第5章 熱力學(xué)定律 第6章 能源與可持續(xù)發(fā)展 章末檢測(cè) (時(shí)間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(共10小題，每小題4分) 1．下列關(guān)于物體內(nèi)能變化的說(shuō)法，正確的是 (　　) A．一定質(zhì)量的晶體在熔化過(guò)程中內(nèi)能保持不變 B．一定質(zhì)量的氣體在體積膨脹過(guò)程中內(nèi)能一定增加 C．一定質(zhì)量的物體在熱膨脹過(guò)程中內(nèi)能不一定增加 D．一定質(zhì)量的物體在體積保持不變的過(guò)程中，內(nèi)能一定不變 答案　C 解析　晶體在熔化過(guò)程中要吸熱，卻沒(méi)有對(duì)外做功，故內(nèi)能增加，A錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的氣體在膨脹過(guò)程中，可能吸熱，也可能不吸熱，還有可能放熱，但一定對(duì)外做功，由ΔU＝Q＋W不能確定ΔU，故B錯(cuò)誤；物體熱膨脹一定是吸收了熱量，對(duì)外做功不一定小于吸收的熱量，內(nèi)能不一定增加，C正確；物體體積不變，溫度可能改變，內(nèi)能隨之變化，D錯(cuò)誤． 2．電冰箱的制冷設(shè)備是用機(jī)械的方式制造人工低溫的裝置，壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)、外的管道中不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)制冷作用，那么下列說(shuō)法中正確的是 (　　) A．打開(kāi)冰箱門讓壓縮機(jī)一直工作，可使室內(nèi)溫度逐漸降低 B．在電冰箱的內(nèi)管道中，制冷劑迅速膨脹并吸收熱量 C．在電冰箱的外管道中，制冷劑被劇烈壓縮放出熱量 D．電冰箱的工作原理違背了熱力學(xué)第二定律 答案　BC 解析　電冰箱工作過(guò)程中，消耗電能的同時(shí)部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故室內(nèi)溫度不可能降低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；制冷劑在內(nèi)管道膨脹吸熱，在外管道被壓縮放熱，選項(xiàng)B、C正確；電冰箱的工作原理并不違背熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 3．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體．氣體開(kāi)始處于狀態(tài)a；然后經(jīng)過(guò)過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b或經(jīng)過(guò)過(guò)程ac到達(dá)狀態(tài)c.b，c狀態(tài)溫度相同，如圖1所示．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強(qiáng)分別為pb和pc，在過(guò)程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則 (　　) 圖1 A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，Qab<Qac C．pb<pc，Qab>Qac D．pb<pc，Qab<Qac 答案　C 解析　由V＝T可知VT圖線的斜率越大，壓強(qiáng)p越小，故pb<pc.由熱力學(xué)第一定律有：Q＝ΔU－W，因Tb＝Tc，所以ΔUab＝ΔUac，而Wab＜0，Wac＝0，故Qab>Qac.綜上C正確． 4．下列過(guò)程中，可能實(shí)現(xiàn)的是 (　　) A．將海水溫度自動(dòng)下降時(shí)釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 B．利用海洋不同深度的海水溫度不同來(lái)制造一種機(jī)器，把海水的內(nèi)能變?yōu)闄C(jī)械能 C．在粗糙水平面上運(yùn)動(dòng)的物體，它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體溫度升高 D．靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時(shí)釋放的內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能，使物體運(yùn)動(dòng)起來(lái) 答案　BC 5．關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是 (　　) A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 B．氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減少 C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 答案　AD 解析　根據(jù)熱力學(xué)第二定律：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化．即氣體吸收熱量在引起了其他變化的情況下，可以完全轉(zhuǎn)化為功，A對(duì)；一定量氣體的內(nèi)能的影響因素有體積和溫度，故氣體體積增大時(shí)，由于溫度變化情況未知，故內(nèi)能不一定減少，B錯(cuò)；內(nèi)能可以通過(guò)做功和熱傳遞改變，氣體從外界吸收熱量，由于對(duì)外做功情況未知，故內(nèi)能不一定增加，C錯(cuò)；同理外界對(duì)氣體做功，由于熱傳遞情況未知，故氣體內(nèi)能有可能減少，D對(duì)． 6．如圖2所示，汽缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸的接觸是光滑的，但不漏氣．現(xiàn)將活塞桿與外界連接使其緩慢向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并通過(guò)桿對(duì)外做功．若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說(shuō)法正確的是 (　　) 圖2 A．氣體是從單一熱源吸熱，全用來(lái)對(duì)外做功，因此此過(guò)程違反熱力學(xué)第二定律 B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來(lái)對(duì)外做功，所以此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律 C．氣體是從單一熱源吸熱，全用來(lái)對(duì)外做功，但此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律 D．以上三種說(shuō)法都不對(duì) 答案　C 解析　氣體等溫膨脹并通過(guò)桿對(duì)外做功，由于氣體等溫，所以內(nèi)能不變，對(duì)外做功，則要吸收熱量，即氣體是從單一熱源吸熱，全用來(lái)對(duì)外做功，但此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律，因?yàn)榇诉^(guò)程產(chǎn)生了其他影響，所以沒(méi)有違反熱力學(xué)第二定律． 7．景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖3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(guò)程中(　　) 圖3 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　對(duì)封閉氣體，猛推壓縮過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功，時(shí)間極短，熱傳遞不計(jì)，即Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知內(nèi)能增大，C、D均錯(cuò)誤；因氣體內(nèi)能等于所有分子動(dòng)能與分子勢(shì)能之和，其中分子勢(shì)能不變或減小，所以分子平均動(dòng)能增加，溫度升高，再由氣體狀態(tài)方程＝常量可知，氣體壓強(qiáng)變大，故A錯(cuò)誤、B正確． 8．在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)的物體，受到一個(gè)與速度同方向的推力，物體的溫度與環(huán)境溫度相同，在這個(gè)過(guò)程中，以物體為研究對(duì)象，則 (　　) A．與熱傳遞等效的功是正功，物體的內(nèi)能增加 B．與熱傳遞等效的功是零，內(nèi)能不變 C．動(dòng)能定理中的功是正功，動(dòng)能增加 D．動(dòng)能定理中的功是零，動(dòng)能不變 答案　BC 解析　根據(jù)動(dòng)能定理，推力對(duì)物體做正功，物體動(dòng)能增加；沒(méi)有力做功實(shí)現(xiàn)其他形式能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，物體的內(nèi)能不變． 9．如圖4所示，厚壁容器的一端通過(guò)膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根氣針，另一端有個(gè)用卡子卡住的可移動(dòng)膠塞，用打氣筒通過(guò)氣針慢慢向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大到一定程度，這時(shí)讀出溫度計(jì)示數(shù)．打開(kāi)卡子，膠塞沖出容器口后 (　　) 圖4 A．溫度計(jì)示數(shù)變大，實(shí)驗(yàn)表明氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少 B．溫度計(jì)示數(shù)變大，實(shí)驗(yàn)表明外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加 C．溫度計(jì)示數(shù)變小，實(shí)驗(yàn)表明氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少 D．溫度計(jì)示數(shù)變小，實(shí)驗(yàn)表明外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加 答案　C 解析　膠塞沖出容器口后，氣體膨脹，對(duì)外做功，W<0.由于沒(méi)時(shí)間進(jìn)行熱交換，由ΔU＝W可知內(nèi)能減?。畠?nèi)能等于分子動(dòng)能與勢(shì)能之和，由于體積增大，勢(shì)能增大，由此可知分子平均動(dòng)能減小，所以溫度降低，故C正確． 10．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，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　以活塞為研究對(duì)象，設(shè)氣體壓強(qiáng)為p1，活塞質(zhì)量為m，截面積為S，末態(tài)時(shí)壓強(qiáng)為p2，初態(tài)F彈>mg＋p1S，由題意可得末態(tài)位置必須高于初位置，否則不能平衡，則由ΔU＝W(絕熱)．W為正，ΔU必為正，溫度升高，內(nèi)能增加，活塞重力勢(shì)能增加，末態(tài)時(shí)，由力的平衡條件知F彈′＝mg＋p2S，仍然具有一部分彈性勢(shì)能，D正確． 二、填空題(共2小題，共12分) 11．(6分)質(zhì)量一定的某種物質(zhì)，在壓強(qiáng)不變的條件下，由液態(tài)Ⅰ到氣態(tài)Ⅲ(可看成理想氣體)變化過(guò)程中溫度(T)隨加熱時(shí)間(t)變化關(guān)系如圖6所示．單位時(shí)間所吸收的熱量可看作不變． 圖6 (1)以下說(shuō)法正確的是______． A．在區(qū)間Ⅱ，物質(zhì)的內(nèi)能不變 B．在區(qū)間Ⅲ，分子間的勢(shì)能不變 C．從區(qū)間Ⅰ到區(qū)間Ⅲ，物質(zhì)的熵增加 D．在區(qū)間Ⅰ，物質(zhì)分子的平均動(dòng)能隨著時(shí)間的增加而增大 (2)在區(qū)間Ⅲ，若將壓強(qiáng)不變的條件改為體積不變，則溫度升高_(dá)_____(變快、變慢或快慢不變)請(qǐng)說(shuō)明理由． 答案　(1)BCD　(2)變快，理由見(jiàn)解析 解析　根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，理想氣體的狀態(tài)方程＝C可知，在吸收相同的熱量Q時(shí)，壓強(qiáng)不變的條件下，V增加，W<0，ΔU＝Q－|W|；體積不變的條件下，W＝0，ΔU＝Q；所以ΔU1<ΔU2，體積不變的條件下溫度升高變快． 12．(6分)如圖7所示，根據(jù)制冷機(jī)的工作原理，試分析每個(gè)工作過(guò)程中工作物質(zhì)的內(nèi)能改變情況和引起改變的物理過(guò)程： 圖7 (1)工作物質(zhì)的內(nèi)能________，是________的過(guò)程； (2)工作物質(zhì)的內(nèi)能________，是________的過(guò)程； (3)工作物質(zhì)的內(nèi)能________，是________的過(guò)程． 答案　(1)增加　做功　(2)減少　放熱　(3)增加　吸熱 解析　(1)壓縮氣體，對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加； (2)氣體液化要放出熱量，內(nèi)能減少； (3)工作物質(zhì)的汽化過(guò)程，需吸收熱量，內(nèi)能增加． 三、計(jì)算題(共4小題，共48分) 13．(10分)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由1.043 cm3變成1 676 cm3.已知水的汽化熱為2 263.8 J/g，求： (1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W； (2)氣體吸收的熱量Q； (3)氣體增加的內(nèi)能ΔU. 答案　(1)169.7 J　(2)2 263.8 J　(3)2 094.1 J 解析　(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功． W＝p(V2－V1)＝1.013105(1 676－1.043)10－6J＝169.7 J. (2)氣體吸熱Q＝ML＝12 263.8 J＝2 263.8 J. (3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律 ΔU＝W＋Q＝2 263.8 J＋(－169.7)J＝2 094.1 J. 14．(12分)如圖8所示，p V圖中一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)程Ⅰ變至狀態(tài)B時(shí)，從外界吸收熱量420 J，同時(shí)膨脹對(duì)外做功300 J．當(dāng)氣體從狀態(tài)B經(jīng)過(guò)程Ⅱ回到狀態(tài)A時(shí)，外界壓縮氣體做功200 J，求此過(guò)程中氣體吸收或放出的熱量是多少． 圖8 答案　放出320 J的熱量 解析　一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)程Ⅰ變至狀態(tài)B時(shí)，從外界吸收的熱量Q1大于氣體膨脹對(duì)外界做的功W1，氣體內(nèi)能增加，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能的增加量為ΔU＝Q1＋W1＝420 J＋(－300)J＝120 J. 氣體由狀態(tài)B經(jīng)過(guò)程Ⅱ回到狀態(tài)A時(shí)，氣體內(nèi)能將減少120 J，而此過(guò)程中外界又壓縮氣體做了W2＝200 J的功，因而氣體必須向外界放熱，Q2＝ΔU－W2＝(－120)J－200 J＝－320 J. 即此過(guò)程中氣體放出的熱量是320 J. 15．(12分)如圖9所示，為一汽缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量的氣體的pV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)，有熱量335 J傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)外界做功126 J．求： 圖9 (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時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)做功84 J，則系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量傳遞是多少？ 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 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)若此時(shí)鍋內(nèi)氣體的體積為V′，摩爾體積為V，阿伏加德羅常數(shù)為NA，寫出鍋內(nèi)氣體分子數(shù)的估算表達(dá)式． (2)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？ (3)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)n＝NA　(2)減少了3 J　(3)溫度隨著海拔高度的增加而降低． 解析　(1)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁，設(shè)鍋內(nèi)氣體分子數(shù)為n，則：n＝NA. (2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q，氣體對(duì)外做功，功為負(fù)，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. (3)由p＝p0(1－αH)(其中α>0)，隨著海拔高度的增加，大氣壓強(qiáng)減小； 由p1＝p＋＝p0(1＋αH)＋，隨著海拔高度的增加，閥門被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)減?。? 根據(jù)查理定律＝可知，閥門被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣壓溫度隨著海拔高度的增加而降低．