第3章 热力学定律章 水平测评-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册作业与测评word（人教版2019）

第三章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题，只有一个选项符合题意；第8～10题，有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对而不全的得3分，错选或不选的得0分) 1．下列生活实例中通过传热改变物体内能的是(　　) A．野外生存中利用钻木取火 B．暖手宝可以使手变得暖和 C．搓搓手可以让手变得暖和 D．铁钉被锤子敲打后会升温 答案　B 解析　野外生存中利用钻木取火是通过做功改变物体内能，A错误；暖手宝可以使手变得暖和是通过传热改变物体内能，B正确；搓搓手可以让手变得暖和是通过做功改变物体内能，C错误；铁钉被锤子敲打后会升温是通过做功改变物体内能，D错误。 2.如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物相连并处于静止状态，此时活塞到缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦不计，则在此过程中气体内能的增加量为(　　) A．70 J B．60 J C．50 J D．10 J 答案　C 解析　活塞移动过程中，汽缸内气体对外界做功W＝Fh＝pSh＝10 J，根据热力学第一定律有，ΔU＝Q＋(－W)＝60 J－10 J＝50 J，C正确。 3.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　) A．气体体积膨胀，内能增加 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体分子势能增加，压强可能不变 D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中 答案　D 解析　气体的膨胀过程没有热交换，即Q＝0；由于容器Q内为真空，所以气体膨胀不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，A、B错误。由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积变大时，分子引力做负功，分子势能增加，由此进一步推断分子平均动能减小，温度降低；由＝C，体积变大、温度降低，则气体压强变小，所以C错误。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，所以D正确。 4.如图所示，A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是(　　) A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．A管内水银的重力势能小于B管内水银的重力势能 C．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 D．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 答案　C 解析　两种情况下槽内水银体积减小量相同，则大气压对水银槽内的水银做的功相同，大气压对水银做的功一部分转化为管内水银的重力势能，另一部分转化为水银的内能，由于A管内的水银重心高，故A管内水银的重力势能大于B管内水银的重力势能，则A中水银的内能增量小于B中水银的内能增量，故C正确，A、B、D错误。 5.如图所示为某品牌的气压式电脑椅，其主要构造是由汽缸和活塞及汽缸内的封闭气体组成，汽缸及活塞为导热材料制成。人坐下时，向下压活塞，使气体体积减小；人离开椅子后，汽缸内的气体体积增大将椅子顶起。假设汽缸内的气体可视为理想气体，周围环境温度及大气压强恒定，忽略一切摩擦，则下列说法正确的是(　　) A．人迅速坐下时，缸内气体的温度一定不变 B．人坐在椅子上不动，当环境温度降低，气体的压强将减小 C．人离开椅子后，足够长时间内，汽缸内的气体对外做的功一定等于气体吸收的热量 D．人离开椅子后，足够长时间内，汽缸内气体吸收的热量一定比对外做的功少，否则违背了热力学第一定律 答案　C 解析　人迅速坐下时，外界对气体做功，气体还没来得及与外界充分发生热量交换，所以缸内气体的内能增大，则其温度升高，故A错误；人坐在椅子上不动，则人处于平衡状态，受力分析可知气体的压强不发生变化，故B错误；人离开椅子后，经过足够长时间，气体的温度和外界温度相等，可知气体的内能不变，即ΔU＝0，受力分析知气体压强减小，故体积增大，则气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得Q＝－W＞0，可知汽缸内的气体对外做的功一定等于气体吸收的热量，故C正确，D错误。 6．如图，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，已知在此过程中，气体内能减少了300 J，则该过程中气体(　　) A．吸收220 J的热量 B．释放220 J的热量 C．吸收380 J的热量 D．释放380 J的热量 答案　B 解析　由图可知，气体从状态A变化到状态B为等压过程，气体膨胀对外界做功，则外界对气体做功为W＝－pΔV＝－0.4×105×(4.0－2.0)×10－3 J＝－80 J，根据热力学第一定律可知，气体内能变化量为ΔU＝Q＋W＝－300 J，则Q＝ΔU－W＝－220 J，即该过程气体释放220 J的热量，故选B。 7．一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V­T图像如图所示。已知该气体在状态B的压强为2.0×105 Pa。下列说法正确的是(　　) A．状态A→B过程是等容变化 B．状态B→C过程是等温变化 C．状态A→B过程气体吸热 D．状态B→C过程气体对外做功200 J 答案　A 解析　由题图可知，状态A→B过程体积不变，是等容变化，则气体不做功，温度逐渐降低，所以内能减小，根据热力学第一定律，可知该过程气体放热，A正确，C错误；又由题图知，＝，则BC直线过原点，所以状态B→C过程是等压变化，气体对外做功的大小为W＝p(VC－VB)，解得W＝400 J，B、D错误。 8．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在压缩过程中(　　) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体分子平均动能增大 答案　BD 解析　压缩过程时间较短，气体来不及吸放热，Q＝0，外界对气体做正功，W>0，由热力学第一定律知ΔU>0，故气体内能增大，温度升高，气体分子平均动能增大，又气体体积减小，根据＝C，则压强变大，故A、C错误，B、D正确。 9．根据热力学定律，下列说法正确的是(　　) A．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律，电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 答案　BC 解析　根据热力学第二定律知，科技的进步不可能使内燃机成为单一热源的热机，A错误；空调机在制冷过程中，通过电流做功W，从室内吸收热量Q1然后将其释放到室外，同时电功W的一部分转化为热量Q2释放到室外，则空调机从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B正确；热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律，电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能，C正确；对能源的过度消耗将形成能源危机，是因为能量品质下降了，但自然界的总能量守恒，D错误。 10．一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p­T图像如图所示，已知该气体在状态A时的体积为1×10－3 m3，则下列说法中正确的是(　　) A．状态A的气体体积比状态B的气体体积大 B．该气体在状态C时的体积为3×10－3 m3 C．该气体从状态A到状态B的过程中对外界放热 D．该气体从状态A到状态B再到状态C的过程中，气体向外界放出的热量为200 J 答案　BC 解析　根据＝C有p＝T，由p­T图可知直线AB的延长线过原点，则A、B两状态的气体体积相等，A错误；A、C两状态温度相同，根据pAVA＝pCVC可得VC＝＝3×10－3 m3，B正确；气体从状态A到状态B体积不变，做功为0，温度降低，则内能减小，根据热力学第一定律可知，气体对外界放热，C正确；该理想气体在状态A和状态C的温度相同，即内能相等，由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W＝0，从状态A到状态B的过程，气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，从状态B到状态C的过程，气体体积增大，对外界做功，故整个过程气体吸收热量，且吸收的热量为Q＝－W＝－(－pΔV)＝pC·(VC－VB)＝pC·(VC－VA)＝200 J，D错误。 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、填空题(本题共2小题，共12分) 11．(6分)夏天的中午在某深水池塘中有一气泡从池塘底部逐渐浮出水面，已知池塘中水的温度随着深度的增加有一定程度的减小，气泡上升的速度比较慢，则此过程中气泡内气体分子与气泡壁单位面积单位时间的碰撞次数________(填“增加”或“减小”)，气泡内气体与外界的热量交换形式为________(填“放出”或“吸收”)热量。(气泡内气体可以看作理想气体) 答案　减小　吸收 解析　气泡在上浮的过程中周围水的温度有所增加，由于气泡上升得比较慢，所以气体与周围水的温度相同，气泡内气体的温度升高，气体分子的热运动变剧烈，气体分子与气泡壁的平均撞击力变大，由于上浮过程中气泡内气体的压强逐渐减小，根据气体压强的微观解释可知，气泡内气体分子与气泡壁单位面积单位时间的碰撞次数减小。在气泡上浮过程中气体内能增大，即ΔU>0，由＝C知气泡内气体的体积变大，对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得Q＝ΔU－W>0，所以气泡内气体要从外界吸收热量。 12．(6分)在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水蒸气，其体积由1.043 cm3变为1676 cm3。在物理学中，单位质量的物质在一定温度下从液态变成气态时，所吸收的热量叫作汽化热。已知水的汽化热为L＝2263.8 J/g，一个标准大气压p＝1.013×105 Pa。在一个标准大气压下，1 g水在沸腾汽化的过程中，对空气做的功为________ J，增加的内能为________ J。(结果保留一位小数) 答案　169.7　2094.1 解析　取1 g水为研究系统，1 g水等压(大气压)膨胀时对外界做的功W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1676－1.043)×10－6 J≈169.7 J，吸收的热量Q＝mL＝1×2263.8 J＝2263.8 J，根据热力学第一定律，增加的内能ΔU＝Q＋(－W)＝2263.8 J＋(－169.7 J)＝2094.1 J。 三、计算与解答题(本题共3小题，共38分。解答中应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不给分) 13.(10分)如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时被封闭的气柱的长度为32 cm，某同学用力向下压缩气体，使封闭气柱的长度变为12 cm，该同学对活塞做90 J的功，大气压强为p＝1×105 Pa，活塞的横截面积S＝10 cm2，不计活塞的重力和摩擦，若以适当的速度压缩气体，在此过程中向外散热20 J，则气体内能变化了多少？ 答案　增加了90 J 解析　大气压力对活塞做功 W0＝pΔV＝1×105×(0.32－0.12)×10×10－4 J＝20 J 该同学对气体做功W＝90 J 故外界对气体做功为W总＝W0＋W＝110 J 由热力学第一定律得 ΔU＝W总＋Q＝110 J＋(－20) J＝90 J， 即气体内能增加，增加了90 J。 14．(12分)一定质量的理想气体从状态A→B，再从状态B→C，最后从状态C→A完成一次循环，如图所示。已知状态A时气体的温度TA＝900 K。 (1)求气体从状态B→C的过程中，气体做的功WBC； (2)已知气体从状态A→B→C→A的过程中，外界对气体做的功WCA＝3.6×105 J，试说明该过程中气体是吸热还是放热，求吸(或放)了多少热量？ 答案　(1)2×105 J　(2)放热　1.6×105 J 解析　(1)气体从状态B→C做等压变化，且体积增大，所以气体对外做功，WBC＝pBΔVBC＝1×105×(3－1) J＝2×105 J。 (2)气体从状态A→B→C→A，内能不变，即ΔU＝0 已知气体从状态A→B做等容变化，气体不做功；气体从状态B→C对外界做的功WBC＝2×105 J；C→A的过程中，外界对气体做的功WCA＝3.6×105 J，由热力学第一定律可得ΔU＝Q－WBC＋WCA 代入数据解得Q＝－1.6×105 J 即气体放出了1.6×105 J的热量。 15.(16分)某充气式座椅简化模型如图所示，质量相等且导热良好的两个汽缸通过活塞封闭质量相等的两部分同种气体A、B，活塞通过轻弹簧相连静置在水平面上，已知汽缸的质量为M，封闭气体的初始高度均为L、初始环境温度为T0，轻弹簧的劲度系数为k、原长为L0，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的横截面积为S、质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限度内，活塞始终未脱离汽缸。 (1)求初始时A气体的压强； (2)若环境温度缓慢升至1.2T0，求稳定后活塞a离水平面的高度； (3)若环境温度缓慢升至1.2T0，A、B气体总内能增加U，求A气体从外界吸收的热量Q。 答案　(1)p0＋　(2)1.2L＋L0－ (3)0.2p0LS＋0.2MgL＋U 解析　(1)设A气体的压强为pA，对汽缸C，根据共点力平衡有pAS＝Mg＋p0S 解得pA＝p0＋。 (2)环境温度缓慢升至1.2T0的过程中，气体B做等压变化，初状态V1＝LS，T1＝T0；末状态V2＝L1S，T2＝1.2T0。根据盖—吕萨克定律有＝ 解得L1＝1.2L 设弹簧的压缩量为x，根据平衡条件和胡克定律有kx＝Mg 解得x＝ 活塞a离水平面的高度为 H＝L1＋L0－x＝1.2L＋L0－。 (3)气体A、B完全相同，且活塞、弹簧的质量不计，所以气体A、B的压强时刻相等，结合题意可知气体A、B的状态参量完全相同。因为气体A、B总内能增加量为U，则气体A内能增加量为ΔU＝U 末状态气体A的体积为1.2LS，则对外做功为W对外＝pAΔV＝×0.2LS＝0.2p0LS＋0.2MgL 根据热力学第一定律，可得ΔU＝－W对外＋Q 解得Q＝0.2p0LS＋0.2MgL＋U。 9 学科网（北京）股份有限公司 $$