變化，故B、C錯(cuò)誤；物體與外界進(jìn)行熱交換，若同時(shí)外界對(duì)物體做功或物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能也有可能不發(fā)生變化，故D錯(cuò)誤．2．(2020·上海市金山中學(xué)高二期末)關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化，下列說法中正確的是()A．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)地進(jìn)行B．不但能量的總量保持不變，而且能量的可利用性在逐步提高C．空調(diào)機(jī)既能制熱又能制冷，說明傳熱不存在方向性D．熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體而不發(fā)生其他變化〖答案〗D〖解析〗根據(jù)熱力學(xué)第二定律，滿足能量守恒定律的物理過程不一定都能自發(fā)地進(jìn)行，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；能量在轉(zhuǎn)化過程中會(huì)由高品質(zhì)的能源轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能源，故可利用性會(huì)降低，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；空調(diào)機(jī)既能制熱又能制冷，但是要耗電，即傳熱有方向性，熱量只能自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體，熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體而不發(fā)生其他變化，故C錯(cuò)誤，D正確．3．關(guān)于內(nèi)能、溫度和熱量，下列說法正確的是()A．物體的溫度升高時(shí)，一定吸收熱量B．物體沿斜面下滑時(shí)，內(nèi)能將增大C．物體沿斜面勻速下滑時(shí)，內(nèi)能可能增大D．內(nèi)能總是從高溫物體傳遞給低溫物體，當(dāng)內(nèi)能相等時(shí)傳熱停止〖答案〗C4．某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車胎體積增大．若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么()A．外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小D．胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增大〖答案〗D〖解析〗中午，車胎體積增大，故胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，胎內(nèi)氣體溫度升高，故胎內(nèi)氣體內(nèi)能增大，D項(xiàng)正確．5．如圖1所示，活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在直立圓筒形導(dǎo)熱的汽缸中，活塞上堆放細(xì)沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細(xì)沙，使活塞緩慢上升，直到細(xì)沙全部取走．若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略，則在此過程中的下列說法中正確的是()圖1A．氣體對(duì)外做功，氣體溫度一定變化B．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變C．氣體壓強(qiáng)可能增大，內(nèi)能可能不變D．氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增大〖答案〗B〖解析〗由于汽缸是導(dǎo)熱的，則可以與外界進(jìn)行熱交換，細(xì)沙減少時(shí)，氣體膨脹對(duì)外做功，可能由于與外界進(jìn)行熱交換吸熱使內(nèi)能不變，但壓強(qiáng)減小，故B正確．6.(2020·涿鹿中學(xué)高二月考)如圖2所示，導(dǎo)熱性良好的汽缸內(nèi)密封的氣體(可視為理想氣體)在等壓膨脹過程中，下列關(guān)于氣體說法正確的是()圖2A．氣體內(nèi)能可能減少B．氣體會(huì)向外界放熱C．氣體吸收的熱量大于對(duì)外界所做的功D．氣體分子的平均動(dòng)能將減小〖答案〗C〖解析〗氣體等壓膨脹，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C知T升高，氣體分子的平均動(dòng)能將增大，故D錯(cuò)誤；理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度升高則內(nèi)能增大，故A錯(cuò)誤；體積增大，則氣體對(duì)外界做功，即W<0，又內(nèi)能增加，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w一定吸熱，即Q>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W>0，得Q>|W|，故B錯(cuò)誤，C正確．7．如圖3所示的兩端開口的U形管中，盛有同種液體，并用閥門K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高．現(xiàn)打開閥門K，從打開閥門到兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為ΔU，動(dòng)能變化量為ΔEk；大氣對(duì)液體做功為W1，重力做功為W2，液體克服阻力做功為W3，由功能關(guān)系可得①W1＝0；②W2－W3＝ΔEk；③W2－W3＝Q＝ΔU；④W3－Q＝ΔU，其中，正確的是()圖3A．①②③ B．①②④C．②③ D．①③〖答案〗B〖解析〗由動(dòng)能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①②正確．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3－Q，可知④正確，③錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．8.如圖4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)．離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間，下列說法正確的是()圖4A．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)所需能量來自形狀記憶合金自身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〖答案〗D〖解析〗形狀記憶合金進(jìn)入水中后受熱，形狀發(fā)生改變而攪動(dòng)熱水，由能量守恒知，能量來源于熱水，熱水溫度會(huì)降低，故A、B、C錯(cuò)誤；由能量守恒知，葉片吸收的能量一部分轉(zhuǎn)化成葉片的動(dòng)能，一部分釋放于空氣中，故D正確．二、多項(xiàng)選擇題(本題4小題，每小題4分，共16分)9．(2020·山西高二期末)下列關(guān)于物體內(nèi)能的各種說法中正確的是()A．物體內(nèi)能的改變有兩種方式：做功和傳熱，兩者在內(nèi)能的改變上是等效的B．在有其他影響的情況下，可以把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為有用功C．內(nèi)能可以由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體而不引起其他變化D．在內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，雖然存在能量損失，但總能量依然守恒〖答案〗ABD〖解析〗由熱力學(xué)第一定律知，改變物體的內(nèi)能有兩種方式，分別為做功和傳熱，兩者在內(nèi)能的改變上是等效的，故A正確；熱力學(xué)第二定律指出不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，故B正確；內(nèi)能的轉(zhuǎn)移是通過傳熱的方式完成的，熱力學(xué)第二定律指出不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，故C錯(cuò)誤；能量守恒定律指出能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量不變，故D正確．10．(2021·黑龍江哈爾濱市第六中學(xué)高二期中)景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖5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(diǎn)燃．對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中()圖5A．氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變B．氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大C．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能增加D．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少〖答案〗BC〖解析〗由于套筒內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)猛推推桿時(shí)推桿迅速壓縮氣體，外界對(duì)氣體做正功．由于這一過程進(jìn)行得很快，可以看成是一個(gè)近似絕熱過程，即整個(gè)系統(tǒng)來不及向外界傳遞熱量，由公式ΔU＝W＋Q，在瞬間Q＝0，W>0，所以內(nèi)能增加，則溫度升高，又體積減小，壓強(qiáng)增大，故選B、C.11.(2020·張家口一中高二期中)如圖6，一定質(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()圖6A．在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B．在過程ca中外界對(duì)氣體做功C．在過程ab中氣體對(duì)外界做功D．在過程bc中氣體從外界吸收熱量〖答案〗ABD〖解析〗從a到b等容升壓，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知溫度升高，一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能決定于氣體的溫度，溫度升高，則內(nèi)能增加，故A正確；在過程ca中壓強(qiáng)不變，體積減小，所以外界對(duì)氣體做功，故B正確；在過程ab中氣體體積不變，根據(jù)W＝pΔV可知，氣體對(duì)外界做功為零，故C錯(cuò)誤；在過程bc中，屬于等溫變化，氣體膨脹對(duì)外做功，而氣體的溫度不變，則內(nèi)能不變；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體從外界吸收熱量，故D正確．12.如圖7所示，一導(dǎo)熱性能良好的金屬汽缸放置在水平面上，汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，現(xiàn)緩慢地在活塞上堆放一定質(zhì)量的沙土，忽略環(huán)境溫度的變化，活塞與汽缸壁間的摩擦不計(jì)，在此過程中()圖7A．氣體的內(nèi)能增大B．氣體吸熱C．單位時(shí)間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積的分子數(shù)增多D．若汽缸和活塞換成絕熱材料，汽缸內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大〖答案〗CD〖解析〗金屬汽缸導(dǎo)熱性能良好，由于熱交換，汽缸內(nèi)封閉氣體溫度與環(huán)境溫度相同，在活塞上堆放一定質(zhì)量的沙土?xí)r氣體等溫壓縮，溫度不變，氣體的內(nèi)能不變，故A錯(cuò)誤；氣體溫度不變，內(nèi)能不變，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體要向外放出熱量，故B錯(cuò)誤；汽缸內(nèi)封閉氣體被壓縮，體積減小，而質(zhì)量不變，則汽缸內(nèi)氣體分子密度增大，單位時(shí)間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積的分子數(shù)增多，故C正確；若汽缸和活塞換成絕熱材料，外界氣體不吸熱也不放熱，氣體體積減小，對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增大，氣體溫度升高，汽缸內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大，故D正確．三、填空題(本題2小題，共16分)13．(6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4.2×105J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________(選填“增加”或“減少”)，其變化量的大小為________J.(2)氣體的分子勢(shì)能________(選填“增加”或“減少”)．(3)分子平均動(dòng)能如何變化？〖答案〗(1)減少(1分)1.8×105(1分)(2)增加(2分)(3)見〖解析〗(2分)〖解析〗(1)因氣體從外界吸收熱量，所以Q＝4.2×105J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＋4.2×105J＝－1.8×105J所以氣體內(nèi)能減少了1.8×105J.(2)因?yàn)闅怏w對(duì)外做功，體積膨脹，分子間距離增大，分子力做負(fù)功，氣體的分子勢(shì)能增加．(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，而分子勢(shì)能增加，所以分子平均動(dòng)能必然減少，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．14.(10分)(2020·揚(yáng)州中學(xué)月考)把一個(gè)小燒瓶和一根彎成直角的均勻玻璃管用橡皮塞連成如圖8所示的裝置．在玻璃管內(nèi)引入一小段油柱，將一定質(zhì)量的空氣密封在容器內(nèi)，被封空氣的壓強(qiáng)跟大氣壓強(qiáng)相等．如果不計(jì)大氣壓強(qiáng)的變化，利用此裝置可以研究燒瓶?jī)?nèi)空氣的體積隨溫度變化的關(guān)系．圖8(1)關(guān)于瓶?jī)?nèi)氣體，下列說法中正確的有________．A．溫度升高時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體體積增大，壓強(qiáng)不變B．溫度升高時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體分子的動(dòng)能都增大C．溫度升高，瓶?jī)?nèi)氣體分子單位時(shí)間碰撞到容器壁單位面積的次數(shù)增多D．溫度不太低，壓強(qiáng)不太大時(shí)，可視為理想氣體(2)改變燒瓶?jī)?nèi)氣體的溫度，測(cè)出幾組體積V與對(duì)應(yīng)溫度T的值，作出V－T圖像如圖9所示．已知大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，則由狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中，氣體對(duì)外做的功為________J．若此過程中氣體吸收熱量60J，則氣體的內(nèi)能增加了________J.圖9(3)已知1mol任何氣體在壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，溫度t0＝0?C時(shí)，體積約為V0＝22.4L．瓶?jī)?nèi)空氣的平均摩爾質(zhì)量M＝29g/mol，體積V1＝2.24L，溫度為T1＝25?C.可估算出瓶?jī)?nèi)空氣的質(zhì)量為________．〖答案〗(1)AD(3分)(2)50(2分)10(2分)(3)2.66g(3分)〖解析〗(1)溫度升高時(shí)，由于氣壓等于外界大氣壓，不變，故瓶?jī)?nèi)氣體體積增大，故A正確；溫度升高時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大，但不是每個(gè)分子的動(dòng)能均增大，故B錯(cuò)誤；氣體壓強(qiáng)是分子對(duì)容器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生的，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大，氣體壓強(qiáng)不變，故瓶?jī)?nèi)氣體分子單位時(shí)間碰撞到容器壁單位面積的次數(shù)減少，故C錯(cuò)誤；溫度不太低，壓強(qiáng)不太大時(shí)，實(shí)際氣體均可視為理想氣體，故D正確．(2)由狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中，氣體對(duì)外做的功為：W＝p·ΔV＝1.0×105×(2.5×10－3－2×10－3)J＝50J若此過程中氣體吸收熱量60J，則氣體的內(nèi)能增加ΔU＝60J－50J＝10J(3)瓶?jī)?nèi)空氣體積V1＝2.24L，溫度為T1＝(25＋273)K＝298K，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)解得：V2＝eq\f(V1T2,T1)物質(zhì)的量為n＝eq\f(V2,V0)故質(zhì)量：m＝nM＝eq\f(V1T2,T1V0)·M≈2.66g.四、計(jì)算題(本題4小題，共44分)15．(9分)如圖10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10(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，并說明原因．〖答案〗(1)27℃(2)Q>W原因見〖解析〗〖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(2分)TB＝eq\f(pB,pA)TA＝eq\f(1,2)×(327＋273)K＝300K(2分)所以tB＝27℃.(1分)(2)由B→D的過程，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.(4分)16.(10分)如圖11為一太陽能空氣集熱器，底面及側(cè)面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積為V0，開始時(shí)內(nèi)部封閉氣體的壓強(qiáng)為p0.經(jīng)過太陽曝曬，氣體溫度由T0＝300K升至T1＝350K.圖11(1)求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)．(2)保持T1＝350K不變，緩慢抽出部分氣體，使氣體壓強(qiáng)再變回到p0.求集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值．判斷在抽氣過程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并簡(jiǎn)述原因．〖答案〗(1)eq\f(7,6)p0(2)eq\f(6,7)吸熱原因見〖解析〗〖解析〗(1)由題意知，氣體體積不變，由查理定律得eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1)(2分)所以此時(shí)氣體的壓強(qiáng)p1＝eq\f(T1,T0)p0＝eq\f(350,300)p0＝eq\f(7,6)p0(2分)(2)抽氣過程可等效為等溫膨脹過程，設(shè)膨脹后氣體的總體積為V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2(2分)可得V2＝eq\f(p1V0,p0)＝eq\f(7,6)V0(1分)所以集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值為eq\f(ρV0,ρ·\f(7,6)V0)＝eq\f(6,7)(1分)因?yàn)槌闅膺^程中氣體溫度不變，故內(nèi)能不變，而氣體的體積膨脹對(duì)外做功．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，氣體一定從外界吸收熱量．(2分)17.(12分)某壓力鍋結(jié)構(gòu)如圖12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(dāng)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，氣體就把壓力閥頂起．假定在壓力閥被頂起時(shí)，停止加熱．圖12(1)假定在一次放氣過程中，鍋內(nèi)氣體對(duì)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？(2)已知大氣壓強(qiáng)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)合氣體實(shí)驗(yàn)定律定性分析在不同的海拔高度使用壓力鍋，當(dāng)壓力閥被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣體的溫度有何不同．〖答案〗(1)減少3J(2)溫度隨著海拔高度的增加而降低．〖解析〗(1)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q，氣體對(duì)外做功，W＝－1J；氣體向外放熱，熱量Q＝－2J．(2分)則有：ΔU＝W＋Q＝－3J，負(fù)號(hào)表示內(nèi)能減少．鍋內(nèi)原有氣體內(nèi)能減少，減少了3J．(2分)(2)由p＝p0(1－αH)(其中α>0)，隨著海拔高度的增加，大氣壓強(qiáng)減??；(1分)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)p1＝p＋eq\f(mg,S)＝p0(1－αH)＋eq\f(mg,S)