物理（人教版选修33）练习第10章热力学定律（单元质量评估）

单元质量评估(四)热力学定律(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题包括10个小题，每小题4分，共40分)1．下列说法正确的是()A．物体吸收热量，其温度一定升高B．热量只能从高温物体向低温物体传递C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式解析：由热力学第一定律可知，做功与热传递都可以改变物体的内能，D项正确；物体吸收热量时，其内能不一定增大，A项错；由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，但若通过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，B、C项错．答案：D2．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是()A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C．第二类永动机遵从能量守恒，故能做成D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能增加了0.5×105J解析：由热力学第二定律知B、C项错；绝对零度不可能达到，A项错；由热力学第一定律知D项正确．答案：D3．如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下受到暴晒，车胎极易爆裂．关于这一现象的描述，下列说法正确的是(暴晒过程中内胎容积几乎不变)()A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少解析：车胎在阳光下暴晒，爆裂前，内能增加，气体的温度升高，分子无规则运动变快，气体压强变大，B选项正确．当车胎突然爆裂的瞬间，气体膨胀对外做功，温度也会有所下降，所以气体内能减少，D选项正确．答案：BD4．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是()A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量答案：D5．为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有()A．禁止使用煤、石油和天然气B．开发利用核能、太阳能C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气D．植树造林解析：在目前情况下，工农业生产以及日常生活对煤、石油和天然气的依赖性很大，禁止使用是不现实的．开发使用核能、太阳能逐步减小人类对化石能源的使用是有效的方法．液化石油气燃烧后的产物中仍有二氧化碳，植树造林可以利用光合作用减少空气中的二氧化碳．答案：BD6．下列说法中正确的是()A．物体吸热后温度一定升高B．物体温度升高一定是因为吸收了热量C．0℃的冰化为D．100℃的水变为解析：吸热后物体温度不一定升高，例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热，而温度不变，这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加，所以A项不正确．做功也可以使物体温度升高，例如用力多次来回弯曲铁丝，弯曲点铁丝的温度会明显升高，这是做功增加了物体的内能，使温度上升，所以B项不正确．冰化为水时要吸热，内能中的分子动能不变，但分子势能增加，因此内能增加，所以C项不正确．水沸腾时要吸热，内能中的分子动能不变但分子势能增加，所以内能增大，D项正确．答案：D7.如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则()A．A→B过程气体降温B．B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功C．C→A过程气体放热D．全部过程气体做功为零解析：A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，选项A正确；B→C过程气体等容升压，由p/T＝恒量可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，即选项B错；C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积．B→C过程气体不做功．C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，选项D不正确．答案：AC8．下面设想符合能量转化和守恒定律的是()A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B．做成一条船，利用流水的能量逆水行舟C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D．利用核动力，驾驶地球离开太阳系解析：利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A项错．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C项可选；设计一种利用反冲理论以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D项可选．答案：BCD9．(2017·全国卷Ⅲ)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是()A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程ab中气体对外界做功D．在过程bc中气体从外界吸收热量E．在过程ca中气体从外界吸收热量解析：ab过程是等容变化，ab过程压强增大，温度升高，气体内能增大，选项A正确；而由于体积不变，气体对外界不做功，选项C错误．ca过程是等压变化，体积减小，外界对气体做功，选项B正确；体积减小过程中，温度降低，内能减小，气体要放出热量，选项E错误．bc过程是等温变化，内能不变，体积增大，气体对外界做功，则需要吸收热量，选项D正确．答案：ABD10．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图①所示)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图②)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是()A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动B．自由膨胀前后，气体的压强不变C．自由膨胀前后，气体的温度不变D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分解析：抽去隔板后，气体做无规则热运动，故A项错；因容器绝热，故Q＝0，又因气体自由膨胀，故W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝0，则气体的温度不变，C项正确；由eq\f(pV,T)＝C可知p减小，故B项错；气体在足够长的时间内不会自动回到A部分，而是做无规则热运动．答案：C二、填空题(本题包括3个小题，共16分)11.(4分)如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置．一定质量的理想气体被密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2.则在此过程中，气体分子平均动能______(选择“增大”“不变”或“减小”)，气体内能变化了______.答案：增大Q－p0(V2－V1)12．(6分)一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化，最后又回到初始状态A，即A→B→C→A(其中BC与万能纵轴平行，CA与横轴平行)，这一过程称为一个循环，则：(1)由A→B，气体分子的平均动能______(填“增大”“减小”或“不变”)；(2)由B→C，气体的内能________(填“增大”“减小”或“不变”)；(3)由C→A，气体________热量(填“吸收”或“放出”)．解析：(1)由A→B，气体的温度升高，气体分子的平均动能增大．(2)由B→C，气体的体积V不变，压强p减小，由eq\f(pV,T)＝C知；温度T降低气体的内能减少．(3)由C→A，气体的压强p不变，体积V减少，外界对气体做功W>0，同时温度降低，内能减少，ΔU<0，由ΔU＝W＋Q，即Q＝ΔU－W知Q<0；故放热．答案：(1)增大(2)减小(3)放出13．(6分)如图所示，汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功．已知在某次对外做功的冲程中汽油燃烧释放的化学能为1×103J，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为2.5×102J，则该内燃机对外所做的功为______J，该内燃机的效率为______.随着科技的进步，不断设法减小热量损失，则内燃机的效率不断提高，效率______(填“有可能”“仍不可能”)达到100%.解析：本小题考查对热力学第一定律和效率概念的理解，考查实验探究能力．由能量守恒定律知道Q1＝W＋Q2，W＝Q1－Q2＝1×103J－2.5×102J＝7.5×102J；该内燃机的效率η＝eq\f(W,Q1)＝eq\f(7.5×102,1×103)＝75%.因为热机不能把它得到的全部内能转化为机械能，因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量Q2，所以总有Q1>W.所以热机的效率不可能达到100%.答案：7.5×10275%仍不可能三、计算题(本题包括4个小题，共44分)14.(10分)如图所示，一个质量为m＝100g的金属块恰能从一个长L＝4m、倾角θ＝30°的斜面的顶端匀速下滑至底端，损失的机械能有20%被金属块吸收，求在下滑过程中产生的内能及金属块升高的温度．(金属块的比热容为98J/解析：金属块下滑过程减少的机械能即为重力势能减少量，这部分能由于摩擦生热而转化成了等量的内能，仅有20%被金属块吸收．金属块共产生的内能为ΔE＝ηmg·Lsinθ＝20%×0.1×9.8×4×sin30°J＝0.392J由于Q＝ΔE，Q＝cmΔt则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，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，迅速打开容器盖后，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析(1)容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度？(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15kJ，并向外释放了20kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？解析：(1)根据查理定律：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0整理得：T2＝1200K，t2＝927℃(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ故内能减少35kJ.答案：(1)927(2)内能减少减少了35kJ16．(10分)某地的平均风速为5m/s.已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为eq\f(1,2)mv2，转变的电能为E＝eq\f(1,2)mv2×10%，故风车带动的发电机的功率为P＝eq\f(E,t)＝eq\f(1,2)πr2ρv3×10%，代入数据得P＝3.4kW.答案：3.4kW17．(14分)如图所示，为一汽缸内封闭的一定质量的气体peq\a\vs4\al(­)V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335J的热量传入系统，系统对外界做功126J，求：(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42J，则有多少热量传入系统？(2)若系统由状态