3.7 热力学定律 章末测评验收卷-2024-2025学年高二物理下学期同步培优学案（人教版2019选择性必修第三册）

第3.7节 热力学定律 章末测评验收卷 (时间：90分钟　满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28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．如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高，若活塞固定，吸收热量为；若活塞不固定，吸收热量为，则与的大小关系（　　） A． B． C． D．均有可能 2．下列说法正确的是（　　） A．当分子力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大而增大 B．由热力学第二定律可知，从单一热源吸收热量完全变成功是可能的 C．把玻璃管的裂口尖端放在火焰上烧熔会变钝，是因为重力的作用 D．由热力学第一定律可知，做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 3．如图，一绝热汽缸中理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分，活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦。初始时活塞静止，缓慢倒置汽缸后（　　） A．a的压强减小 B．b的温度降低 C．b的所有分子速率均减小 D．弹簧的弹力一定增大 4．著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验：一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴自由转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着一圈带负电的金属小球，如图所示。当线圈接通直流电源后，圆盘会发生转动，线圈中的电流方向如图中箭头所示。下列说法正确的是（　　） A．电流对静止电荷有作用力 B．磁场对静止电荷有作用力 C．圆盘会发生转动，不符合能量守恒定律 D．变化的磁场可以产生电场 5．下列说法中，不正确的是（    ） A．变化的电场所在空间一定会产生磁场 B．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了电磁场理论 D．在孤立体系中，系统的总熵可能增大，不可能减小 6．关于热力学定律，下列说法错误的是（　　） A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B．对某物体做功，不一定会使该物体的内能增加 C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D．不可能使热量从低温物体传向高温物体 7．一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．在过程中，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 B．在过程中，气体向外界放热 C．在过程中，气体吸收的热量小于 D．气体在一个循环过程中吸收的热量等于 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 8．下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是（　　） A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等 B．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度 D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同 9．如图甲，足够长的传送带与水平面的夹角，皮带在电动机的带动下，速率始终不变。时刻在传送带适当位置放上一个具有初速度的小物块。取沿斜面向上为正方向，物块在传送带上运动的速度随时间的变化如图乙所示。已知小物块质量，g取，下列说法正确的是（　　） A．传送带顺时针转动，速度大小为2m/s B．传送带与小物块之间的动摩擦因数 C．时间内电动机多消耗的电能为36J D．时间因摩擦产生热量为15J 10．一定质量的理想气体从A状态开始，经过A→B→C→D→A，最后回到初始状态A，各状态参量如图所示。下列说法正确的是（　　） A．A状态到C状态气体吸收热量 B．B状态到C状态气体分子的平均动能减小 C．B→C过程气体对外做功大于C→D过程外界对气体做功 D．气体在整个过程中从外界吸收的总热量可以用ABCD的面积来表示 三、非选择题(本题共4小题，共54分。) 11．(10分)已知某台汽油机的效率是，如果这台汽油机用来做有用功的能量是，则这段时间里汽油机消耗了多少汽油？已知汽油的热值为，且汽油完全燃烧。 12．(14分)如图甲所示的汽缸内，用质量为的活塞封闭着一定质量的理想气体，汽缸内空气柱长度为，初始温度为。如图乙所示，现把汽缸开口向上，竖直放在水平地面上，气体温度仍为，活塞静止时，汽缸内空气柱长度为（未知）。大气压强恒为，重力加速度为。活塞的横截面积为S，它与汽缸之间无摩擦且不漏气。已知容器内气体内能变化量与温度变化量的关系式为为已知常数。 (1)求空气柱长度； (2)若在如图乙所示状态下，对气体加热，使活塞缓慢上升，求在空气柱长度变为的过程中，气体吸收的热量。 13．(14分)载人潜水器是进入“无人区”的科考利器。某科技小组深受启发，自己动手制作了潜水器模型。如图所示，高压气瓶通过细管与压载水箱连接，压载水箱通过通海口（细管）通向外界，连接各部分的细管容积不计。压载水箱中有一厚度忽略不计的轻活塞，在地面先将高压空气充入高压气瓶中，关闭阀门K，此时活塞在压载水箱最右端。压载水箱通过通海口装满水后，潜水器下沉到水下h＝10 m处悬停，通过遥控器将阀门K打开，高压气瓶中的气体缓慢膨胀推动活塞，刚好能够将压载水箱中的水全部排出，已知高压气瓶的容积为1L，压载水箱的容积为4L，大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g＝10 m/s2。若气体温度不变，活塞与水箱间的摩擦力忽略不计，求： (1)高压气瓶中气体的初始压强为大气压的多少倍； (2)气体膨胀过程吸收的热量。 14．(16分)如图所示一足够高绝热汽缸放置于水平地面上，固定在缸壁上导热隔板A和可动绝热活塞B在汽缸内形成两个封闭空间，活塞B与缸壁的接触光滑但不漏气，B的上方为大气，A与B之间以及A与缸底之间都充满质量相同的同种理想气体。系统在开始时处于平衡状态，A与缸底空间有电炉丝E对气体缓慢加热，活塞B质量为m，活塞截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，开始AB相距H，汽缸内气体温度为T。在加热过程中： (1)A、B之间的气体经历 （填等容、等压或等温）过程，A以下气体经历 （填等容，等压或等温）过程； (2)气体温度上升至2T，活塞B上升的高度？ (3)气体温度上升至2T，AB间的气体吸收的热量与A以下气体净吸收的热量之差为多少？ 2 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3.7节 热力学定律 章末测评验收卷 (时间：90分钟　满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28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．如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高，若活塞固定，吸收热量为；若活塞不固定，吸收热量为，则与的大小关系（　　） A． B． C． D．均有可能 【答案】B 【详解】对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即 第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功 由热力学第一定律 可知 第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功 由热力学第一定律 可知 故选B。 2．下列说法正确的是（　　） A．当分子力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大而增大 B．由热力学第二定律可知，从单一热源吸收热量完全变成功是可能的 C．把玻璃管的裂口尖端放在火焰上烧熔会变钝，是因为重力的作用 D．由热力学第一定律可知，做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 【答案】B 【详解】A．当分子力表现为引力时，随分子间距离增大，分子力可能先增大后减小，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是要引起其他的变化，故B正确； C．把玻璃管的裂口尖端放在火焰上烧熔会变钝，是因为液体表面张力的作用，故C错误； D．根据热力学第一定律可知，做功与热传递都可以改变物体的内能，所以做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递也不一定会改变内能，故D错误。 故选B。 3．如图，一绝热汽缸中理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分，活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦。初始时活塞静止，缓慢倒置汽缸后（　　） A．a的压强减小 B．b的温度降低 C．b的所有分子速率均减小 D．弹簧的弹力一定增大 【答案】B 【详解】ABC．初始时活塞静止，缓慢倒置汽缸后，a部分气体体积减小，b部分气体体积增大，故a的压强增大，b的压强减小，由于是绝热汽缸和绝热活塞，则 根据热力学第一定律 可得 ， 则a的温度升高，b的温度降低，b的气体分子的平均速率减小，并不是所有分子速率均减小，故AC错误，B正确； D．由于不知初始状态，a、b两部分气体的压强以及弹簧处于哪种状态，所以无法判断倒置汽缸后弹簧的弹力的变化，D错误。 故选B。 4．著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验：一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴自由转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着一圈带负电的金属小球，如图所示。当线圈接通直流电源后，圆盘会发生转动，线圈中的电流方向如图中箭头所示。下列说法正确的是（　　） A．电流对静止电荷有作用力 B．磁场对静止电荷有作用力 C．圆盘会发生转动，不符合能量守恒定律 D．变化的磁场可以产生电场 【答案】D 【详解】AB．静止电荷不受电流和磁场的作用，故AB错误； CD．线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生变化的电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动。因线圈中电流沿顺时针且增大，根据安培定则可知有垂直于线圈向下的磁场，从而产生向上的感应磁场，则有逆时针方向的电场，使带负电小球受到顺时针方向的电场力，即沿顺时针方向转动。圆盘的转动的能量最初能量来源是由于电能的转化而来，所以符合能量守恒定律，故D正确，C错误。 故选D。 5．下列说法中，不正确的是（    ） A．变化的电场所在空间一定会产生磁场 B．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了电磁场理论 D．在孤立体系中，系统的总熵可能增大，不可能减小 【答案】B 【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。故A正确，与题意不符； B．红外线、可见光、紫外线都是电磁波，超声波是机械波，不是电磁波。故B错误，与题意相符； C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了电磁场理论。故C正确，与题意不符； D．根据熵增原理，在孤立体系中，系统的总熵可能不变，可能增大，不可能减小。故D正确，与题意不符。 本题选不正确的，故选B。 6．关于热力学定律，下列说法错误的是（　　） A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B．对某物体做功，不一定会使该物体的内能增加 C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D．不可能使热量从低温物体传向高温物体 【答案】D 【详解】A．做功或热传递是改变物体内能的两种方式，故A正确，不符合题意； B．对某物体做功同时物体可能向外传递热量，所以不一定会使该物体的内能增加，故B正确，不符合题意； C．根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其它变化，但是如果可以引起其它变化，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，故C正确，不符合题意； D．根据热力学第二定律可知，不可能自发地使热量从低温物体传向高温物体，但在外界的作用下，能使热量从低温物体传向高温物体，故D错误，符合题意。 故选D。 7．一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．在过程中，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 B．在过程中，气体向外界放热 C．在过程中，气体吸收的热量小于 D．气体在一个循环过程中吸收的热量等于 【答案】C 【详解】将题中的图像转化为 图像如图所示 A．在a→b过程中，气体压强不变，根据理想气体状态方程有 体积减小，则温度降低，则分子的平均动能减小，即平均撞击力减小，故单位时间与单位面积器壁碰撞的分子数增多，故A错误； B．在b→c过程中，气体做等容变化，体积不变，压强增大，根据理想气体状态方程可知，温度升高，气体内能增大，由热力学第一定律有 由于气体体积不变，做功为0，可知，气体增加的内能等于从外界吸收的热量，故B错误； C．在过程中，由 可得 由于图像过程图像的延长线过原点，此过程为等温变化，体积增大，气体对外做功，气体内能不变，故气体吸收的热量等于气体对外界所做的功，根据图像与坐标轴所围面积表示做功大小可知，再此过程中气体对外界做的功 故C正确； D．同理在一个循环过程中，内能不变，气体对外做功等于吸收的热量，而对外做的功 故D错误。 故选C。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 8．下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是（　　） A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等 B．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度 D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同 【答案】CD 【详解】A．物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同， A错误； B．温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，故选项B错误； C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度，C正确； D．做功和热传递都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，热传递是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确。 故选CD。 9．如图甲，足够长的传送带与水平面的夹角，皮带在电动机的带动下，速率始终不变。时刻在传送带适当位置放上一个具有初速度的小物块。取沿斜面向上为正方向，物块在传送带上运动的速度随时间的变化如图乙所示。已知小物块质量，g取，下列说法正确的是（　　） A．传送带顺时针转动，速度大小为2m/s B．传送带与小物块之间的动摩擦因数 C．时间内电动机多消耗的电能为36J D．时间因摩擦产生热量为15J 【答案】AC 【详解】A．从v－t图像可知，小物块最终随传送带一起匀速运动，说明传送带的速度为2m/s，因为取沿斜面向上为正方向，所以传送带顺时针转动，故A正确； B．由图可知时间内小物块的加速度为 a＝1m/s2 对物块受力分析，可得 μmgcosθ－mgsinθ＝ma 解得 μ＝ 故B错误； D．物块运动速度减为零后，反向加速经历时间为 结合v－t图像可得 t2＝3s 根据v－t图像图线与横轴围成面积表示位移可得物块向下运动过程中的位移为 故物块向下运动过程中与传送带间的相对位移为 物块向上运动过程中的位移为 物块向上运动过程中与传送带间的相对位移为 所以传送带与物块的总相对位移为 =4.5m 所以时间因摩擦产生热量为 Q＝μmgcosθ·Δs＝27J 故D错误； C．物块增加的重力势能 ΔEp＝mgsinθ·(x2-x1)＝7.5J 物块动能的增量 ΔEk＝mv2－mv02＝1.5J 则传送带多消耗的电能 W电＝Q＋ΔEp＋ΔEk＝36J 故C正确。 故选AC。 10．一定质量的理想气体从A状态开始，经过A→B→C→D→A，最后回到初始状态A，各状态参量如图所示。下列说法正确的是（　　） A．A状态到C状态气体吸收热量 B．B状态到C状态气体分子的平均动能减小 C．B→C过程气体对外做功大于C→D过程外界对气体做功 D．气体在整个过程中从外界吸收的总热量可以用ABCD的面积来表示 【答案】ABD 【详解】A．根据理想气体状态方程有 可得 则A状态到C状态的内能增大，又此过程气体膨胀对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸热，故A正确； B．根据理想气体状态方程有 可得 则B状态气体分子平均动能大于C状态气体分子平均动能，故B正确； C．根据p − V图像与横轴围成的面积表示做功大小，则B→C过程气体对外做功满足 C→D过程外界对气体做功 可知B→C过程气体对外做功小于C→D过程外界对气体做功，故C错误； D．气体从A状态开始，经过A→B→C→D→A，最后回到初始状态A，由于气体的内能变化为0，根据热力学第一定律可知，气体在整个过程中从外界吸收的总热量等于气体对外界做的功，即可以用ABCD的面积来表示，故D正确。 故选ABD。 三、非选择题(本题共4小题，共54分。) 11．(10分)已知某台汽油机的效率是，如果这台汽油机用来做有用功的能量是，则这段时间里汽油机消耗了多少汽油？已知汽油的热值为，且汽油完全燃烧。 【答案】10g 【详解】热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比 消耗的汽油质量 12．(14分)如图甲所示的汽缸内，用质量为的活塞封闭着一定质量的理想气体，汽缸内空气柱长度为，初始温度为。如图乙所示，现把汽缸开口向上，竖直放在水平地面上，气体温度仍为，活塞静止时，汽缸内空气柱长度为（未知）。大气压强恒为，重力加速度为。活塞的横截面积为S，它与汽缸之间无摩擦且不漏气。已知容器内气体内能变化量与温度变化量的关系式为为已知常数。 (1)求空气柱长度； (2)若在如图乙所示状态下，对气体加热，使活塞缓慢上升，求在空气柱长度变为的过程中，气体吸收的热量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）汽缸竖直放置时，对活塞受力分析，有 解得 汽缸从水平放置到竖直放置，气体发生等温变化，有 解得 （2）若汽缸竖直放在水平地面上时对气体加热，气体发生等压变化，则 解得 气体的内能变化量 外界对气体做的功 根据热量学第一定律有 解得 13．(14分)载人潜水器是进入“无人区”的科考利器。某科技小组深受启发，自己动手制作了潜水器模型。如图所示，高压气瓶通过细管与压载水箱连接，压载水箱通过通海口（细管）通向外界，连接各部分的细管容积不计。压载水箱中有一厚度忽略不计的轻活塞，在地面先将高压空气充入高压气瓶中，关闭阀门K，此时活塞在压载水箱最右端。压载水箱通过通海口装满水后，潜水器下沉到水下h＝10 m处悬停，通过遥控器将阀门K打开，高压气瓶中的气体缓慢膨胀推动活塞，刚好能够将压载水箱中的水全部排出，已知高压气瓶的容积为1L，压载水箱的容积为4L，大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g＝10 m/s2。若气体温度不变，活塞与水箱间的摩擦力忽略不计，求： (1)高压气瓶中气体的初始压强为大气压的多少倍； (2)气体膨胀过程吸收的热量。 【答案】(1)10倍 (2)800 J 【详解】（1）对封闭的气体，经历等温过程 p1V1＝p2V2 其中V1＝1L，V2＝5L，p2＝p0＋ρgh＝2×105 Pa 代入数据得 p1＝1.0×106 Pa＝10p0 （2）根据 ΔU＝W＋Q 由于等温变化 ΔU＝0，Q＝－W 气体对外做功 W＝－p2ΔV＝－2×105×4×10-3 J＝－800 J 所以 Q＝800 J 即吸收800 J的热量。 14．(16分)如图所示一足够高绝热汽缸放置于水平地面上，固定在缸壁上导热隔板A和可动绝热活塞B在汽缸内形成两个封闭空间，活塞B与缸壁的接触光滑但不漏气，B的上方为大气，A与B之间以及A与缸底之间都充满质量相同的同种理想气体。系统在开始时处于平衡状态，A与缸底空间有电炉丝E对气体缓慢加热，活塞B质量为m，活塞截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，开始AB相距H，汽缸内气体温度为T。在加热过程中： (1)A、B之间的气体经历 （填等容、等压或等温）过程，A以下气体经历 （填等容，等压或等温）过程； (2)气体温度上升至2T，活塞B上升的高度？ (3)气体温度上升至2T，AB间的气体吸收的热量与A以下气体净吸收的热量之差为多少？ 【答案】(1) 等压 等容 (2) (3) 【详解】（1）[1][2] 当加热A中气体时，A中气体温度升高，体积不变，为等容过程；因隔板A为导热的，则B中气体吸收热量，温度升高，压强不变，为等压过程； （2）根据等压变化可得 解得 （3）根据 A以下气体可得 AB之间气体 解得 2 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$