章末综合检测(3) 热力学定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

章末综合检测(三)　热力学定律 (满分：100分) 一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24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．在下列现象中不是通过做功使物体内能改变的是(　　) A．用打气筒给自行车打气时，筒壁温度升高 B．钻木取火 C．铁锤打铁块，使铁块温度升高 D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉一些 D　解析：活塞与筒壁发生摩擦，摩擦力做功使筒壁温度升高；钻木取火是通过做功改变物体内能的；铁锤打铁块是做功过程；室内放上冰块是通过传热的方式来改变室内温度的。 2．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU为(　　) A．60 J B．－60 J C．－140 J D．140 J C　解析：由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100 J－40 J＝－140 J，C正确。 3．关于能量的转化，下列说法正确的是(　　) A．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行 B．不但能量的总量保持不变，而且能量的可利用性在逐步提高 C．空调机既能制热又能制冷，说明传热不存在方向性 D．热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化 D　解析：根据热力学第二定律，满足能量守恒定律的物理过程不一定都能自发地进行，A错误；能量在转化过程中会由高品质的能源转化为低品质的能源，故可利用性会降低，B错误；空调机既能制热又能制冷，但是要耗电，即传热有方向性，热量只能自发地由高温物体传向低温物体，热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化，C错误，D正确。 4．如图所示，导热性良好的汽缸内密封的气体(可视为理想气体)在等压膨胀过程中，下列关于气体的说法正确的是(　　) A．气体内能可能减少 B．气体会向外界放热 C．气体吸收的热量大于对外界所做的功 D．气体分子的平均动能将减小 C　解析：气体等压膨胀，根据＝C知T升高，气体分子的平均动能将增大，D错误；理想气体的内能只与温度有关，温度升高则内能增大，A错误；体积增大，则气体对外界做功，即W<0，又内能增加，根据热力学第一定律知气体一定吸热，即Q>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W>0，得Q>|W|，B错误，C正确。 5．根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法正确的是(　　) A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能 B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，热量只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 C．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃ D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 A　解析：机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293 ℃，只能无限接近－273.15 ℃，C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误。 6．一定质量的理想气体从状态A开始，经A→B、B→C两个过程变化到状态C，其p－V图像如图所示。已知气体在状态A时温度为27 ℃，以下判断正确的是(　　) A．气体在A→B过程中对外界做的功为2.0×104 J B．气体在B→C过程中可能吸热 C．气体在状态B时温度为900 ℃ D．气体在A→C过程中吸收热量 D　解析：气体在A→B过程中，压强不变体积增大，气体对外界做功W＝pA(VB－VA)＝1.5×105×(0.3－0.1)J＝3.0×104 J，A错误；气体在B→C过程中体积不变，压强减小，温度降低内能减小，由热力学第一定律可知气体一定放热，B错误；气体在A→B过程，有＝，解得气体在状态B时温度为TB＝900 K＝627 ℃，C错误；气体在A→C的过程，由理想气体状态方程可知＝，解得TA＝TC，故A和C两状态气体内能相同，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体对外界做功并且吸收热量，D正确。 7．(2023·天津卷)如图所示的是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体(　　) A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 B　解析：由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，A错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体体积、质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有＝C可知气体压强减小，D错误。 8．(2024·广东惠州模拟)压缩空气储能系统(CAES)能将空气压缩产生的热能储存起来，发电时让压缩的空气推动发电机工作，这种方式能提升压缩空气储能系统的效率，若该系统始终与外界绝热，空气可视为理想气体。对于上述过程的理解正确的是(　　) A．压缩空气过程中，组成空气的气体分子平均动能不变 B．压缩空气过程中，空气温度升高，内能增加 C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100% D．压缩的空气在推动发电机工作的过程中：外界对空气做功，压强增大 B　解析：压缩空气过程中，外界对气体做正功，系统与外界绝热，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体内能增大，温度升高，组成空气的气体分子平均动能增大，A错误，B正确；由热力学第二定律可知，该方式不能够将压缩空气储能的效率提升到100%，C错误；压缩的空气在推动发电机工作的过程中：气体膨胀，体积变大，空气对外做功，由＝C可知压强减小，D错误。 二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 9．下列关于物体内能的各种说法正确的是(　　) A．物体内能的改变有两种方式：做功和传热，两者在内能的改变上是等效的 B．在有其他影响的情况下，可以把内能全部转化为有用功 C．内能可以由低温物体转移到高温物体而不引起其他变化 D．在内能的转化和转移过程中，虽然存在能量损失，但总能量依然守恒 ABD　解析：由热力学第一定律知，改变物体的内能有两种方式，分别为做功和传热，两者在内能的改变上是等效的，A正确；热力学第二定律指出不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，B正确；内能的转移是通过传热的方式完成的，热力学第二定律指出不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，C错误；能量守恒定律指出能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量不变，D正确。 10．如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中，下列说法正确的是(　　) A．小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变 B．因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变 C．该过程中产生的内能可以让小朋友再运动到滑梯顶端，而不产生其他影响 D．由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，但不是其中每一个分子的动能都增大 AD　解析：小朋友沿滑梯匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，故机械能减小，减小的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变，A正确，B错误；根据热力学第二定律，知该过程中产生的内能不可以让小朋友再运动到滑梯顶端，而不产生其他影响，C错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每一个分子的动能都增大，D正确。 11．如图所示，一个导热性能良好的金属汽缸放置在水平面上，汽缸内封闭了一定质量的理想气体，现缓慢地在活塞上堆放一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，在此过程中(　　) A．气体的内能增大 B．气体吸热 C．单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多 D．若汽缸和活塞换成绝热材料，汽缸内气体分子平均动能增大 CD　解析：金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，在活塞上堆放一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，A错误；气体温度不变，内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体要向外放出热量，B错误；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子数密度增大，单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多，C正确；若汽缸和活塞换成绝热材料，气体不吸热也不放热，气体体积减小，对气体做功，由热力学第一定律可知，气体内能增大，气体温度升高，汽缸内气体分子平均动能增大，D正确。 12．如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，cd平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点。以下说法正确的是(　　) A．从状态d到c，气体不吸热也不放热 B．从状态c到b，气体放热 C．从状态a到d，气体对外做功 D．从状态b到a，气体放热 BC　解析：从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但由于压强减小，所以体积增大，气体对外做功，则要保持内能不变，一定要吸收热量，A错误；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，气体的内能ΔU<0同时体积减小，外界对气体做功，则W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q<0，气体放热，B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C正确；气体从状态b到状态a是一个等容变化过程，随着压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，因此气体内能的增大是气体吸热的结果，D错误。 三、非选择题：本题共6小题，共60分。 13．(6分)(2024·福建福州模拟)如图甲所示，某款自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的气体，通过压力传感器感知管中的气体压强，从而控制进水量。假设细管内气体温度不变，其压强与体积的关系如图乙所示，当气体从状态A变化到状态B时，洗衣缸内的水位________(选填“升高”“降低”或“不变”)，该过程细管内气体________(选填“吸热”“放热”或“不吸热不放热”)。 答案：降低　吸热 解析：当气体从状态A变化到状态B时，气体压强减小，洗衣缸内的水进入细管内，洗衣缸内的水位降低。 当气体从状态A变化到状态B时，细管内气体温度不变，气体内能不变，气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝0，可知该过程细管内气体吸热。 14．(8分)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量。 (1)气体状态从A到B是________(选填“等容”“等压”或“等温”)过程； (2)气体状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(选填“升高”“不变”或“降低”)； (3)气体状态从C到D的变化过程中，气体________(选填“吸热”或“放热”)； (4)气体状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________________________。 答案：(1)等压　(2)降低　(3)放热　(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2) 解析：(1)从A到B压强不变，所以是等压过程。 (2)从B到C为等容过程，由查理定律＝可知，温度降低。 (3)从C到D为等压压缩过程，体积减小，温度降低，因此外界对气体做功，内能减小。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体放出热量。 (4)从A到B过程体积增大，气体对外界做功W1＝p2(V3－V1)。从B到C过程体积不变，不做功。从C到D过程，外界对气体做功W2＝p1(V3－V2)，所以从A→B→C→D过程中，气体对外界所做的总功W＝W1－W2＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)。 15．(8分)汽缸内封闭了一定质量、压强为p＝1.0×105 Pa、体积为V＝2.0 m3的理想气体，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝1.0 m3，此过程气体向外界释放了Q＝1.2×105 J的热量，则： (1)压缩过程外界对气体做了多少功？ (2)气体内能变化了多少？ 答案：(1)105 J　(2)－2×104 J 解析：(1)封闭气体做等压变化时的压强为p 外界对气体做功： W＝F·Δh＝pS·Δh＝p·ΔV 解得：W＝105 J。 (2)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化： ΔU＝Q＋W＝(－1.2×105＋105)J＝－2×104 J。 16．(10分)(2024·河南郑州模拟)如图所示，水平固定的绝热汽缸内，用不导热的轻质活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞横截面积为S，汽缸底部有电热丝，轻绳水平段的左端连接活塞，另一端跨过定滑轮后与质量为m的小桶相连。开始时小桶静止，外界大气压强为p0，活塞距离汽缸底部为L0，不计一切摩擦阻力，重力加速度大小为g。 (1)若将电热丝通电缓慢加热气体，一段时间后，气体吸收的热量为Q，活塞缓慢向右移动的距离为L1，求该过程气体内能的增量； (2)若在小桶内缓慢加入细沙，同时控制电热丝的加热功率，使汽缸内气体温度保持不变，当加入质量为2m的细沙时，求该过程活塞向右缓慢移动的距离L2。 答案：(1)Q－(p0S－mg)L1　(2) 解析：(1)气体对外做功W＝－pL1S 又pS＋mg＝p0S 根据热力学第一定律，该过程气体内能的增量为ΔU＝Q＋W 解得ΔU＝Q－(p0S－mg)L1。 (2)气体温度不变，根据等温变化有 pL0S＝p′(L0＋L2)S 又p′S＋3mg＝p0S 得L2＝。 17．(14分)如图所示，一个导热汽缸放在水平地面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过定滑轮与一个重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始时活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0，物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升Δx，封闭气体吸收了Q的热量。(汽缸始终未离开地面)则： (1)环境温度升高了多少？ (2)气体的内能如何变化？变化了多少？ 答案：(1)(273＋t)K (2)增加　Q－(p0S－G)Δx 解析：(1)活塞缓慢移动，任意时刻都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖－吕萨克定律可知：＝ 解得：ΔT＝(273＋t)K。 (2)气体温度升高，内能增加。 设汽缸内压强为p，由平衡条件得：pS＝p0S－G 封闭气体对外做功W＝pSΔx＝(p0S－G)Δx 由热力学第一定律得：ΔU＝Q＋(－W)＝Q－(p0S－G)Δx。 18．(14分)(2024·辽宁沈阳模拟)油电混合车汽油发动机燃烧室的结构如图甲所示，汽油机工作过程中在一个冲程内燃烧室内气体的p－V曲线如图乙所示，其中B→C和D→A为两个绝热过程。燃烧室内的气体可看作理想气体。一定质量的油气混合气体进入燃烧室，初始状态A点处混合气体的温度为T1＝300 K，压强约为p1＝100 kPa。火花塞点火瞬间，燃料燃烧使得燃烧室内的压强迅速增大到p2＝300 kPa，然后，活塞被推动向下移动，在经历B→C的绝热膨胀过程中，由于气体对外做功驱动汽车前进，使得汽缸内温度降低了300 K，膨胀结束到达状态C时，燃烧室内压强降低到125 kPa，求： (1)在一个冲程内燃烧室内能达到的最高温度； (2)汽缸内气体的最大体积V2与最小体积V1之比被称为压缩比γ，是汽油机动力大小的一个标志。根据题目中条件，计算该汽油机的压缩比。 答案：(1)900 K　(2) 解析：(1)从A→B过程气体发生等容升压，气体温度升高；从B→C过程，气体绝热膨胀，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体内能减少，温度降低；从C→D过程气体发生等容降压，气体温度降低；从D→A过程，气体绝热压缩，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高；可知在一个冲程内，燃烧室内B状态的温度最高，根据＝ 解得在一个冲程内燃烧室内能达到的最高温度为TB＝＝ K＝900 K。 (2)在经历B→C的绝热膨胀过程中，由于气体对外做功驱动汽车前进，使得汽缸内温度降低了300 K，膨胀结束到达状态C时，燃烧室内压强降低到125 kPa，可知 TC＝TB－300 K＝600 K，pC＝125 kPa 根据理想气体状态方程可得＝ 可得该汽油机的压缩比为 γ＝＝＝＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$