優(yōu)化設(shè)計(jì)2015高中物理熱力學(xué)定律單元測評新人教版選修33

1、第十章 熱力學(xué)定律一、選擇題(本題共10小題,每小題5分,共50分;在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,至少有一個(gè)選項(xiàng)正確;全部選對得5分,選不全得3分,有選錯(cuò)或不答的得0分)1.如圖為焦耳實(shí)驗(yàn)裝置簡圖,用絕熱性能良好的材料將容器包好。重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器里的水,引起水溫升高。關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.這個(gè)裝置可粗略測定熱功當(dāng)量B.做功增加了水的熱量C.做功增加了水的內(nèi)能D.功和熱量是完全等價(jià)的,無區(qū)別解析:使相同的水升高相同的溫度可采用加熱和做功兩種方法,用這個(gè)裝置測出葉片對水做的功,即可知道熱功當(dāng)量,A對;對水做功可使水的內(nèi)能變大,而與熱量無關(guān),B錯(cuò),C對;功是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的量

2、度,熱量是同種能量(內(nèi)能)轉(zhuǎn)移的量度,D錯(cuò)。答案:AC2.高溫物體甲和低溫物體乙發(fā)生熱傳遞,最后達(dá)到熱平衡,這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是()A.甲把溫度傳給乙,最后甲、乙兩者溫度相等B.甲把內(nèi)能傳給乙,最后甲、乙兩者內(nèi)能相等C.甲把溫度傳給乙,最后甲、乙兩者內(nèi)能相等D.甲把內(nèi)能傳給乙,最后甲、乙兩者溫度相等解析:宏觀上甲的溫度降低,乙的溫度升高,因而有的同學(xué)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為甲物體向乙物體傳遞了溫度,而實(shí)質(zhì)上是甲將內(nèi)能傳遞給了乙,因而選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;熱傳遞完成后,最后甲、乙兩物體達(dá)到熱平衡,即兩者溫度相同,并不是內(nèi)能相等,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,而選項(xiàng)D正確。答案:D3.(2011·廣東理綜)如圖為某種椅子與其升

3、降部分的結(jié)構(gòu)示意圖,M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體,M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng),設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動(dòng)的過程中()A.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增加B.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能減少C.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能增加D.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能減少解析:M筒向下滑動(dòng)的過程中壓縮氣體,對氣體做功,又由于氣體不與外界發(fā)生熱交換,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w的內(nèi)能增加,選項(xiàng)A正確。答案:A4.以一副撲克牌為例,關(guān)于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的理解,下列說法中正確的是()A.按照黑桃、紅桃、梅花、方塊的順序,而且從大到小將撲克牌排列起來,撲克牌此時(shí)是有序的B.一副撲克牌是一個(gè)宏觀態(tài),將撲克牌

4、洗牌一次就是一個(gè)微觀態(tài)C.將撲克牌按照奇數(shù)和偶數(shù)分成兩部分,撲克牌是無序的,每部分內(nèi)部是有序的D.一副撲克牌按照奇數(shù)和偶數(shù)分成兩部分是一個(gè)宏觀態(tài),從偶數(shù)部分抽出一張放到奇數(shù)部分是該宏觀態(tài)對應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài)解析:撲克牌的排列是有確定規(guī)則的,是有序的,故A對;一副撲克牌是一個(gè)系統(tǒng),是一個(gè)宏觀態(tài),洗牌一次,該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài),故B對;按照奇數(shù)和偶數(shù)分成兩部分是有序的,內(nèi)部是無序的,故C錯(cuò);奇數(shù)與偶數(shù)分開是一種宏觀態(tài),從偶數(shù)部分抽出一張放到奇數(shù)部分時(shí),原宏觀態(tài)被破壞,故D錯(cuò)。答案:AB5.(2014·西寧高二檢測)在研究性學(xué)習(xí)的過程中,針對能源問題、大氣污染問題,同學(xué)們提

5、出了如下四個(gè)活動(dòng)方案,從理論上講可行的是()A.利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī),將海水的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是可能的B.制作一種制冷設(shè)備,使溫度降至絕對零度以下C.將房屋頂蓋上太陽能板,可直接用太陽能來解決照明和熱水問題D.汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣,想辦法使它們自發(fā)地分離,既清潔了空氣,又變廢為寶解析:本題考查的是對熱力學(xué)相關(guān)問題的研究。利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī),將海水的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是不可能的,因?yàn)樗`反了熱力學(xué)第二定律,A錯(cuò)誤;制作一種制冷設(shè)備,使溫度降至絕對零度以下是不可能的,B錯(cuò)誤;將房屋頂蓋上太陽能板,可直接用太陽能來

6、解決照明和熱水問題是可行的,C正確;汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣,使它們自發(fā)地分離是不可能的,D錯(cuò)誤。答案:C6.如圖所示,一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成,輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后,進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”,推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后,葉片形狀迅速恢復(fù),轉(zhuǎn)輪因此能較長時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是()A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng),不需要消耗外界能量B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來自形狀記憶合金自身C.轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水,水溫升高D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量解析:轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)械能增加,必須從外界吸收能量,A、B錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)動(dòng)葉片

7、從水中吸收能量,水溫降低,C錯(cuò)誤;葉片吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,選項(xiàng)D正確。答案:D7.把一個(gè)物體豎直向下拋出,不考慮空氣阻力,下列哪種情況是在下落的過程中發(fā)生的()A.物體的動(dòng)能增加,分子的平均動(dòng)能也增加B.物體的重力勢能減少,分子勢能增加C.物體的機(jī)械能保持不變D.物體的內(nèi)能保持不變解析:物體下落的過程,不考慮空氣阻力,只有系統(tǒng)內(nèi)的重力做功,機(jī)械能守恒;物體下落過程中,物體的溫度和體積也沒有發(fā)生變化,所以分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢能都保持不變,所以A、B錯(cuò)誤,C、D正確。答案:CD8.(2013·廣東理綜)如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的噴水裝置。內(nèi)部裝有2L水,上部密封1atm的空氣0

8、.5L,保持閥門關(guān)閉,再充入1 atm的空氣0.1L。設(shè)在所有過程中空氣可看作理想氣體,且溫度不變。下列說法正確的有()A.充氣后,密封氣體壓強(qiáng)增加B.充氣后,密封氣體的分子平均動(dòng)能增加C.打開閥門后,密封氣體對外界做正功D.打開閥門后,不再充氣也能把水噴光解析:溫度不變,分子平均動(dòng)能不變,充氣后由于氣體的質(zhì)量增大,溫度、體積基本不變,氣體的壓強(qiáng)增大,選項(xiàng)A對,B錯(cuò);打開閥門后,水減少,氣體膨脹,密封氣體對水做正功,選項(xiàng)C對;如果水全排出,氣體壓強(qiáng)為p3,p3(2+0.5)=p1(0.5+0.1)得p3=0.24p1<p1,故不再充氣不能把水噴光,因?yàn)楫?dāng)氣壓與外界大氣壓相同時(shí)就不再噴水,

9、選項(xiàng)D錯(cuò)。答案:AC9.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體,從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過程AB、等容過程BC、等溫過程CA又回到了狀態(tài)A,則()A.AB過程氣體降溫B.BC過程氣體內(nèi)能增加,可能外界對氣體做了功C.CA過程氣體放熱D.全部過程氣體做功為零解析:AB過程氣體絕熱膨脹,氣體對外界做功,其對應(yīng)的內(nèi)能必定減小,即氣體溫度降低,選項(xiàng)A正確;BC過程氣體等容升壓,則=恒量可知,氣體溫度升高,其對應(yīng)內(nèi)能增加,因做功W=0,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;CA過程氣體等溫壓縮,故內(nèi)能變化為零,但外界對氣體做功,因此該過程中氣體放熱,選項(xiàng)C正確;AB過程氣體對外做功,其數(shù)值等于AB線與橫軸包圍的面積。BC過程氣體不做功。CA過程外

10、界對氣體做功,其數(shù)值等于CA線與橫軸包圍的面積,顯然全過程對氣體做的凈功為ABC封閉曲線包圍的面積,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:AC10.如圖所示,兩個(gè)相通的容器P、Q間裝有閥門K,P中充滿氣體,Q為真空,整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱交換。打開閥門K后,P中的氣體進(jìn)入Q中,最終達(dá)到平衡,則()A.氣體體積膨脹,內(nèi)能增加B.氣體分子勢能減少,內(nèi)能增加C.氣體分子勢能增加,壓強(qiáng)可能不變D.Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中解析:氣體的膨脹過程沒有熱交換,可以判斷Q=0;由于容器Q內(nèi)為真空,所以氣體是自由膨脹,雖然體積變大,但是氣體并不對外做功,即W=0;根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q,由以上可以判斷該過程U=0,即氣

11、體的內(nèi)能不變,顯然選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。由于氣體分子間的作用力表現(xiàn)為引力,所以氣體體積變大時(shí)分子引力做負(fù)功,分子勢能增加,由此進(jìn)一步推斷分子動(dòng)能減小,溫度降低;體積變大、溫度降低,則氣體壓強(qiáng)變小,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。宏觀中的熱現(xiàn)象都是不可逆的,所以D正確。答案:D二、填空題(本題共2小題,共16分。把答案填在題中的橫線上)11.(10分)(1)孤立系統(tǒng)在一定條件下的態(tài),對應(yīng)熱力學(xué)概率為最大值的宏觀狀態(tài),亦即該系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。熵的大小反映了某一宏觀態(tài)所對應(yīng)的的數(shù)目的多少。 (2)若孤立系統(tǒng)的初態(tài)SSmax(填“<”“>”或“=”),則該初態(tài)為非平衡態(tài),系統(tǒng)將自發(fā)地向著分子運(yùn)動(dòng)無

12、序的方向過渡,并最后到達(dá)具有Smax的宏觀態(tài),即內(nèi)進(jìn)行的自然過程總是沿著使系統(tǒng)的S增大的方向進(jìn)行。 答案:(1)平衡最無序微觀態(tài)(2)<孤立系統(tǒng)12.(6分)蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等熱機(jī)以及電冰箱工作時(shí)都利用了氣體狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化,我們把這些氣體稱為工質(zhì)。某熱機(jī)經(jīng)過一個(gè)循環(huán)后,工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰酫1,對外做功W,又向低溫?zé)嵩捶艧酫2,工質(zhì)完全恢復(fù)初始狀態(tài),內(nèi)能沒有變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律,在工質(zhì)的一個(gè)循環(huán)中,Q1、Q2、W三者之間滿足的關(guān)系是。熱機(jī)的效率=不可能達(dá)到100%,從能量轉(zhuǎn)化的角度,說明能不能完全轉(zhuǎn)化為能。 解析:由熱力學(xué)第一定律,熱量、做功、內(nèi)能的符

13、號規(guī)定得Q1+(-Q2)+(-W)=0,即Q1-Q2=W。再由熱力學(xué)第二定律知,內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不產(chǎn)生其他影響。答案:Q1-Q2=W內(nèi)機(jī)械三、解答題(本題共3小題,共34分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13.(10分)(2014·南寧高二檢測)爆米花酥脆可口、老少皆宜,是許多人喜愛的休閑零食,如圖為高壓爆米花的裝置原理圖,玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱,封閉氣體被加熱成高溫高壓氣體,當(dāng)打開容器蓋后,“嘭”的一聲氣體迅速膨脹,壓強(qiáng)急劇減小,玉米粒就“爆炸”成了爆米花。設(shè)當(dāng)?shù)販囟葹閠1=27,大氣壓為p0,已知

14、密閉容器打開前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p0。(1)若把容器內(nèi)的氣體看作理想氣體,求容器內(nèi)氣體的溫度。(2)假定在一次打開的過程中,容器內(nèi)氣體膨脹對外界做功15kJ,并向外釋放了20 kJ的熱量,容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少?解析:(1)根據(jù)查理定律:p1=p0,T1=300K,p2=4p0整理得:T2=1200K,t2=927。(2)由熱力學(xué)第一定律U=Q+W得U=-20kJ-15kJ=-35kJ故內(nèi)能減少35kJ。答案:(1)927(2)減少35kJ14.(12分)(2013·平頂山高二檢測)如圖所示,一長為L、內(nèi)橫截面積為S的絕熱汽缸固定在水平地面上,汽缸內(nèi)用一質(zhì)量為m的絕熱

15、活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,開始時(shí)活塞用銷釘固定在汽缸正中央,汽缸內(nèi)被封閉氣體壓強(qiáng)為p,外界大氣壓為p0(p>p0)?，F(xiàn)釋放活塞,測得活塞被缸內(nèi)氣體推到缸口時(shí)的速度為v。求:(1)此過程克服大氣壓力所做的功;(2)活塞從釋放到將要離開缸口,缸內(nèi)氣體內(nèi)能改變了多少?解析:(1)設(shè)大氣作用在活塞上的壓力為F,則:F=p0S根據(jù)功的計(jì)算式W=Fl得:W=p0LS(2)設(shè)活塞離開汽缸時(shí)動(dòng)能為Ek,則:Ek=mv2根據(jù)能量守恒定律得:U=-mv2-p0LS=-(mv2+p0LS)即內(nèi)能減少了(mv2+p0LS)。答案:(1)p0LS(2)內(nèi)能減少了(mv2+p0LS)15.(12分)(2013&

16、#183;江蘇單科)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中,AB和CD為等溫過程,BC和DA為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)。這就是著名的“卡諾循環(huán)”。(1)該循環(huán)過程中,下列說法正確的是。 A.AB過程中,外界對氣體做功B.BC過程中,氣體分子的平均動(dòng)能增大C.CD過程中,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D.DA過程中,氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化(2)該循環(huán)過程中,內(nèi)能減小的過程是(選填“AB”“BC”“CD”或“DA”)。若氣體在AB過程中吸收63kJ的熱量,在CD過程中放出38kJ的熱量,則氣體完成一次循環(huán)對外做的功為kJ。 (3)若該循環(huán)過程中的氣體為1mol,氣體在A狀態(tài)時(shí)的體積為10L,在B狀態(tài)時(shí)壓強(qiáng)為A狀態(tài)時(shí)的。求氣體在B狀態(tài)時(shí)單位體積內(nèi)的分子數(shù)。(已知阿伏加德羅常數(shù)NA=6.0×1023mol-1,計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)解析:(1)AB過程中,氣體溫度不變,內(nèi)能不變,氣體體積變大,氣體對外界做功,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;BC過程中,氣體對外界做功,氣體內(nèi)能減少,溫度降低,分子平均動(dòng)能減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;CD過程中,氣體溫度不變,分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度不變,體積減小,單