高中物理 第十章 熱力學(xué)定律章末檢測(cè)卷 新人教版選修33
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1、 第十章 熱力學(xué)定律 章末檢測(cè)卷(十) (時(shí)間:90分鐘 滿分:100分) 一、選擇題(本題共10小題,每小題4分,共40分) 1.在下列現(xiàn)象中不是通過(guò)做功使物體內(nèi)能改變的是( ) A.用打氣筒給自行車(chē)打氣時(shí),筒壁溫度升高 B.在陽(yáng)光照射下,水的溫度升高 C.鐵錘打鐵塊,使鐵塊溫度升高 D.夏天在室內(nèi)放幾塊冰,室內(nèi)會(huì)變涼一些 答案 BD 解析 活塞與筒壁發(fā)生摩擦,摩擦力做功使筒壁溫度升高;在陽(yáng)光照射下,水溫升高是靠太陽(yáng)的熱輻射來(lái)升溫的;鐵錘打鐵塊是做功過(guò)程;室內(nèi)放上冰塊是通過(guò)熱傳遞的方式來(lái)改變室內(nèi)溫度的. 2.柴油機(jī)使柴油燃料在它的氣缸中燃燒,產(chǎn)生高溫高壓的氣體,燃料
2、的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能,高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞做功,氣體的內(nèi)能又轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的機(jī)械能.燃燒相同的燃料,輸出的機(jī)械能越多,表明柴油機(jī)越節(jié)能.是否節(jié)能,是衡量機(jī)器性能好壞的重要指標(biāo),有經(jīng)驗(yàn)的柴油機(jī)維修師傅,不用任何儀器,只是將手伸到柴油機(jī)排氣管附近,去感知一下尾氣的溫度,就能夠判斷出這臺(tái)柴油機(jī)是否節(jié)能,關(guān)于尾氣的溫度跟柴油機(jī)是否節(jié)能之間的關(guān)系,你認(rèn)為正確的是( ) A.尾氣的溫度越高,柴油機(jī)越節(jié)能 B.尾氣的溫度越低,柴油機(jī)越節(jié)能 C.尾氣的溫度高低與柴油機(jī)是否節(jié)能無(wú)關(guān) D.以上說(shuō)法均不正確 答案 B 解析 氣體的內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的機(jī)械能,柴油機(jī)使柴油燃料在它的氣缸中燃燒
3、,產(chǎn)生高溫高壓的氣體,是一個(gè)高溫?zé)嵩?;而柴油機(jī)排氣管排出的尾氣是一個(gè)低溫?zé)嵩矗鶕?jù)能量守恒,這兩個(gè)熱源之間的能量差就是轉(zhuǎn)換的機(jī)械能,燃燒相同的燃料,要想輸出的機(jī)械能越多,尾氣的溫度就要越低. 3.景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖1所示,用牛角做套筒,木質(zhì)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(guò)程中( ) 圖1 A.氣體溫度升高,壓強(qiáng)不變 B.氣體溫度升高,壓強(qiáng)變大 C.氣體對(duì)外界做正功,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 B 解析 外界對(duì)氣體做正功,其內(nèi)能增加,溫度升高,分子熱運(yùn)動(dòng)加劇、體積變小,單位體積內(nèi)分子的密集程度增加,
4、故其壓強(qiáng)變大.正確選項(xiàng)為B. 4.對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,下列說(shuō)法正確的是( ) A.若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變,其內(nèi)能也一定不變 B.若氣體的溫度不斷升高,其壓強(qiáng)也一定不斷增大 C.若氣體溫度升高1 K,其等容過(guò)程所吸收的熱量一定大于等壓過(guò)程所吸收的熱量 D.在完全失重狀態(tài)下,氣體的壓強(qiáng)為零 答案 A 解析 一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能與溫度有關(guān),若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變,則溫度不變,其內(nèi)能也一定不變,A正確;由=C知,氣體的溫度不斷升高,壓強(qiáng)不一定增大,B錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=Q+W,氣體溫度升高1 K,ΔU相同,等容過(guò)程W=0,等壓過(guò)程,體積增大,則W<0,故等容過(guò)程
5、所吸收的熱量一定小于等壓過(guò)程所吸收的熱量,C錯(cuò)誤;氣體的壓強(qiáng)是由于分子頻繁撞擊器壁而產(chǎn)生的,與是否失重?zé)o關(guān),D錯(cuò)誤. 5.固定的水平氣缸內(nèi)由活塞B封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,氣體分子之間的相互作用力可以忽略.假設(shè)氣缸壁的導(dǎo)熱性能很好,外界環(huán)境的溫度保持不變.若用外力F將活塞B緩慢地向右拉動(dòng),如圖2所示,則在拉動(dòng)活塞的過(guò)程中,關(guān)于氣缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論,正確的是( ) 圖2 A.氣體對(duì)外做功,氣體內(nèi)能減小 B.氣體對(duì)外做功,氣體內(nèi)能不變 C.外界對(duì)氣體做功,氣體內(nèi)能不變 D.氣體向外界放熱,氣體內(nèi)能不變 答案 B 解析 用力F緩慢拉活塞時(shí),氣體膨脹,對(duì)外做功,但由于氣缸的導(dǎo)熱性
6、很好,環(huán)境溫度又不變,氣體會(huì)從外界吸收熱量而保持與環(huán)境溫度相同,因而氣體的內(nèi)能不變,故B選項(xiàng)正確. 6.一木塊沿斜面向下滑,下列說(shuō)法正確的是( ) A.不管斜面是否光滑,下滑過(guò)程中重力對(duì)木塊做了功,它的內(nèi)能將增大 B.若斜面光滑且不計(jì)空氣阻力,木塊滑到斜面底部時(shí),速度增大,內(nèi)能也將增大 C.若斜面粗糙,木塊在重力作用下雖速度增大,但它的內(nèi)能并不改變 D.若斜面粗糙,木塊的機(jī)械能減小,而它的內(nèi)能將增大 答案 D 解析 斜面光滑且不計(jì)空氣阻力時(shí),木塊下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒,內(nèi)能不變;斜面粗糙,木塊下滑時(shí)要克服摩擦力做功,故木塊的機(jī)械能減小,由能量守恒定律知它的內(nèi)能將增大,故D正確.
7、 7.如圖3所示,是一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)B至C的p-圖線,則在此過(guò)程中( ) 圖3 A.氣體的內(nèi)能改變 B.氣體的體積增大 C.氣體向外界放熱 D.氣體對(duì)外界做功 答案 C 解析 由題圖可以看出,圖線延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn),所以A→B→C的變化過(guò)程為等溫過(guò)程,內(nèi)能不變.因?yàn)樵诖诉^(guò)程中,氣體體積是變小的,所以,外界對(duì)氣體做功,又因?yàn)闅怏w內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律可知:氣體向外界放熱. 8.如圖4所示,水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分,隔板可在氣缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng),右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲.氣缸壁和隔板均絕熱.初始時(shí)隔板靜止,左、右兩邊氣體溫度相等.現(xiàn)給電熱絲提供
8、一較弱電流,通電一段時(shí)間后切斷電源.當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí),與初始狀態(tài)相比( ) 圖4 A.右邊氣體溫度升高,左邊氣體溫度不變 B.左、右兩邊氣體溫度都升高 C.左邊氣體壓強(qiáng)增大 D.右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量 答案 BC 解析 當(dāng)電熱絲通電后,右邊氣體溫度升高氣體膨脹,將隔板向左推,對(duì)左邊的氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,左邊氣體內(nèi)能增加,氣體的溫度升高,壓強(qiáng)增大,選項(xiàng)B、C正確,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.右邊氣體內(nèi)能的增加量為電熱絲產(chǎn)生的熱量減去對(duì)左邊的氣體所做的功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 9.如圖5所示,密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為
9、真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì),置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,彈簧被壓縮后用繩扎緊(繩未畫(huà)出),此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零),現(xiàn)繩突然斷開(kāi),彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止,氣體達(dá)到平衡狀態(tài).經(jīng)過(guò)此過(guò)程( ) 圖5 A.Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能 B.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 C.Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能 D.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 答案 D 解析 彈簧靜止后仍有彈性勢(shì)能,最后活塞重心升高
10、,重力勢(shì)能增加,由于氣體的體積變小,活塞對(duì)氣體做了功,氣體內(nèi)能增加.故正確答案為D. 10.我國(guó)神九航天員的漫步太空已成為現(xiàn)實(shí).神九航天員漫步太空,此舉震撼世界,意義重大無(wú)比.其中,飛船在航天員出艙前先要“減壓”,在航天員從太空返回進(jìn)入航天器后要“升壓”,因此飛船將此設(shè)施專門(mén)做成了一個(gè)艙,叫“氣閘艙”,其原理如圖6所示,兩個(gè)相通的艙A、B間裝有閥門(mén)K,指令艙A中充滿氣體,氣閘艙B內(nèi)為真空,整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換.打開(kāi)閥門(mén)K后,A中的氣體進(jìn)入B中,最終達(dá)到平衡,則( ) 圖6 A.氣體體積膨脹,對(duì)外做功 B.氣體分子勢(shì)能減少,內(nèi)能增加 C.體積變大,溫度降低 D.B中氣體不可
11、能自發(fā)地全部退回到A中 答案 D 解析 當(dāng)閥門(mén)K被打開(kāi)時(shí),A中的氣體進(jìn)入B中,由于B中為真空,所以A中的氣體不會(huì)做功,則A錯(cuò)誤;又因?yàn)橄到y(tǒng)與外界無(wú)熱交換,所以氣體內(nèi)能不變,則氣體的溫度也不變,則B、C錯(cuò)誤;由熱力學(xué)第二定律知,真空中氣體膨脹具有方向性,在無(wú)外界作用時(shí),B中氣體不能自發(fā)地全部退回到A中.故D正確. 二、填空題(本題共2小題,共14分) 11.(6分)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中,溫度保持不變,外界做了24 kJ的功.現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底,若在此過(guò)程中,瓶中空氣的質(zhì)量保持不變,且放出了5 kJ的熱量.在上述兩個(gè)過(guò)程中,空氣的內(nèi)能共減小________kJ,空氣_
12、_________(填“吸收”或“放出”)的總熱量為_(kāi)_______kJ. 答案 5 放出 29 解析 理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān),故將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中并不改變空氣的內(nèi)能,只有潛入海底過(guò)程才改變內(nèi)能,所以兩個(gè)過(guò)程中,空氣的內(nèi)能共減小5 kJ,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,知Q=-29 kJ,故空氣放出的總熱量為29 kJ. 12.(8分)一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過(guò)程可用如圖7所示的p-V圖描述,圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量. 圖7 (1)氣體狀態(tài)從A到B是________(填“等容”“等壓”或“等溫”)過(guò)程; (2)氣體狀態(tài)從B到C
13、的變化過(guò)程中,氣體的溫度________(填“升高”“不變”或“降低”); (3)氣體狀態(tài)從C到D的變化過(guò)程中,氣體________(填“吸熱”或“放熱”) (4)氣體狀態(tài)從A→B→C→D的變化過(guò)程中,氣體對(duì)外界所做的總功為_(kāi)_______________________. 答案 (1)等壓 (2)降低 (3)放熱 (4)p2(V3-V1)-p1(V3-V2) 解析 (1)從A到B壓強(qiáng)不變,所以是等壓過(guò)程. (2)從B到C為等容過(guò)程,由查理定律=可知溫度降低. (3)從C到D為等壓壓縮過(guò)程,體積減小,溫度降低,因此外界對(duì)氣體做功,內(nèi)能減小.由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,氣體放出
14、熱量. (4)從A到B過(guò)程體積增大,氣體對(duì)外界做功W1=p2(V3-V1).從B到C過(guò)程體積不變,不做功.從C到D,外界對(duì)氣體做功W2=p1(V3-V2),所以從A→B→C→D過(guò)程中,氣體對(duì)外界所做的總功W=W1-W2=p2(V3-V1)-p1(V3-V2). 三、計(jì)算題(本題共4小題,共46分) 13.(8分)氣缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量、壓強(qiáng)為P=1.0105 Pa、體積為V=2.0 m3的理想氣體,現(xiàn)使氣體保持壓強(qiáng)不變,體積緩慢壓縮至V′=1.0 m3,此過(guò)程氣體向外界釋放了Q=1.2105 J的熱量,則: (1)壓縮過(guò)程外界對(duì)氣體做了多少功? (2)氣體內(nèi)能變化了多少? 答案 10
15、5 -2104 解析 封閉氣體做等壓變化的壓強(qiáng)為P 外界對(duì)氣體做功: W=FS=PSΔh=PΔv 解得:W=105 J 由熱力學(xué)第一定律得,氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化: ΔU=Q+W=-1.2105+105 J=-2104 J 14.(12分)如圖8所示,為一氣缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量的氣體的p-V圖線,當(dāng)該系統(tǒng)從狀態(tài)a沿過(guò)程a→c→b到達(dá)狀態(tài)b時(shí),有335 J熱量傳入系統(tǒng),系統(tǒng)對(duì)外界做功126 J.求: 圖8 (1)若沿a→d→b過(guò)程,系統(tǒng)對(duì)外做功42 J,則有多少熱量傳入系統(tǒng)? (2)若系統(tǒng)由狀態(tài)b沿曲線過(guò)程返回狀態(tài)a的過(guò)程中,外界對(duì)系統(tǒng)做功84 J,則系統(tǒng)是吸熱還是放熱?傳遞
16、的熱量是多少? 答案 (1)251 J (2)放熱 293 J 解析 (1)由熱力學(xué)第一定律可得a→c→b過(guò)程系統(tǒng)增加的內(nèi)能ΔU=W+Q=(-126+335) J=209 J,由a→d→b過(guò)程有ΔU=W′+Q′ 得Q′=ΔU-W′=[209-(-42)] J=251 J,為正,即有251 J的熱量傳入系統(tǒng). (2)由題意知系統(tǒng)由b→a過(guò)程內(nèi)能的增量 ΔU′=-ΔU=-209 J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有Q″=ΔU′-W″=(-209-84) J=-293 J 負(fù)號(hào)說(shuō)明系統(tǒng)放出熱量,熱量傳遞為293 J. 15.(12分)如圖9所示,一導(dǎo)熱氣缸放在水平面上,其內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想
17、氣體.活塞通過(guò)滑輪組與一重物連接,并保持平衡.已知?dú)飧赘叨葹閔,開(kāi)始活塞在氣缸中央,初始溫度為t攝氏度,活塞面積為S,大氣壓強(qiáng)為p0,物體重力為G,活塞質(zhì)量及一切摩擦不計(jì).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.(活塞、氣缸底的厚度不計(jì),且氣缸始終未離開(kāi)地面)求: 圖9 (1)環(huán)境溫度升高了多少度? (2)氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少? 答案 (1)(273.15+t) (2)氣體內(nèi)能增加 Q-(p0S-G)Δx 解析 (1)活塞緩慢移動(dòng),任意時(shí)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: =,得ΔT=(273.15+t). (2)設(shè)氣缸內(nèi)
18、氣體壓強(qiáng)為p,由平衡條件得:pS=p0S-G, 封閉氣體對(duì)外做功W=pSΔx=(p0S-G)Δx, 由熱力學(xué)第一定律得:ΔU=Q+(-W)=Q-(p0S-G)Δx. 由于氣體的溫度升高,其內(nèi)能增加. 16.(14分)某壓力鍋結(jié)構(gòu)如圖10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10 (1)假定在一次放氣過(guò)程中,鍋內(nèi)氣體對(duì)壓力閥及外界做功1 J,并向外界釋放了2 J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
19、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 3 J (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=-1 J;向外放熱,熱量為負(fù),Q=-2 J. 則有:ΔU=W+Q=-3 J,負(fù)號(hào)表示內(nèi)能減少. 鍋內(nèi)氣體內(nèi)能減少,減少了3 J. (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??; 由p1=p+=p0(1-αH)+,隨著海拔高度的增加,閥門(mén)被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)減??; 根據(jù)查理定律=可知,閥門(mén)被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣體溫度隨著海拔高度的增加而降低. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375
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