第三章 热力学定律 章末综合检测(Word练习)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019 江苏专用）

 [章末综合检测]

(时间：75分钟　满分：100分)

一、单项选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)

1．某校中学生参加某电视台“异想天开”节目的活动，他们提出了下列四个设想方案，从理论上讲可行的是(　 )

A．制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响

B．制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下

C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝

D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题

解析：选D　根据热力学第二定律知，在不产生其他影响时，内能不能全部转化为机械能，因此从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响是不可能实现的，选项A错误；绝对零度是温度的极值，是不能达到的，选项B错误；有害气体和空气不可能自发地分离，选项C错误；可以有效利用太阳能进行发电和加热，选项D正确。

2．关于能量和能源，下列说法正确的是(　 )

A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造

B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源

C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性

D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质提升了

解析：选C　根据能量守恒定律，能量是不能够被创造的，选项A错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能量的品质在降低，所以还需要节约能源，选项B错误；根据热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项C正确；能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了，选项D错误。

3．对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(　 )

A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收80 J的热量，则它的内能增大20 J

B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少

C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体

D．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律

解析：选D　根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋80 J＝－20 J，它的内能减小20 J，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，故C错误；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，故D正确。

4．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV～20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　 )

A．化学能转化为电能　　 B．内能转化为电能

C．光能转化为电能  D．机械能转化为电能

解析：选D　转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，所以压电陶瓷片将机械能转化为电能，所以D正确。

5．水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　 )

A．压强变大　　　　 B．对外界做功

C．对外界放热  D．分子平均动能变大

解析：选B　在水向外不断喷出的过程中，罐内气体体积增大，则气体对外做功，根据玻意耳定律可知，罐内气体的压强减小， 选项A错误，B正确；由于罐内气体温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU知，W<0，则Q>0，因此气体吸热，选项C错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均动能不变，选项D错误。

6．下列说法正确的是(　 )

A．机械能全部变成内能是不可能的

B．第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式

C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体

D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的

解析：选D　机械能可以全部转化为内能，故A项错误；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B项错误；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C项错误；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项正确。

7.某同学用橡皮塞塞紧饮料瓶，并用打气筒向饮料瓶内打气，装置如图所示。当压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结，产生这一现象的原因是饮料瓶中气体(　 )

A．体积增大，温度升高　　 B．动能增大，温度升高

C．对外做功，温度降低  D．质量减少，温度降低

解析：选C　压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，过程时间极短，可以认为是绝热过程，对外界没有吸放热，即Q＝0，瓶内气体膨胀，对外做功，W<0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，可知ΔU<0，气体内能减小，温度降低，故C选项正确。

8．某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉气门芯放气与放气后静置一段时间的整个过程中内能的变化情况，车胎内气体温度随时间变化的情况如图所示。可获取的信息是(　 )

A．从开始打气到打气结束的过程中由于气体对外做功，内能迅速增大

B．打气结束到拔出气门芯前由于气体对外做功，其内能缓慢减少

C．拔掉气门芯后，气体冲出对外做功，其内能急剧减少

D．放气后静置一段时间由于再次对气体做功，气体内能增大

解析：选C　从开始打气到打气结束的过程中外界对车胎内气体做功，故A错误；打气结束到拔出气门芯前由于传热车胎内气体温度下降，内能减少，故B错误；拔掉气门芯后车胎内气体冲出对外界做功，气体内能急剧减少，故C正确；放气后静置一段时间由于传热车胎内气体温度上升，故D错误。

9．图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程，图中ab的延长线过原点，则下列说法不正确的是(　 )

A．气体从状态a到b的过程，气体体积不变

B．气体从状态b到c的过程，一定从外界吸收热量

C．气体从状态d到a的过程，气体的内能减小

D．气体从状态d到a的过程，气体对外界做功

解析：选D　因为p -T图像中ab的延长线过原点，所以从状态a到b，气体发生的是等容变化，气体的体积不变，故A正确，不符合题意；从状态b到c，温度升高，气体压强不变，根据理想气体状态方程＝C可知体积增加，体积增加说明气体对外做功，温度升高说明气体内能增加，根据热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q可知气体吸收热量，故B正确，不符合题意；从状态d到a，图线上各点与原点连线的斜率变大，则气体体积变小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。

10.一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0,2p0)。以下判断正确的是(　 )

A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功

B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量

C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量

D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量

解析：选C　气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，在b→c过程中体积增大，气体对外做功，根据p-V图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A错误；气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程＝C可知，a、b两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在b→c过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程＝C可知，c状态的温度高于b状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在a→b过程中吸收的热量小于气体在b→c过程中吸收的热量，选项B错误；气体在c→a的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C正确；由理想气体状态方程＝C可知，a、b两个状态温度相等，内能相等，所以气体在c→a的过程中内能的减少量等于气体在b→c过程中内能的增加量，选项D错误。

二、非选择题(本题共5小题，共60分)

11．(8分)若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用传热的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应吸收或放出多少热量？

解析：做功和传热在改变物体内能上是等效的，对物体做1 200 J的功可使物体温度升高3 ℃，如用传热方式，也使物体温度升高3 ℃，也应吸收1 200 J的热量。如对物体做功3 000 J，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃需要的功或热量应为E，由1 200 J＝cm×(3 ℃)，E＝cm×(5 ℃)，得E＝2 000 J，因此物体应放出1 000 J的热量。

答案：1 200 J　放出1 000 J的热量

12．(8分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。高压爆米花的原理为：玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，嘭的一声，气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1＝27 ℃，大气压为p0。已知密闭容器打开盖前的气体压强达到4p0。

(1)将封闭容器内的气体看成理想气体，求打开盖前容器内气体的温度；

(2)假定在一次打开的过程中，容器内的气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，则容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？

解析：(1)根据查理定律＝

p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0

整理得T2＝1 200 K，t2＝927  ℃。

(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，

得ΔU＝－20 kJ－15 kJ＝－35 kJ

故内能减少35 kJ。

答案：(1)927 ℃　(2)内能减少，减少了35 kJ

13．(13分)竖直放置的导热汽缸用轻绳悬挂在空中，质量为M。内部封闭着质量一定的理想气体，气体温度为T0，活塞横截面积为S，与汽缸底部相距为H0，周围环境温度缓慢上升到T1，已知此气体的内能表达式为U＝kT，k为常数，大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸间的摩擦。求：

(1)温度为T1时活塞到缸底的距离等于多少？

(2)此过程吸热Q是多少？

解析：(1)周围环境温度缓慢上升过程，缸内气体做等压变化＝

解得活塞到缸底的距离H′＝。

(2)气体对外界做功为

W＝－(p0S－Mg)(H′－H0)

根据题意有ΔU＝kT1－kT0

根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q

解得Q＝k(T1－T0)＋(p0S＋Mg)(H′－H0)

代入H′可得

Q＝k(T1－T0)＋。

答案：(1)

(2)k(T1－T0)＋

14．(15分)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p -V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃。求：

(1)该气体在状态C时的温度为多少摄氏度？

(2)该气体从状态B到C的过程中外界对气体做的功？

(3)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？

解析：(1)A→C由理想气体状态方程得

＝

代入数据得TC＝300 K

即tC＝27 ℃。

(2)从B到C，气体的体积减小，外界对气体做正功

在体积变化任意极小体积ΔV过程中，外界对气体做的功为W＝pΔV

由p-V图线与横轴所围成的面积可得W＝1 200 J。

(3)由于TA＝TC，该理想气体在状态A和状态C内能相等，即ΔU＝0

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q

可解得Q＝－1 200 J

由于Q为负，所以气体向外界放出热量，传递的热量为1 200 J。

答案：(1)27 ℃　(2)1 200 J

(3)放热，放出的热量为1 200 J

15．(16分)某同学家新买了一台双门电冰箱，冷藏室容积107 L，冷冻室容积118 L，假设室内空气为理想气体。

(1)若室内空气摩尔体积为22.5×10－3 m3/mol，阿伏加德罗常量为6.0×1023 mol－1，在家中关闭冰箱密封门后，电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子？

(2)若室内温度为27 ℃，大气压为1×105 Pa，关闭冰箱密封门通电工作一段时间后，冷藏室温度降为6 ℃，冷冻室温度降为－9 ℃，此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差多大？

(3)冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部，请分析说明这是否违背热力学第二定律。

解析：(1)分子个数N＝NA＝6.0×1024个。

(2)气体状态参量为

T1＝(273＋27)K＝300 K

p1＝1×105 Pa

T2＝(273＋6)K＝279 K

T3＝(273－9)K＝264 K

气体体积不变，根据查理定律得＝＝

代入数据解得p2＝9.3×104 Pa

p3＝8.8×104 Pa

压强差：Δp＝p2－p3＝5.0×103 Pa。

(3)不违背热力学第二定律，因为热量不是自发地由低温的冰箱内部向高温的冰箱外部传递的，且冰箱工作过程中要消耗电能。

答案：(1)6.0×1024个　(2)5.0×103 Pa

(3)见解析