人教版(新教材)高中物理选择性必修3第三章 热力学定律章末自测卷(三)

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1章末自测卷(三)(时间：45分钟满分：100分)一、单项选择题(共7小题，每小题6分，共42分)1.下列说法正确的是()A.随着物体运动速度的增大，物体分子动能也增大B.一定质量的理想气体经历等容放热过程，气体的内能增大C.气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积上的次数与单位体积内分子数和温度有关D.悬浮在液体中的微粒越大，某一瞬间跟它相撞的液体分子数越多，撞击作用的不平衡性就表现得越明显〖答案〗C〖解析〗温度是分子平均动能的标志，温度升高，物体内分子的平均动能一定增大，与宏观物体运动的速度大小无关，故A错误；一定质量的理想气体经历等容放热过程，则Q＜0，W＝0，根据ΔU＝Q＋W可知，气体的内能减小，故B错误；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数和温度有关，故C正确；悬浮在液体中的微粒越大，某一瞬间跟它相撞的液体分子数越多，撞击作用的不平衡性就表现得越不明显，故D错误。2.关于气体的内能，下列说法正确的是()A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C.气体被压缩时，内能一定改变D.一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关〖答案〗D〖解析〗质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故A错误；物体的内能与温度、体积有关，与物体宏观整体运动的机械能无关，所以整体运动速度越大，其内能不一定越大，故B错误；气体被压缩时，外界对气体做功W＞0，如果向外界放热Q＜0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，可能ΔU＝0内能不变，故C错误；理想气体分子间无分子势能，理想气体的内能只与温度有关，故D正确。3.在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化()A.降低 B.升高C.不变 D.无法确定〖答案〗B〖解析〗冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化。但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高。故选项B正确。4.关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是()A.布朗运动就是液体分子的热运动B.用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上C.第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律D.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105J，同时空气的内能增加2.2×105J，则空气从外界吸热5.2×105J〖答案〗C〖解析〗布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；用油膜法测分子直径的实验中，应使用油酸溶液滴到水面上，便于稀释后紧密排列在水面上，故B错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，故C正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，空气向外界放出0.8×105J的热量，故D错误。5.(2021·江苏平潮中学高二月考)一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′。如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传热的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传热的值为Q2，内能变化为ΔU2，则()A.W1＞W2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2B.W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2C.W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2D.W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2〖答案〗B〖解析〗气体体积由V膨胀到V′，由eq\f(pV,T)＝C，可判断出，在等压变化中，因为压强不变，则气体对外界做功W1＝pSeq\f(V′－V,S)＝p(V′－V)，因为气体膨胀，所以温度升高，气体的内能增加，所以ΔU1＞0，气体吸热；在等温变化中，气体内能不变，即ΔU2＝0，所以ΔU1＞ΔU2，因为气体膨胀，对外界做功，所以吸收的热量等于对外界做的功，W2＝Q2，且因为气体膨胀，压强减小，所以气体对外界做功W2＝p1(V′－V)，则有W1＞W2，由ΔU＝Q－W可得Q1＞Q2，故A、C、D错误，B正确。6.(2021·通化县综合高级中学高二期末)对于一定质量的理想气体，下列过程不可能发生的是()A.气体膨胀对外做功，温度升高，内能增加B.气体吸热，温度降低，内能不变C.气体放热，压强增大，内能增大D.气体放热，温度不变，内能不变〖答案〗B〖解析〗理想气体的内能只与温度有关，气体膨胀对外做功，若吸收热量，其温度可能升高，内能增加，可能发生，故A正确；气体吸热，若同时气体可以膨胀对外做功，温度可以降低，但是内能一定减小，不可能发生，故B错误；气体放热，若同时外界可以对气体做功，体积减小，其温度可能升高，内能增大，根据eq\f(pV,T)＝C可知，温度升高，体积减小，则压强增大，可能发生，故C正确；气体放热，若同时外界可以对气体做功，温度可能不变，则内能也不变，可以发生，故D正确。7.一定质量的理想气体从状态A开始，经A→B、B→C两个过程变化到状态C，其p－V图像如图所示。已知气体在状态A时温度为27℃，以下判断正确的是()A.气体在A→B过程中对外界做的功为2.0×104JB.气体在B→C过程中可能吸热C.气体在状态B时温度为900℃D.气体在A→C过程中吸收热量〖答案〗D〖解析〗气体在A→B过程中压强不变体积增大，气体对外界做功W＝pA(VB－VA)＝1.5×105×(0.3－0.1)J＝3.0×104J，A错误；气体在B→C过程中体积不变，压强减小，温度降低内能减小，由热力学第一定律可知气体一定放热，B错误；气体在A→B过程，由eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，可得气体在状态B时温度为TB＝900K＝627℃，C错误；气体在A→C的过程，由理想气体状态方程可知eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)，解得TA＝TC，故A和C两状态温度相等，气体内能相同，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体对外界做功并且吸收热量，D正确。二、多项选择题(共3小题，每小题6分，共18分)8.一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则()A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低〖答案〗AC〖解析〗热平衡条件是温度相等，传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；不和外界交换热量，在传热过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故A、C正确，B、D错误。9.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a到b过程中外界对气体做功B.在b到c过程中气体温度始终不变C.在c到a过程中气体的温度降低D.气体在状态b、c时内能可能相等〖答案〗CD〖解析〗在a到b过程中，气体体积不变，外界不对气体做功，气体也不对外界做功，压强增大，温度升高，内能增加，A错误；b到c过程若发生的是等温变化，则p－V图线为双曲线的一部分，而图示为倾斜直线，因此b到c过程中温度一定发生变化，B错误；在c到a过程中，气体体积缩小，外界对气体做功，压强不变，温度降低，C正确；状态b、c可能是同一等温曲线上的两个状态，所以D正确。10.夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂(如图所示)。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内看做理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是()A.气泡内气体对外界做功B.气泡内气体分子平均动能增大C.气泡内气体温度升高导致放热D.气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力增大〖答案〗AB〖解析〗气泡内气体压强p＝p0＋ρgh，气泡升高过程中，其压强减小，温度升高，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，体积一定增大，故气泡内气体对外界做功，故A正确；温度是分子平均动能的标志，温度升高，泡内气体分子平均动能增大，故B正确；温度升高，气泡内气体内能增大，即ΔU＞0，体积增大，即W＜0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得Q＞0，故气泡内的气体吸热，故C错误；根据气体压强定义及其微观意义，气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，故D错误。三、计算题(共3小题，共40分)11.(12分)(2021·江苏姜堰二中高二月考)一定质量的理想气体从状态A经状态B、C、D后又回到状态A，其状态变化过程中的p－V图像如图所示。已知图线的AD段是双曲线的一部分，且该气体在状态A时的温度为270K。(1)求气体在状态C时的温度TC和在循环过程中气体的最高温度Tm；(2)若由状态C到状态D过程中放出热量75J，则求此过程中内能的变化量。〖答案〗(1)337.5K675K(2)减少50J〖解析〗(1)图线的AD段是双曲线的一部分，即从D到A，理想气体等温变化，有TD＝TA＝270K由图可知，从C到D，理想气体等压变化，有eq\f(VC,TC)＝eq\f(VD,TD)代入数据，有TC＝337.5K对于给定质量的理想气体，根据理想气体状态方程易知变化过程中横纵坐标乘积最大时，其温度最高。由图可知状态B时温度最高，理想气体从A到B是等压过程，有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)代入数据，可得TB＝675K。(2)由状态C到状态D过程是等压变化，外界对气体做功，有W＝peq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(VC－VD))＝25J根据热力学第一定律，有ΔU＝Q＋W代入数据，得ΔU＝25J－75J＝－50J。12.(14分)如图甲所示，一个厚度不计的圆筒形导热汽缸开口向上竖直放置，汽缸底面积S＝1×10－4m2，高度h＝0.2m，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，室温为7℃，取g＝10m/s2。缸内气体可视为理想气体。(1)若室温升到27℃，求此时汽缸内空气质量与室温为7℃时汽缸内空气质量之比；(2)若室温仍为7℃，如图乙所示，在汽缸开口处加质量为m＝0.2kg的活塞，活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气，如果在活塞上缓慢放置一定质量的细砂，气柱高度变为汽缸高度的eq\f(2,3)，求砂子的质量并判断此过程缸内气体吸热还是放热。〖答案〗(1)14∶15(2)0.3kg放热〖解析〗(1)室温为7℃时，汽缸内空气的体积为V1，温度T1＝(7＋273)K＝280K室温升到27℃时，此时包括逸出气体在内的气体的总体积为V2，温度为T2＝(27＋273)K＝300K，由盖－吕萨克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)设室温为27℃时汽缸内空气的密度为ρ，则27℃时汽缸内空气质量为ρV1，7℃时汽缸内空气质量为ρV2，则室温为27℃时汽缸内空气质量与室温为7℃时汽缸内空气质量之比为eq\f(m2,m1)＝eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)＝eq\f(280,300)＝eq\f(14,15)。(2)因为砂子是缓慢放置的，所以汽缸内气体发生等温变化，根据玻意耳定律有p1V1＝p3V3，其中p1＝p0，p3＝p0＋eq\f(mg＋m砂g,S)，V1＝hS，V3＝eq\f(2,3)hS代入数据解得m＋m砂＝0.5kgm砂＝0.3kg因为气体体积减小，外界对气体做功，此过程气体温度不变，气体内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，此过程气体向外放热。13.(14分)(2021·南京市十三中高二期末)如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为10cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底30cm处设有卡槽a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在a、b上，活塞的质量为5kg，气体温度为180K。现缓慢加热汽缸内气体，当温度为300K，活塞恰好离开卡槽a、b；若继续给汽缸内气体缓慢加热，活塞上升了10cm的过程中，气体的内能增加了240J。(设大气压强为p0＝1.0×105Pa，g取10m/s2)求：(1)开始时汽缸内气体的压强；(2)活塞上升10cm时汽缸内气体的温度；(3)活塞离开卡槽a、b之后上升10cm的