第3章 热力学定律 章末检测试卷(3) （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（粤教版2019）

ZHANGMOJIANCESHIJUAN(SAN) 章末检测试卷(三) (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.(2022·深圳市高二期中)关于热力学定律，下列说法中正确的是 A.热量不能从低温物体传到高温物体 B.在一定条件下，物体的温度可以降低到0 K C.第二类永动机违背了热力学第一定律，因而是不可能实现的 D.一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 根据热力学第二定律可知，热量可以从低温物体传到高温物体，只是要引起其他的变化，故A错误； 绝对零度是一切低温物体的极限温度，不可能达到，故B错误； 第二类永动机违背了热力学第二定律，因而是不可能实现的，故C错误； 一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2.(2022·珠海市高二月考)夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒(暴晒过程中内胎容积几乎不变)，车胎极易爆裂。关于这一现象有以下描述，其中正确的是 A.车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果 B.在爆裂前的过程中，气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增 大了 C.在爆裂前的过程中，气体分子的势能增加 D.在车胎突然爆裂的短时间内，气体内能减少 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 车胎爆裂，是由于车胎内气体温度升高，体积保持不变，因此压强增大造成的，气体分子间相互作用力几乎为零，A错误； 在爆裂前的过程中，气体温度升高，大多数气体分子速率增大，满足统计规律，也有少数气体分子速率不变或减小，B错误； 气体分子间相互作用力几乎为零，分子势能为零，在爆裂前的过程中，分子势能也不变，C错误； 在车胎突然爆裂的短时间内，气体对外做功，内能减少，D正确。 3.(2022·肇庆市高二月考)绝热容器内封闭一定质量的理想气体，气体分子的速率分布如图所示，横坐标表示速率v，纵坐标表示某一速率区间的分子数占总分子数的百分比N，经过一段时间，分子的速率分布图由状态①变为②，则由图可知 A.气体的温度一定降低 B.气体的压强一定减小 C.气体的内能一定增大 D.气体一定对外界做功 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 由图像可知，由状态①变为②，分子速率大的分子数占总分子数的百分比在增加，说明气体温度升高，A错误； 对于一定质量的理想气体，不计分子势能， 则温度升高，气体的内能一定增大，C正确； 由于不确定气体体积的变化，故不能确定气体与外界做功情况，D错误。 4.(2022·深圳市高二期中)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是 A.气体在a状态的体积大于在c状态的体积 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对 气体做的功 D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 理想气体的内能由温度决定，而Tc<Ta ，故气体在 状态a的内能大于气体在状态c的内能，B正确。 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 知，cd过程温度不变(内能不变)，则Q＝－W，C错误。 da过程温度升高，即内能增大，则气体吸收的热量大于气体对外做的功，D错误。 5.(2022·江苏南京市高二期中)如图所示气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，气缸和活塞是绝热的，气缸固定不动，一条细线左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后吊着一个装沙的小桶，开始时活塞静止，某时刻开始小桶中的沙缓慢漏出，不计活塞与气缸间的摩擦，则下列说法正确的是 A.气缸内的活塞向右运动 B.气缸内气体的内能变小 C.气缸内气体的压强减小 D.气缸内气体的分子平均动能变大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 设气缸内气体压强为p，以活塞为研究对象受 力分析，根据平衡条件得pS＋F＝p0S，细沙 不断流出时细线拉力F变小，而p0不变，则气 缸内的活塞向左运动，气体体积减小，气体被 压缩，外界对气体做功，由于气缸和活塞是绝热的，由热力学第一定律可知气体的内能变大，温度升高，则气缸内气体的分子平均动能变大，由理想气体状态方程 ＝c，可知p变大，则选项A、B、C错误，D正确。 6.(2022·广州市高二期末)如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，仍浸没在液体中，深度相同，则 A.A球吸收的热量较多 B.B球吸收的热量较多 C.两球吸收的热量一样多 D.两球对外做的功一样多 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 水和水银的初温相同(两球的初温相同)， 当两液体温度同时缓缓地升高到同一值， 二者的末温相同，所以内能变化相同， 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，吸 收的热量除了使内能增加相同的量外还要克服液体的压力做功，由于水银的密度比水的密度大，所以B球吸收的热量较多，故选B。 7.(2022·江苏南京市高二期中)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是 A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C.叶片在热水中吸收的热量大于在空气中释放的热量 D.因为转动的叶片不断搅动热水，所以水温最终会升高 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需 能量不能由转轮自己提供，靠的是记忆合金在 热水中吸收热量发生形变而运转，然后在空气 中释放热量恢复形变进行循环，当热水的温度达不到记忆合金的“变态温度”后需要给水升温，因此消耗能量，故A、B错误； 根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其他变化，故叶片从热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，其吸收的热量用于转轮动能的增加、空气中的放热和机械运转的摩擦损耗等，故C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 转动的叶片不断搅动热水的过程记忆合金吸热发生形变，转出热水需要将能量释放，然后再进入热水吸热，故水温降低，故D错误。 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.(2022·东莞市高二期末)湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。越接近湖面，水的温度越高，气泡内气体可看作理想气体，气泡上升过程中，大气压强不变，以下说法正确的是 A.气泡内气体对外界做功 B.气泡内气体从外界吸收热量 C.气泡内每个气体分子的动能都变大 D.气泡内气体分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 气泡上升过程中，气体内部压强减小，气体体积增大，气泡内气体对外界做功，故A正确； 气泡上升过程中，水的温度升高，气泡内气体的内能增大，即ΔU>0，气体对外界做功，即W<0，由ΔU＝W＋Q，可得Q>0，即气泡内气体从外界吸收热量，故B正确； 温度升高，气泡内分子的平均动能变大，但不是每个分子的动能都变大，故C错误； 随着深度的减小，气泡内气体压强减小，由气体压强的微观定义可得，气体分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，故D正确。 9.(2022·中山市高二期末)一定质量的理想气体经历了ABCDA的循环，其p－V图像如图所示，下列说法正确的是 A.由D到A的过程中，气体对外做功 B.由B到C的过程中，气体温度降低 C.由C到D的过程中，气体吸收热量 D.整个循环过程中D状态气体分子平 均动能最小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ √ 由D到A的过程中，体积的体积不变，气体对外不做功，A错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10.(2022·中山市高二期末)如图所示，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示。则下列说法正确的是 A.冷凝器向环境散失的热量一定大于蒸发 器从冰箱内吸收的热量 B.该过程实现了热量从低温物体向高温物 体传递 C.制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想 气体 D.制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都降低 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ √ √ 根据热力学第一定律，Q1(从低温 物体吸收的热量)＋W(压缩机对 系统做功)＝Q2(向高温物体释放 的热量)，A正确； 这一过程不是自发完成的，蒸发 器和冷凝器两处的热交换方向都 是从高温物体向低温物体，整个 过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但是不满足远离液化的状态，不能看成理想气体，C错误； 在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能降低，制冷剂从气体过渡到液体，分子势能降低，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11.(8分)(2022·广州市高二期末)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若外界环境温度保持不变，气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中，当上下乘客时，气体的内能______(选填“增加”“减少”或“不变”)，气体从(向)外界_____(选填“吸热”或“放热”)；剧烈颠簸时，____________(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功，气体的温度______(选填“升高”“降低”或“不变”)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 不变 放热 外界对气体 升高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，则气体温度不变，内能不变，即ΔU＝0；在气体压缩的过程中，外界对气体做正功，即W>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q<0，所以气体对外放出热量。 剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换，即Q＝0，在气体压缩的过程中，外界对气体做正功，即W>0；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得ΔU>0，即气体的内能增加，温度升高。 12.(6分)(2022·广州市高二期中)如图甲所示，在斯特林循环的p－V图像中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成。B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目______(选填“增大”“减小”或“不变”)。状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图像如图乙所示，则状态A对应的是____(选填“①”或“②”)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 不变 ① 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 由题图知B→C的过程中气体的体积不变，所以密度不变，即单位体积中的气体分子数目不变；因当温度升高，分子热运动加剧，速率较大的分子数所占百分比增高，分布曲线的峰值向速率大的方向移动，即向高速区扩展，峰值变低，曲线变宽，变平坦，由题图甲知状态A的温度低，所以对应的是题图乙中的①。 13.(10分)一定质量的理想气体经历了如图 所示的状态变化，其中B→C为等温线， 气体在状态A时温度为TA＝1 200 K。 (1)求气体在状态C时的温度TC； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 代入题图中数据可得TC＝300 K (2分) 答案　300 K 从A到B，外界对气体做功，有W＝pΔV＝15×104×(8－2)×10－3 J＝900 J (4分) 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝－1 200 J (2分) 即气体放出热量1 200 J。 (2)已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出了多少热量？ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案　放出热量1 200 J 14.(14分)(2022·黑龙江牡丹江市高二期末)如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S，与气缸底部相距L，气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为p0和T0。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦力大小为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求该过程中： (1)内能的增加量ΔU； 答案　Q－(p0S＋f )L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 活塞移动时受力平衡p1S＝p0S＋f， (2分) 气体对外界做功W＝－p1SL， (2分) 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W 解得ΔU＝Q－(p0S＋f )L (2分) (2)最终温度T。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 且V2＝2V1， (2分) 15.(16分)(2022·中山市高二期末)如图所示，一粗细均匀的直 角导热细玻璃管右端封闭，上端开口，水平部分长为2L，竖 直部分长为3L，玻璃管内的横截面积为S，管内用一段水银 柱封闭了一定质量的理想气体，外界的大气压强为p0，当环 境温度为T0时，水平和竖直管中的水银柱长均为L。设高度为L的水银柱产生的压强为np0，理想气体的内能U与温度T的关系为U＝kT，n、k均为已知常数，现缓慢加热管内封闭气体，求： (1)水银柱刚好全部进入竖直管中时封闭气体的温度； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 温度为T0时，封闭气体的压强为p1＝p0＋np0， ①(1分) 体积为V1＝LS， ②(1分) 设水银刚好全部进入竖直管中时封闭气体的温度为T1， 此时封闭气体的压强为p2＝p0＋2np0， ③(1分) 体积为V2＝2LS ④(1分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)从水银柱刚好全部进入竖直管中到水银柱上表面刚好与管的开口处平齐的过程中，封闭气体从外界吸收的热量。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 设管内水银柱与管的开口处平齐时，封闭气体的温度为T2，此时封闭气体的体积为V3＝3LS ⑦(1分) 在封闭气体温度从T1变至T2的过程中，水银柱上移的距离为L，则该过程中气体对外做功为 W＝p2SL ⑩(1分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 由题意可知此过程气体内能的增加量 ΔU＝k(T2－T1) ⑪(1分) 根据热力学第一定律有ΔU＝Q－W ⑫(1分) 根据理想气体状态方程 ＝c，由于不确定气体体积的变化，故不能确定气体压强的变化，B错误； 由理想气体状态方程＝c知p＝T，气体在a、 c两状态的体积相等，A错误。   由B到C的过程中，气体的体积不变，气体的压强减小，根据＝c1，可知气体温度降低，B正确； 由C到D的过程中，气体的体积减小，气体的压强减小，根据理想气体状态方程＝c，可知气体温度降低，气体的内能减小，气体的体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体对外放热，C错误； 整个循环过程中D状态的pV乘积最小，根据理想气体状态方程＝c，可知D状态的温度最低，D状态气体分子平均动能最小，D正确。 根据理想气体状态方程有＝， (2分) 活塞发生移动前，等容过程：＝ (2分) 活塞向右移动了L，等压过程：＝， (2分) 解得T＝T0。 (2分) 答案　t0 答案　 对封闭气体温度从T0变至T1的过程，根据理想气体状态方程有＝  ⑤(1分) 联立①～⑤式解得T1＝  ⑥(2分) 答案　(1＋2n)(＋p0SL) 封闭气体温度从T1变至T2的过程压强不变，根据盖—吕萨克定律有＝ ⑧(1分) 联立④⑦⑧式解得T2＝ ⑨(2分) 联立③⑥⑨⑩⑪⑫可得封闭气体从外界吸收的热量为 Q＝(1＋2n)(＋p0SL)。 (2分) $$