高中物理人教版3第十章熱力學(xué)定律章末綜合測評4

章末綜合測評(四)(時間60分鐘，滿分100分)一、選擇題(本題包括8小題，每小題6分，共48分，每小題有三項符合題目要求，選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得6分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分)1．(2023·昆明高二檢測)如圖1所示，一演示用的“永動機”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．進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動．離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動．下列說法正確的是()圖1A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金從熱水中吸收的熱量C．轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，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E．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于水和轉(zhuǎn)輪獲得動能【解析】形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，一部分能量在伸展劃水時轉(zhuǎn)變?yōu)樗娃D(zhuǎn)輪的動能，另一部分釋放到空氣中，根據(jù)能量守恒定律可知B、D、E項正確．【答案】BDE2．采用絕熱(即不與外界交換熱量)的方式使一定量的氣體由初態(tài)A變化至末態(tài)B，對于不同的絕熱方式，下面說法正確的是()A．對氣體所做的功不同B．對氣體所做的功相同C．氣體對外所做的功相同D．對氣體不需做功，因為沒有能量的傳遞E．氣體內(nèi)能的變化是相同的【解析】對于一定量的氣體，不管采用任何一種絕熱方式由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，都是絕熱過程．在這一過程中，氣體在初狀態(tài)A有一確定的內(nèi)能UA，在狀態(tài)B有另一確定的內(nèi)能UB，由絕熱過程中ΔU＝UB－UA＝W知，W為恒量，所以B、C、E選項正確．【答案】BCE3．大約在1670年，英國賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計了一種磁力“永動機”．如圖2所示，在斜坡頂上放一塊強有力的磁鐵，斜坡上端有一個小孔，斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道，維爾金斯認為：如果在斜坡底端放一個小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會向上運動，當(dāng)小球運動到小孔P處時，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以對外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到小孔P處又掉下．在以后的二百多年里，維爾金斯的永動機居然改頭換面地出現(xiàn)過多次，其中一次是在1878年，即在能量轉(zhuǎn)化和守恒定律確定20年后，竟在德國取得了專利權(quán)．關(guān)于維爾金斯“永動機”，正確的認識應(yīng)該是()圖2A．不符合理論規(guī)律，一定不可能實現(xiàn)B．如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯“永動機”一定可以實現(xiàn)C．如果忽略斜面的摩擦，鐵球質(zhì)量較小，磁鐵磁性又較強，則維爾金斯“永動機”可以實現(xiàn)D．違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實現(xiàn)E．“既要馬兒不吃草，又要馬兒跑”，是根本不可能存在的【解析】磁鐵吸引小球上升，要消耗磁鐵的磁場能，時間長了磁鐵的磁性就會逐步減弱，直至不能把小球吸引上去，該思想違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實現(xiàn)．【答案】ADE4．如圖3所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換．打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：11202302】圖3A．氣體體積膨脹，內(nèi)能不變B．氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加C．氣體分子勢能增加，動能減小，溫度降低D．氣體分子勢能增加，壓強可能不變E．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ΔU＝W＋Q，由以上可以判斷該過程ΔU＝0，即氣體的內(nèi)能不變，顯然選項A正確，B錯誤；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分子引力做負功，分子勢能增加，由此進一步推斷分子動能減小．溫度降低，選項C正確；體積變大、溫度降低，則氣體壓強變小，所以選項D錯誤；宏觀中的熱現(xiàn)象都是不可逆的，所以E正確．【答案】ACE5.(2023·唐山高二檢測)如圖4所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：11202303】圖4A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱C．從狀態(tài)a到d，氣體對外做功D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱E．從狀態(tài)b到a，氣體放熱【解析】從狀態(tài)d到c，溫度不變．理想氣體內(nèi)能不變，但是由于壓強減小，所以體積增大，對外做功，要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故選項A錯；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程，同時體積減小，外界對氣體做功，而氣體的內(nèi)能還要減小，就一定要伴隨放熱，故選項B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓、升溫的過程，同時體積增大，所以氣體要對外做功，選項C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個等容變化過程，隨壓強的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個過程中氣體的體積沒有變化，沒有做功，氣體內(nèi)能的增大是因為氣體吸熱的結(jié)果．故選項D正確，E錯誤．【答案】BCD6．(2023·西安高二檢測)關(guān)于永動機不可能制成，下列說法中正確的是()A．第一類永動機違背了能量守恒定律B．第二類永動機違背了能量守恒定律C．第一類永動機不能制成說明了自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性D．第二類永動機不能制成說明了自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性E．第二類永動不可能制成，說明機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化【解析】第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機違背了熱傳遞的方向性，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時可能全部轉(zhuǎn)化為機械能．因此，正確選項為A、D、E.【答案】ADE7．下面關(guān)于熵的說法中正確的是()A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度B．在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的C．熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D．熵值越大代表越無序E．一個宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)越多，越無序，熵越小【解析】一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義．系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子向無序程度大的狀態(tài)變化的過程．自然過程的方向性可以表述為：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的熵值不會減小，因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理．因此A、B、D說法正確，C、E說法錯誤．【答案】ABD8．(2023·濟南高二檢測)如圖5是某研究小組為了探究“魚鰾的作用”所制作的裝置．具體制作方法如下：在大號“可樂瓶”中注入半瓶水，在一個小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣(忽略氣體的分子勢能)，將其裝入“可樂瓶”中．通過在水中放鹽改變水的密度后，使氣球恰好懸浮于水中，并擰緊瓶蓋．設(shè)初始時瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同．當(dāng)用手擠壓“可樂瓶”的上半部分時，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：11202304】圖5A．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體壓強變大B．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體溫度不變C．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體體積不變D．緩慢擠壓時，瓶內(nèi)氣體溫度不變E．緩慢擠壓時，氣球下降【解析】快速擠壓氣體時，外界對它做功，來不及熱傳遞，由W＋Q＝ΔU，內(nèi)能增大，溫度上升，體積變小，瓶內(nèi)壓強變大，則A項對，B、C兩項錯；緩慢擠壓時，溫度不變，體積變小，瓶內(nèi)壓強變大，D正確，對氣球來說，壓強也增大，溫度不變，體積必然減小，則重力mg大于浮力ρgV，氣球下降，則E項正確．【答案】ADE二、非選擇題(本題共4小題，共52分，按題目要求作答)9．(12分)一定質(zhì)量的非理想氣體(分子間的作用力不可忽略)，從外界吸收了×105J的熱量，同時氣體對外做了6×105J的功，則：(1)氣體的內(nèi)能________(填“增加”或“減少”)，其變化量的大小為________J.(2)氣體的分子勢能________(填“增加”或“減少”)．(3)分子平均動能如何變化？【解析】(1)因氣體從外界吸收熱量，所以Q＝×105J氣體對外做功6×105J，則外界對氣體做功W＝－6×105J由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－6×105J＋×105J＝－×105J所以物體內(nèi)能減少了×105J.(2)因為氣體對外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負功，氣體的分子勢能增加了．(3)因為氣體內(nèi)能減少了，而分子勢能增加了，所以分子平均動能必然減少了，且分子平均動能的減少量一定大于分子勢能的增加量．【答案】(1)減少×105(2)增加(3)見解析10．(12分)如圖6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的絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，開始時活塞用銷釘固定在汽缸正中央，汽缸內(nèi)被封閉氣體壓強為p.外界大氣壓為p0(p>p0)．現(xiàn)釋放活塞，測得活塞被缸內(nèi)氣體推到缸口時的速度為v0求：圖6(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？【導(dǎo)學(xué)號：11202305】【解析】(1)設(shè)大氣作用在活塞上的壓力為F，則：F＝p0S根據(jù)功的計算式W＝Fl得：W＝eq\f(1,2)p0LS.(2)設(shè)活塞離開汽缸時動能為Ek，則：Ek＝eq\f(1,2)mv2根據(jù)能量守恒定律得：ΔU＝－eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)p0LS＝－eq\f(1,2)(mv2＋p0LS)即內(nèi)能減少了eq\f(1,2)(mv2＋p0LS)．【答案】(1)eq\f(1,2)p0LS(2)內(nèi)能減少了eq\f(1,2)(mv2＋p0LS)11．(12分)(2023·西安高二檢測)如圖7所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A等容變化到狀態(tài)B，再等壓變化到狀態(tài)D.已知在狀態(tài)A時，氣體溫度tA＝327℃.圖7(1)求氣體在狀態(tài)B時的溫度；(2)已知由狀態(tài)B→D的過程，氣體對外做功W，氣體與外界交換熱量Q，試比較W與Q的大小，并說明原因．【解析】(1)氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B由查理定律eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)可得TB＝eq\f(pB,pA)TA＝eq\f(1,2)×(327＋273)K＝300K所以tB＝27℃.(2)由B→D的過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W>0可得Q>W.【答案】(1)27℃(2)Q>W原因見解析12．(16分)(2023·日照高二檢測)如圖8所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為、壓強為的理想氣體．p0和T0分別為大氣的壓強和溫度．已知：氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U＝αT，α為正的常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的．求：圖8(1)缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V1；(2)在活塞下降過程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q.【導(dǎo)學(xué)號：11202306】【解析】(1)在氣體壓強由p＝下降到p0的過程中，氣體體積不變，溫度由T＝變?yōu)門1由查理定律得：eq\f(T1,T)＝eq\f(p0,p)解得：T