新教材2023高中物理第三章热力学定律质量评估新人教版选择性必修第三册 试卷

第三章质量评估

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.

1.下列说法正确的是 (　　)

A.热量不能从低温物体传到高温物体

B.电流流过导体转化为内能,反过来,这些内能会自发地收集起来,再转化成相同大小的电流

C.可以做成一种热机,由热源吸收一定的热量而对外做功

D.冰可以融化成水,水也可以结成冰,这个现象违背了热力学第二定律

解析:在外界做功的情况下,热量可以从低温物体传到高温物体,选项A错误.功和内能的转化具有方向性,其逆过程是不可能自发实现的,选项B错误.冰融化成水,水结成冰,伴随着能量的转移,不是自发进行的,没有违背热力学第二定律,选项D错误.

答案:C

2.下列关于热现象的描述正确的是 (　　)

A.根据热力学定律,热机的效率可以达到100%

B.做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的

C.温度是描述分子热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

D.物体由大量分子组成,单个分子的运动是无规则的,大量分子的运动也是无规律的

解析:热机的效率不可能达到100%,选项A错误.做功是能量转化的过程,传热是能量转移的过程,选项B错误.若两系统温度不同,热量将从高温物体传递到低温物体,达到热平衡时两系统温度相同,选项C正确.大量分子的运动是具有统计规律的,选项D错误.

答案:C

3.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大.如果从清晨到中午这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么 (　　)

A.外界对胎内气体做功,气体内能减小

B.外界对胎内气体做功,气体内能增大

C.胎内气体对外界做功,内能减小

D.胎内气体对外界做功,内能增大

解析:中午,车胎体积增大,胎内气体对外界做功;车胎内气压高于清晨的,根据理想气体状态方程,胎内气体温度升高,胎内气体内能增大,选项D正确.

答案:D

4.二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一,人类在采取节能减排措施的同时,也在研究控制温室气体的新方法,目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术.在某次实验中,将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可以自由压缩的导热容器中,将容器缓慢移到海水某深处,气体体积减小为原来的一半,温度逐渐降低.此过程中 (　　)

A.封闭的二氧化碳气体对外界做正功

B.封闭的二氧化碳气体压强一定增大

C.封闭的二氧化碳气体分子的平均动能增大

D.封闭的二氧化碳气体一定从外界吸收热量

解析:气体体积减小为原来的一半,外界对气体做正功,A错误.二氧化碳气体的压强与水压平衡,随深度增加,气体压强增大,B正确.气体温度降低,所以气体分子的平均动能减小,C错误.气体温度降低,内能减小,即ΔU<0,根据A分析知外界对气体做功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU =Q+W可知,Q<0,即封闭气体向外界放热,D错误.

答案:B

5.如图所示,两个相通的容器P、Q间装有阀门K,P中充满理想气体,Q内为真空,整个系统与外界没有热交换.打开阀门K后,P中的气体进入Q中,最终达到平衡,则 (　　)

A.气体体积膨胀,内能增加

B.气体分子势能减少,内能增加

C.气体分子势能增加,压强可能不变

D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中

解析:根据热力学第二定律,自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性,选项D正确.容器内气体向真空膨胀,气体不做功,也没有热交换,气体的内能不变,压强减小,选项A、B、C错误.

答案:D

6.0 ℃的水结成0 ℃的冰,对此过程应用热力学第一定律,下列关系正确的是 (　　)

A.Q>0,W>0,ΔU>0

B.Q>0,W<0,ΔU<0

C.Q<0,W<0,ΔU<0

D.Q<0,W>0,ΔU<0

解析:水结成冰,要放出热量,Q<0;水结成冰,体积变大,物体对外界做功,W<0.由ΔU =Q+W可知C正确.

答案:C

7.一定质量的理想气体从状态A经状态B至状态C的p-图线如图所示,则在此过程中 (　　)

A.气体的内能改变　　　　  B.气体的体积增大

C.气体向外界放热          D.气体对外界做功

解析:由题图可以看出,图线延长线过原点,所以A→B→C的过程为等温变化过程,内能不变.因为在此过程中,气体体积是变小的,所以外界对气体做功,又因为气体内能不变,由热力学第一定律可知,气体向外界放热.

答案:C

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.

8.下列现象不属于通过做功使物体内能改变的是 (　　)

A.用打气筒给自行车轮胎打气时,筒壁温度升高

B.在阳光照射下,水的温度升高

C.铁锤打铁块,铁块温度升高

D.夏天在室内放几块冰,室内会变凉一些

解析:用打气筒给车胎打气,活塞对筒内气体做功,筒壁温度升高;在阳光照射下,水温升高是靠传热实现的;铁锤打铁块的过程是做功过程;室内放上冰块是通过传热的方式来改变室内温度的.

答案:BD

9.在光滑水平面上运动的物体,受到一个与速度同方向的推力,物体的温度与环境温度相同,不计空气阻力,在这个过程中,以物体为研究对象,则 (　　)

A.与传热等效的功是正功,物体的内能增加

B.与传热等效的功是0,内能不变

C.动能定理中的功是正功,动能增加

D.动能定理中的功是0,动能不变

解析:根据动能定理,推力对物体做正功,物体动能增加;不存在其他形式的能和内能之间的转化,物体的内能不变.

答案:BC

10.如图所示,水平放置的密封汽缸内的理想气体被一竖直隔板分隔为左右两部分,隔板可在汽缸内无摩擦滑动,右侧气体内有一电热丝.汽缸壁和隔板均绝热.初始时隔板静止,左、右两边气体温度相等.现给电热丝提供一较弱电流,通电一段时间后切断电源.当缸内气体再次达到平衡时,与初始状态相比(　　)

A.右边气体温度升高,左边气体温度不变

B.左、右两边气体温度都升高

C.左边气体压强增大

D.右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

解析:当电热丝通电后,右边气体温度升高,气体膨胀,将隔板向左推,对左边的气体做功,根据热力学第一定律,左边气体内能增加,气体的温度升高,压强增大,选项B、C正确,选项A错误.右边气体内能的增加量为电热丝产生的热量减去对左边的气体所做的功,选项D错误.

答案:BC

三、非选择题:共54分.

11.(8分)带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体,气体开始处于状态a,然后经过过程a→b到达状态b或经过过程a→c到达状态c,b、c状态温度相同,V-T图线如图所示.气体在状态b和状态c的压强关系为pb　　　pc,在过程a→b和a→c中吸收的热量的关系为Qab　 　Qac.(均选填“>”“<”或“=”) 

解析:由V =T可知V-T图线的斜率越大,压强p越小,pb<pc.由热力学第一定律可知Q =ΔU-W,因为Tb=Tc,所以ΔUab=ΔUac,而Wab<Wac,所以Qab>Qac.

答案:<　>

12.(10分)汽缸内封闭了一定质量、压强为p=1.0×105 Pa、体积为V=2.0 m3的理想气体,现使气体保持压强不变,体积缓慢压缩至V'=1.0 m3,此过程气体向外界释放了Q=1.2×105 J的热量.

(1)压缩过程外界对气体做了多少功?

(2)气体内能变化了多少?

解析:(1)封闭气体做等压变化的压强为p,

外界对气体做功

W=Fs=pS·s=p·ΔV,

解得W=105 J.

(2)由热力学第一定律得,汽缸内气体内能的变化

ΔU =Q+W =-1.2×105 J+105 J=-2×104 J.

即气体内能减少2×104 J.

答案: (1)105 J　(2)减少2×104 J

13.(10分)如图所示,一长为l、内横截面积为S的绝热汽缸固定在水平地面上,汽缸内用一质量为m的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体,开始时活塞固定在汽缸正中央,汽缸内被封闭气体的压强为p,外界大气压强为p0(p>p0).现释放活塞,测得活塞被缸内气体推到缸口时的速度为v.

(1)求此过程中活塞克服大气压力所做的功.

(2)活塞从释放到将要离开缸口,缸内气体内能改变了多少?

解析:(1)设大气作用在活塞上的压力为F,则F =p0S,

活塞克服大气压力所做的功W =.

(2)设活塞离开汽缸时的动能为Ek,

则Ek=,

根据能量守恒定律得缸内气体内能的变化量

ΔU =- - ,

即内能减少了mv2+p0Sl.

答案:(1)　(2)减少了mv2+p0Sl

14.(12分)右下图所示p-V图中,一定质量的理想气体由状态A经过A→C→B过程至状态B,气体对外做功280 J,放出热量410 J;气体又从状态B经B→D→A过程回到状态A,这一过程中外界对气体做功200 J.

(1)A→C→B过程中气体的内能如何变化?变化了多少?

(2)求B→D→A过程中气体吸收或放出的热量.

解析:(1)A→C→B过程中W1=-280 J,Q1=- 410 J,

由热力学第一定律可得ΔU =W1+Q1=- 690 J,

负号表示气体内能减少,故气体减少的内能为690 J.

(2)一定质量的理想气体的内能与温度有关,B→D→A过程中气体内能变化量ΔU'=-ΔU =690 J,

由题意知W2 =200 J,

由热力学第一定律解得Q2 =490 J,

即气体吸收热量490 J.

答案:(1)内能减少　690 J　(2)吸收热量490 J

15.(14分)某压力锅的结构如图所示.盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起.设定在压力阀被顶起时,停止加热.

(1)若此时锅内气体的体积为V',摩尔体积为Vm,阿伏加德罗常数为NA,写出锅内气体分子数的估算表达式.

(2)假定在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功1 J,并向外界释放了2 J的热量.锅内原有气体的内能如何变化?变化了多少?

(3)已知大气压强p与海拔h的关系满足p=p0(1-αh),其中常数α>0,p0为标准大气压.结合理想气体实验定律定性分析在不同的海拔使用压力锅,当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同.

解析: (1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁,设锅内气体分子数为N,则N =NA.

(2)根据热力学第一定律ΔU =Q+W,

气体对压力阀及外界做功,功为负,W =-1 J,

向外放热,热量为负,Q =- 2 J,

则有ΔU =Q+W =- 3 J,

负号表示内能减少,即锅内气体内能减少了3 J.

(3)由p =p0(1-αh)(其中α>0)可知,随着海拔的增加,大气压强减小;

由p1=p+=p0(1-αh)+可知,随着海拔的增加,压力阀被顶起时锅内气体压强减小.

根据查理定律可知,

压力阀被顶起时锅内气体温度随着海拔的增加而降低.

答案:(1)N=NA　(2)减少　3 J   (3)温度随着海拔的增加而降低.