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第十章 热力学定律 单元检测试卷(含答案)

1、章末检测试卷章末检测试卷(第十章第十章) (时间:90 分钟 满分:100 分) 一、选择题(本题共 12 小题,每小题 4 分,共 48 分) 1(多选)在下列现象中是通过做功使物体内能改变的是( ) A用打气筒给自行车打气时,筒壁温度升高 B在阳光照射下,水的温度升高 C铁锤锤打铁块,使铁块温度升高 D夏天在室内放几块冰,室内会变凉一些 答案 AC 2某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成开箱时,密闭于汽缸 内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图 1 所示在此过程中,若缸内气体与外界无热交换, 忽略气体分子间相互作用,则缸内气体( ) 图 1 A对外做正功,分子的平均动能减

2、小 B对外做正功,内能增大 C对外做负功,分子的平均动能增大 D对外做负功,内能减小 答案 A 解析 气体膨胀对外做正功,而缸内气体与外界无热交换,由热力学第一定律知,其内能一 定减小,温度降低,故分子的平均动能减小,A 正确,B、C、D 错误 3(2019 天门市、潜江市、应城市高一下期中联考)能源问题关乎国家建设和社会发展,下列 关于能量和能源的说法中正确的是( ) A人类在历史的进程中不断地开发和利用新能源,创造了新的能量 B自然界的能量是守恒的,我们没有必要节约能源 C在利用能源的过程中,能量在数量上逐渐减少 D能源耗散说明能量在转化过程中具有方向性 答案 D 解析 人类在不断地开发和

3、利用新能源,但是能量不能被创造,也不会消失,故 A 错误;自 然界的能量是守恒的,但是由于可用能源是有限的,故需要节约能源,故 B 错误;在利用能 源的过程中,由于能量是守恒的,能量在数量上并没有减少,故 C 错误;根据热力学定律可 知,宏观自然过程自发进行具有方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,故 D 正确 4(多选)(2019 宝鸡中学高三模拟)下列说法正确的是( ) A内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 B根据热力学第二定律可知,各种形式的能可以自发地相互转化 C外界对物体做功,同时物体向外界放出热量,物体的内能可能不变 D气体向真空的自由膨胀是不可逆的 答案 CD

4、解析 根据热力学第二定律可知,内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化,选项 A 错误;根据能量守恒定律可知,各种形式的能可以相互转化,根据热力学第二定律,宏观自 然的过程都具有方向性,选项 B 错误;根据热力学第一定律可知,若外界对物体做的功等于 物体向外界放出的热量,则物体的内能不变,选项 C 正确;根据热力学第二定律,气体向真 空的自由膨胀是不可逆的,选项 D 正确 5(多选)关于能量耗散,下列说法中正确的是( ) A能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了 B能量耗散表明能量守恒定律是不正确的 C能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上并未减少,但是在可利用的品质上降

5、 低了 D能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性 答案 CD 解析 能量耗散的过程是能量向品质低的内能转变的过程,但是总的能量是守恒的,能量不 能凭空产生,也不能凭空消失,故 A、B 错误;能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在 数量上并未减少,但是在可利用的品质上降低了,C 正确;根据热力学定律可知,宏观自然 过程自发进行是有其方向性的,能量耗散就是从能量转化的角度反映了这种方向性,故 D 正 确 6一木块沿斜面向下滑,下列说法正确的是( ) A不管斜面是否光滑,下滑过程中重力对木块做了功,它的内能将增大 B若斜面光滑且不计空气阻力,木块滑到斜面底部时,速度增大,内能也将增大

6、 C若斜面粗糙,木块在重力作用下虽速度增大,但它的内能并不改变 D若斜面粗糙,木块的机械能减小,而它的内能将增大 答案 D 解析 斜面光滑且不计空气阻力时,木块下滑过程中机械能守恒,内能不变;斜面粗糙,木 块下滑时要克服摩擦力做功,故木块的机械能减小,由能量守恒定律知它的内能将增大,故 D 正确 7(多选)(2019 衡阳市第八中学月考)下列说法正确的是( ) A第二类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律 B在绝热条件下压缩气体,气体的内能一定增加 C一定质量理想气体对外做功,内能不一定减少,但密度一定减小 D对于一定量的理想气体,如果压强不变,体积增大,那么它一定从外界吸热 答案 BC

7、D 解析 第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律,但不违背能量守恒定律, 故 A 错误;绝热条件下压缩气体,根据热力学第一定律可知 UWQ0,即内能增加, 故 B 正确;一定质量理想气体对外做功,若气体吸收热量,则内能不一定减少,由于气体的 体积增大,所以密度一定减小,故 C 正确;对于一定量的理想气体,如果压强不变,当体积 增大,气体对外做功,而温度升高,内能增大,根据热力学第一定律可知,它一定从外界吸 热,故 D 正确 8 (2019 宜昌市期末)如图 2 所示, 直立容器内有被隔板隔开的 A、 B 两部分体积相等的气体, A 的密度小,B 的密度较大,抽去隔板,加热气体,使两

8、部分气体均匀混合,设在此过程中 气体吸收的热量为 Q,气体内能增量为 E,则( ) 图 2 AEQ BEQ D无法比较 答案 B 解析 A 部分气体密度小,B 部分气体密度大,以整体为研究对象,开始时,气体的重心在 容器下部,混合均匀后,气体的重心应在容器中部,所以重力对气体做负功,气体的重力势 能增大,由能量守恒定律可知,吸收的热量 Q 有一部分用于增加气体的重力势能,另一部分 用于增加气体的内能,故答案为 B. 9(多选)(2019 武汉市模拟)我国航天员漫步太空已成为现实飞船在航天员出舱前先要“减 压”,在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”,因此将此设施专门做成了飞船的一个 舱,叫“

9、气闸舱”,其原理如图 3 所示两个相通的舱 A、B 间装有阀门 K.指令舱 A 中充满 气体,气闸舱 B 内为真空,整个系统与外界没有热交换打开阀门 K 后,A 中的气体进入 B 中,最终达到平衡若将此气体近似看成理想气体,则( ) 图 3 A气体体积膨胀,对外做功 B气体分子势能减小,内能增加 C气体体积变大,温度不变 DB 中气体不可能自发地全部退回到 A 中 答案 CD 解析 当阀门 K 被打开时,A 中的气体进入 B 中,由于 B 中为真空,所以气体体积膨胀,对 外不做功,故 A 错误;又因为系统与外界无热交换,所以气体内能不变,则气体的温度也不 变,B 错误,C 正确;由热力学第二定

10、律知,真空中气体膨胀具有方向性,在无外界作用时, B 中气体不能自发地全部退回到 A 中,故 D 正确 10.(多选)(2019 桂林、梧州、贵港、玉林、崇左、北海高三上第一次联合调研)如图 4 所示, 一定质量的理想气体从状态 a 变化到状态 b,其过程如 p T 图中从 a 到 b 的直线所示在 此过程中( ) 图 4 A气体对外界做功 B气体的内能不变 C气体先从外界吸收热量,后向外界放出热量 D外界对气体做功,同时气体向外界放出热量 答案 BD 解析 由题图可知, 由 a 到 b 过程气体温度保持不变, 则气体内能不变, U0, 故 B 正确; 而气体压强 p 增大, 由玻意耳定律:

11、pVC 可知, 气体体积 V 减小; 外界对气体做功, W0, 故 A 错误;由热力学第一定律:UWQ 可知:QUWW0,气体向外界放出 热量,故 C 错误,D 正确 11.(多选)(2019 云南省师范大学附属中学月考)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或 者过程 2 到达状态 N,其 pV 图象如图 5 所示在过程 1 中,气体始终与外界无热量交换; 在过程2中, 气体先经历等容变化再经历等压变化 对于这两个过程, 下列说法正确的是( ) 图 5 A气体经历过程 1,气体对外界做功 B气体经历过程 1,内能可能增大 C气体经历过程 2,先放热后吸热 D气体经历过程 1 的内能改变量与经

12、历过程 2 的一定相同 答案 ACD 解析 气体经历过程 1,压强减小,体积变大,气体膨胀对外界做功,根据热力学定律可得 内能减小,故温度降低,即 TNTM,故 A 正确,B 错误;气体在过程 2 中,根据理想气体状 态方程pV T C,刚开始时体积不变,压强减小,则温度降低,对外放热,然后压强不变,体 积变大, 气体膨胀对外做功, 则温度升高, 吸热, 故 C 正确; 无论是经过 1 过程还是 2 过程, 初、末状态相同,故内能改变量相同,故 D 正确 12.(多选)(2018 全国卷)如图 6,一定质量的理想气体从状态 a 开始,经历过程、 到达状态 e.对此气体,下列说法正确的是( )

13、图 6 A过程中气体对外界做正功 B过程中气体从外界吸收了热量 C状态 c、d 的内能相等 D状态 d 的压强比状态 b 的压强小 答案 ACD 解析 过程中,气体由 b 到 c,体积 V 变大,对外界做正功,A 项正确;过程中,气体 由 d 到 e,温度 T 降低,内能 U 减小,体积 V 不变,气体不做功,根据热力学第一定律 U QW 得 Qpc,由 c 到 d 的过程,温度不 变,Vcpd,所以 pbpcpd,D 项正确 二、填空题(本题共 2 小题,共 10 分) 13(6 分)在将空气(可看成理想气体)压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,外界做了 24 kJ 的功现潜水员背着该气瓶缓

14、慢地潜入海底,若在此过程中,瓶中空气的质量保持不变,且 放出了 5 kJ 的热量在上述两个过程中,空气的内能共减小_kJ,空气_(填 “吸收”或“放出”)的总热量为_kJ. 答案 5(2 分) 放出(2 分) 29(2 分) 解析 理想气体的内能仅与温度有关, 故将空气压缩装入气瓶的过程中并不改变空气的内能, 只有潜入海底过程才改变内能,所以两个过程中,空气的内能共减小 5 kJ,由热力学第一定 律 UWQ,知 Q29 kJ,故空气放出的总热量为 29 kJ. 14.(4 分)(2019 高三第二次全国大联考江苏卷)如图 7 所示,理想气体状态经历了从 A 到 B 再 到 C 的过程,则从 A

15、 到 B 气体分子的平均速率_(填“增加”“减小”或“不变”), 从 B 到 C 气体_(填“吸收”或“放出”)能量 图 7 答案 减小(2 分) 吸收(2 分) 解析 从 A 到 B 气体温度降低,则气体分子的平均速率减小;从 B 到 C 气体温度不变,内能 不变,而压强减小,根据玻意耳定律可知,气体体积变大,气体对外做功,由热力学第一定 律 UQW 知,从 B 到 C 气体要吸收热量 三、计算题(本题共 4 小题,共 42 分) 15(8 分)汽缸内封闭了一定质量、压强为 p1.0105 Pa、体积为 V2.0 m3的理想气体, 现使气体保持压强不变, 体积缓慢压缩至 V1.0 m3, 此

16、过程气体向外界释放了 Q1.2105 J 的热量,则: (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? 答案 (1)1.0105 J (2)减少了 2104 J 解析 (1)外界对气体做功 WpVp(VV)(3 分) 解得 W1.0105 J(2 分) (2)由热力学第一定律得,汽缸内气体内能的变化量 UQW1.2105 J1.0105 J2104 J. 即气体内能减少了 2104 J(3 分) 16(10 分)如图 8 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,活塞光滑且不漏气,开始时活塞固定

17、 在汽缸正中央,汽缸内被封闭气体压强为 p,外界大气压为 p0(pp0)现释放活塞,测得活 塞被缸内气体推到缸口时的速度为 v.求: 图 8 (1)此过程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? 答案 (1)p0SL 2 (2)减少了1 2Mv 21 2p0SL 解析 (1)设大气作用在活塞上的压力为 F,则 Fp0S(2 分) 则此过程大气压力所做的功 WF L 2 p0SL 2 (2 分) 故此过程克服大气压力所做的功为p0SL 2 (2 分) (2)设活塞离开缸口时动能为 Ek,则 EkMv 2 2 (1 分) 根据能量守恒定律得:缸内气体内能改变

18、UMv 2 2 p0SL 2 (2 分) 即内能减少了1 2Mv 21 2p0SL.(1 分) 17.(10 分)如图 9 所示为一汽缸内封闭的一定质量气体的 pV 图线,当该系统从状态 a 沿过 程 acb 到达状态 b 时,有 335 J 热量传入系统,系统对外界做功 126 J求: 图 9 (1)若沿 adb 过程,系统对外做功 42 J,则有多少热量传入系统? (2)若系统由状态 b 沿曲线返回状态 a 的过程中,外界对系统做功 84 J,则系统是吸热还是放 热?传递的热量是多少? 答案 (1)251 J (2)放热 293 J 解析 (1)由热力学第一定律可得 acb 过程系统增加的

19、内能 UWQ(126335) J 209 J,(2 分) 由 adb 过程有 UWQ(1 分) 得 QUW209(42) J251 J,(1 分) 为正,即有 251 J 的热量传入系统(1 分) (2)由题意知系统由 ba 过程内能的增量 UU209 J(2 分) 根据热力学第一定律有 QUW(20984) J293 J(2 分) 负号说明系统放出热量,传递的热量为 293 J(1 分) 18(14 分)(2019 宝鸡市高考模拟)如图 10 所示,内壁光滑且长为 L50 cm 的绝热汽缸固定 在水平面上, 汽缸内用横截面积为 S100 cm2的绝热活塞封闭有温度为 t027 的一定质量 的

20、理想气体,开始时处于静止状态的活塞位于距左侧缸底 l30 cm 处现用电热丝对封闭的 理想气体加热,使活塞缓慢向右移动(已知大气压强为 p01.0105 Pa) 图 10 (1)试计算当温度升高到 t377 时,缸内封闭气体的压强 p; (2)若汽缸内电热丝的电阻 R100 ,加热时电热丝中的电流为 I0.2 A,在此变化过程中共 持续了 t300 s,不计电热丝由于温度升高而吸收的热量,试计算气体增加的内能 U. 答案 (1)1.3105 Pa (2)1 000 J 解析 (1)设封闭气体刚开始的温度为 T1,压强为 p0,当活塞恰好移动到汽缸口时,封闭气体 的温度为 T2,则 T1(27273) K300 K,封闭气体发生等压变化,根据盖吕萨克定律可 得: lS T1 LS T2 (2 分) 解得:T2500 K227 (2 分) 由于 227 377 ,所以气体发生等压变化之后再发生等容变化 设当温度达到 T3(377273) K650 K 时,封闭气体的压强为 p3,根据查理定律可得: p0 T2 p T3(2 分) 代入数据解得:p1.3105 Pa(1 分) (2)根据热力学第一定律可得:UWQ(2 分) 外界对气体做的功为:Wp0S(lL)(2 分) 封闭气体共吸收的热量为:QI2Rt(2 分) 解得:U1 000 J(1 分)