-高中物理第十章熱力學(xué)定律綜合評估（含解析）新人教版選修3-

熱力學(xué)定律限時：90分鐘總分：100分一、選擇題(1－7為單選題，每小題5分；8－10為多選題，每小題6分，共53分)1.如圖所示，活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在直立圓筒形導(dǎo)熱的汽缸中，活塞上堆放細(xì)沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細(xì)沙，使活塞緩慢上升，直到細(xì)沙全部取走．若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略，則在此過程中(C)A．氣體對外做功，氣體溫度一定降低B．氣體對外做功，內(nèi)能一定減少C．氣體壓強(qiáng)減小，內(nèi)能可能不變D．氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增加解析：由于汽缸為導(dǎo)熱的，則可與外界進(jìn)行熱交換，細(xì)沙減少時，氣體膨脹對外做功，可能由于與外界進(jìn)行熱交換吸熱使內(nèi)能不變．2.如右圖所示，一演示用的“永動機(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(D)A．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自身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解析：形狀記憶合金進(jìn)入水后受熱形狀發(fā)生改變而攪動熱水，由能量守恒知能量來源于熱水，故A、B、C錯；由能量守恒知，葉片吸收的能量一部分轉(zhuǎn)化成葉片的動能，一部分釋放于空氣中，故D對．3．熱力學(xué)定律表明自然界中進(jìn)行的熱現(xiàn)象的宏觀過程(D)A．有的只遵守?zé)崃W(xué)第一定律B．有的只遵守?zé)崃W(xué)第二定律C．有的既不遵守?zé)崃W(xué)第一定律，也不遵守?zé)崃W(xué)第二定律D．所有的都遵守?zé)崃W(xué)第一、第二定律解析：熱力學(xué)第一、第二定律是熱力學(xué)的基本定律對所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都成立．故選項(xiàng)D正確，A、B、C錯誤．4．下列說法中正確的是(C)A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．功、熱、內(nèi)能是一樣的C．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它任何變化D．凡是不違反能量守恒定律的過程一定能實(shí)現(xiàn)解析：熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，但要引起其他的變化，選項(xiàng)A錯誤；功、熱、內(nèi)能三者只是單位相同，但是實(shí)質(zhì)上有本質(zhì)的不同，選項(xiàng)B錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，選項(xiàng)C正確；凡是不違反能量守恒定律的過程不一定能實(shí)現(xiàn)，例如第二類永動機(jī)，選項(xiàng)D錯誤；故選C.5.大約在1670年，英國賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動機(jī)”．如圖所示，在斜坡頂上放一塊強(qiáng)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(rèn)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(yùn)動，當(dāng)小球運(yùn)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(jī)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(jī)”，正確的認(rèn)識應(yīng)該是(D)A．符合理論規(guī)律，一定可以實(shí)現(xiàn)，只是實(shí)現(xiàn)時間早晚的問題B．如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯“永動機(jī)”一定可以實(shí)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(qiáng)，則維爾金斯“永動機(jī)”可以實(shí)現(xiàn)D．違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)．6．下列說法正確的是(D)A．當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，分子勢能隨分子間距離的增大而增大B．能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是普遍規(guī)律，但是能量耗散違反能量守恒定律C．溫度高的物體分子平均動能一定大，內(nèi)能也一定大D．熱力學(xué)第二定律指出：在任何自然的過程中，一個孤立的系統(tǒng)的總熵不會減小解析：當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，隨分子間距離的增大，分子力做正功，分子勢能減小，故A錯誤；能量耗散不違反能量守恒，故B錯誤；內(nèi)能是所有分子動能與勢能之和，與溫度和體積都有關(guān)．溫度高的物體分子平均動能一定大，內(nèi)能不一定大，故C錯誤；在任何自然的過程中，一個孤立的系統(tǒng)的總熵一定是增大的，故D正確．7．一定質(zhì)量的氣體在保持壓強(qiáng)恒等于1.0×105Pa的狀況下，體積從20L膨脹到30L，這一過程中氣體從外界吸熱4×103J，則氣體內(nèi)能的變化為(C)A．增加了5×103J B．減少了5×103JC．增加了3×103J D．減少了3×103J解析：氣體等壓膨脹過程對外做功W＝pΔV＝1.0×105Pa×(30－20)×10－3m3＝1.0×103J．這一過程氣體從外界吸熱Q＝4×103J．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，由于氣體對外做功，W應(yīng)取負(fù)值，則可得ΔU＝－1.0×103J＋4.0×103J＝3.0×103J，即氣體內(nèi)能增加3×103J．故正確答案為C.8．奧運(yùn)祥云火炬的燃燒系統(tǒng)由燃?xì)夤?內(nèi)有液態(tài)丙烷)、穩(wěn)壓裝置和燃燒器三部分組成．當(dāng)穩(wěn)壓閥打開以后，燃?xì)庖詺鈶B(tài)形式從氣罐里出來，經(jīng)過穩(wěn)壓閥后進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒．則以下說法中正確的是(AC)A．燃?xì)庥梢簯B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中要對外做功B．燃?xì)庥梢簯B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中分子的分子勢能減少C．燃?xì)庠谌紵胰紵倪^程是熵增加的過程D．燃?xì)馊紵筢尫旁谥車h(huán)境中的能量很容易被回收再利用解析：燃?xì)庥梢簯B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中體積膨脹，對外做功，故A選項(xiàng)正確；燃?xì)庠谂蛎涍^程中克服分子間引力做功，分子勢能增大，故B選項(xiàng)錯誤；由熵增加原理可知C選項(xiàng)正確；由能量耗散可知D選項(xiàng)錯誤．A經(jīng)狀態(tài)C變化到狀態(tài)B.這一過程在V－T圖上表示如圖所示，則(AC)A．在過程AC中，外界對氣體做功，內(nèi)能不變B．在過程CB中，外界對氣體做功，內(nèi)能增加C．在過程AC中，氣體壓強(qiáng)不斷變大D．在過程CB中，氣體壓強(qiáng)不斷變小解析：從圖可看出AC過程是等溫壓縮，CB過程是等容升溫．據(jù)氣態(tài)方程可判斷出：AC過程氣體體積變小，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變，氣體壓強(qiáng)不斷變大；CB過程氣體體積不變，內(nèi)能增加，顯然氣體從外界吸熱，氣體壓強(qiáng)不斷增大．10．根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論可知，下列說法正確的是(BD)A．可以利用高科技手段，將流散到環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其他變化B．理想氣體狀態(tài)變化時，溫度升高，氣體分子的平均動能增大，氣體的壓強(qiáng)可能減小C．布朗運(yùn)動是液體分子的運(yùn)動，溫度越高布朗運(yùn)動越劇烈D．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差可以制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可行的解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律知機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化是有條件的，A項(xiàng)錯．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度越高，分子平均動能越大，而氣體壓強(qiáng)大小宏觀上取決于氣體的溫度與體積，溫度升高，若體積增大，氣體的壓強(qiáng)可能減小，B項(xiàng)正確．布朗運(yùn)動是布朗顆粒的運(yùn)動而非液體分子的運(yùn)動，但它反映了液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性，溫度越高，布朗運(yùn)動越顯著，C項(xiàng)錯誤．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差可以制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，理論上滿足熱力學(xué)第一、第二定律，這在原理上是可行的，D項(xiàng)正確．二、填空題(共12分)11．(6分)(1)一定質(zhì)量的理想氣體，其狀態(tài)變化如圖所示，則A→B過程中氣體放熱，B→C過程中氣體吸熱．(2)某氣體初態(tài)時有100J內(nèi)能，膨脹過程中對外做功30J，同時吸收了20J的熱量，在這過程中內(nèi)能減少(選填“增加”或“減少”)10J.解析：(1)在p－T圖中，等容線是過原點(diǎn)的傾斜直線，且斜率越小，對應(yīng)的體積越大，故VA>VB＝VC.在A→B過程中，體積變小，外界對氣體做功，W為正值；溫度降低，內(nèi)能減少，由ΔU＝W＋Q得該過程放熱；在B→C過程中，氣體做等容變化，做功W＝0；溫度升高，內(nèi)能增加，由ΔU＝W＋Q得該過程吸熱．(2)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝U2－U1＝W＋Q，結(jié)合符號法則及其物理意義有：W＝－30J，Q＝20J，故ΔU＝U2－U1＝－10J，因而內(nèi)能減小了10J.12．(4分)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p－T圖象如圖所示．已知該氣體在狀態(tài)A時的體積為1×10－3m3.①該氣體在狀態(tài)C時的體積為3×10－3_m3；②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B再到狀態(tài)C的過程中，氣體與外界傳遞的熱量為0.解析：①A、B兩狀態(tài)體積相等，則有eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)得：TB＝eq\f(pBTA,pA)，從B到C壓強(qiáng)相同，則：eq\f(VB,TB)＝eq\f(VC,TC)，VC＝eq\f(VBTC,TB)＝eq\f(VBTCpA,pBTA)＝eq\f(VBpA,pB).又因：VB＝VA，故：VC＝3×10－3m3.②由于A到B再到C的過程中溫度降低先向外散熱，再溫度升高從外界吸熱，最后A和C的溫度相同，因此氣體內(nèi)能相同，因此氣體向外界傳遞的熱量為零．13．(2分)能源問題是當(dāng)前熱門話題，傳統(tǒng)的能源——煤和石油，由于儲量有很，有朝一日要被開采完畢，同時在使用過程中也會帶來污染，尋找新的、無污染的能源是人們努力的方向，利用潮汐發(fā)電即為一例．下圖表示的是利用潮汐發(fā)電，左方為陸地和海灣，中間為水壩；其下有通道，水經(jīng)通道可帶動發(fā)電機(jī)．漲潮時，水進(jìn)入海灣，待內(nèi)外水面高度相同，堵住通道如圖甲；潮落至最低點(diǎn)時放水發(fā)電，如圖乙；待內(nèi)外水面高度相同，再堵住通道，直到下次漲潮至最高點(diǎn)，又放水發(fā)電，如圖丙．設(shè)海灣面積為5.0×107m2，高潮與低潮間高度差為3.0m，則一天內(nèi)流水的平均功率為100MW.解析：潮汐發(fā)電其實(shí)質(zhì)就是將海水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能．每次漲潮時流進(jìn)海灣(落潮時流出海灣)的海水的重力為mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10N＝1.5×1012N，其重心高度變化為Δh＝1.5m.一天內(nèi)海水兩進(jìn)兩出，故水流功率為P＝eq\f(4mgΔh,t)＝eq\f(4×1.5×1012,24×3600)W≈1.0×108W＝100MW.三、計(jì)算題(共35分)14．(8分)一定質(zhì)量的氣體，在從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程中，吸收熱量280J，并對外做功120J，試問：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化？(2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了240J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做功多少？答案：(1)內(nèi)能增加160J(2)外界對氣體做功80J解析：(1)由熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J.即內(nèi)能增加160J.(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)，所以氣體從2狀態(tài)回到1狀態(tài)過程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從1狀態(tài)到2狀態(tài)過程中內(nèi)能的變化，則從2狀態(tài)到1狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)減少160J，即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對氣體做功80J.15．(8分)如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體的p－V圖象，氣體狀態(tài)由A經(jīng)B到C的變化過程中，氣體吸收了420J熱量，對外做功400J．已知狀態(tài)A的溫度為300K．求氣體：(1)內(nèi)能改變的數(shù)值；(2)狀態(tài)C的溫度TC.答案：(1)增加20J(2)240K解析：(1)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W＝420J－400J，解得ΔU＝20J.ΔU為正，則氣體內(nèi)能增加20J.(2)由理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)，解得狀態(tài)C的溫度：TC＝240K.16.(9分)如圖所示，為一汽缸內(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沿過程a→c→b到達(dá)狀態(tài)b時，有335J的熱量傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對外界做功126J，求：(1)若沿a→d→b過程，系統(tǒng)對外界做功42J，則有多少熱量傳入系統(tǒng)？(2)若系統(tǒng)由狀態(tài)b沿曲線過程返回狀態(tài)a時，外界對系統(tǒng)做功84J，問系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量傳遞是多少？答案：(1)251J(2)放熱放出293J熱量解析：(1)沿a→c→b過程，ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209J，沿a→d→b過程，ΔU＝W′＋Q′，Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251J，即有251J的熱量傳入系統(tǒng)．(2)由a→b，ΔU＝209J，由b→a，ΔU′＝－ΔU＝－209J，ΔU′＝W″＋Q″＝84J＋Q″，Q″＝(－209－84)J＝－293J，負(fù)號說明系統(tǒng)放出熱量．17．(10分)如圖所示，一導(dǎo)熱汽缸放在水平地面上，其內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體，活塞通過定滑輪與一重物連接，并保持平衡，已知汽缸高度為h，開始時活塞在汽缸中央，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．(汽缸始終未離開地面)求：(1)環(huán)境溫度升高了多少？(2)氣體的