第三章 热力学定律（单元测试 ）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

人教版新教材 物理选择性必修第三册 第三章《热力学定律》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 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） 1.共享单车一般采用电子锁，车锁内集成了GPS模块与物联网模块等，这些模块工作时需要电能。如图所示，单车车筐底部的太阳能电池板在晴天时产生电能。关于太阳能电池板工作时的能量转化方式，下列说法正确的是（　　） A．电池板把光能转化为电能 B．电池板把电能转化为光能 C．电池板把机械能转化为电能 D．电池板把电能转化为机械能 2．关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．科学研究发现，一切与热现象有关的宏观过程都具有可逆性 B．能源危机的原因是在能源的利用过程中，能量在总量不断减少 C．能量耗散是从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 D．风能、水能和核能都属于可再生能源，因此我国近年来不断地开发利用这些新能源 3．体育课中，小明用打气筒给篮球打气，整个打气过程缓慢进行，每次打气筒活塞都将压强为的一整筒空气压入篮球，无漏气，气体可视为理想气体。设篮球的体积为且不变，打气筒的体积为V，在打气过程中，气体的温度不变，下列说法中不正确的是（　　）    A．篮球内气体的分子数密度不断增大 B．篮球内气体的内能不断增大 C．每打一次气前后，篮球内气体压强变化量为 D．打气过程中气体从外界吸收热 4．一定质量的理想气体从状态经过状态变化到状态再回到状态，其图像如图所示。三点在同一直线上，与纵轴平行，则下列说法不正确的是（　　）    A．过程中，单位时间内打到容器壁上单位面积的分子数增多 B．过程中，气体吸收热量 C．过程中，气体放出的热量比外界对气体做的功多 D．过程中，速率大的分子数增多 5．如图，一定质量的理想气体从状态A变化到状态，已知在此过程中，气体吸收了的热量，则该过程中气体内能变化了（　　） A． B． C． D． 6．游客去高海拔景区旅游时，多数会出现高原反应，而通过吸氧可以缓解高原反应。如图是一种便携式氧气罐，某游客按压该氧气罐喷出气体过程中（假定罐内气体可视为理想气体且温度保持不变），下列说法正确的是（　　） A．罐内气体的平均动能减小 B．罐内气体的压强减小 C．外界对罐内气体做功 D．罐内气体放出热量 7．如图所示，一定质量的理想气体从状态1经过等压过程变为状态2，再经过等容过程变为状态3，最后经过绝热过程变为状态1，下列说法正确的是（　　） A．状态1到状态2气体放出热量 B．状态2到状态3气体内能增加 C．状态3到状态1气体内能增加 D．经过一个循环，外界对气体做功 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。) 8.下列说法中正确的是（    ） A．热量可以自发的由低温物体传到高温物体 B．物体的内能增加了，一定是物体吸收了的热量 C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D．不可能从单一热库吸收热量，使之全部变成功，而不产生其它变化 9．物理兴趣小组在参加完学校的“节能环保、低碳减排”活动后，提出了自己的一些设想，从物理学的角度，你认为可行的是（　　） A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能 B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明 C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，节能减排 D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 10．下列说法正确的有(　　) A．凡是与热有关的自发的宏观现象都是不可逆的 B．第二类永动机不可能实现是因为违背了能量守恒定律 C．在火力发电机中，燃气燃烧产生的内能不可能全部变成电能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 三、非选择题:共5小题,共57分。 11.（6分）在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积和压强的测量值，并通过计算机拟舍得到如图（b）所示两组图线。 (1)实验过程中为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可作 图线（选填：“”、“”）。对图像进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的直线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 (2)两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是______。 A．某组实验中活塞移动太快 B．两组封闭气体的质量不同 C．某组器材的气密性不佳 (3)某小组进行实验时缓慢推活塞压缩气体得到了数据图像，验证了玻意耳定律。在这个过程中，理想气体 （选填“吸热”、“放热”或“无热交换”）。 12.（9分）在热力学中有一种循环过程叫作焦耳循环。它由两个等压过程和两个绝热过程组成。图示为一定质量的理想气体的焦耳循环过程(A→B→C→D→A)，已知某些状态的部分参数如图所示(见图中所标数据)。试解决下列问题： (1)从状态C→D过程气体分子的密度________，分子的平均动能会________；(均选填“变大”“变小”或“不变”) (2)已知状态A的温度TA＝250 K，则状态C的温度TC＝____________ K； (3)若已知A→B过程放热Q＝80 J，则A→B过程中内能的变化量ΔUAB＝____________ J，B→C过程外界对气体做的功WBC＝____________ J。 13.（12分）如图所示，一个导热性能良好的柱形汽缸竖直放置在冷柜中，柱形汽缸内通过横截面积为、质量的活塞封闭一定质量的理想气体。冷柜未通电时，环境温度为27°，柱形汽缸内空气柱的长度为；现接通冷柜的电源并缓慢降低冷柜的温度，一段时间后空气柱长度变为。已知冷柜内的气体压强恒为，热力学温度，取重力加速度。。求： (1)此时封闭气体的热力学温度； (2)气体长度变化过程中，气体对外做的功W。 14．（12分）如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。 (1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强； (2)若密闭气体的内能增量与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。 15．（18分）如图所示，上端带有卡口的横截面积为S、高为L的导热性能良好的汽缸中用一光滑的活塞B封闭着一定质量的理想气体A，汽缸底部与U形水银气压计(U形管内气体体积忽略不计)相连，已知气体内能U与热力学温度T的关系为U＝αT，其中α为已知常数，活塞B的质量为m，重力加速度为g，大气压强为p0，水银的密度为ρ，环境热力学温度为T0时，活塞离缸底的距离为L。求： (1)环境温度为T0时，U形气压计两侧水银面的高度差Δh； (2)环境温度由T0缓慢升高至T0过程中，气体吸收的热量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 人教版新教材 物理选择性必修第三册 第三章《热力学定律》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 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） 1.共享单车一般采用电子锁，车锁内集成了GPS模块与物联网模块等，这些模块工作时需要电能。如图所示，单车车筐底部的太阳能电池板在晴天时产生电能。关于太阳能电池板工作时的能量转化方式，下列说法正确的是（　　） A．电池板把光能转化为电能 B．电池板把电能转化为光能 C．电池板把机械能转化为电能 D．电池板把电能转化为机械能 【答案】A 【详解】太阳能电池板把光能转化为电能。故选A。 2．关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．科学研究发现，一切与热现象有关的宏观过程都具有可逆性 B．能源危机的原因是在能源的利用过程中，能量在总量不断减少 C．能量耗散是从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 D．风能、水能和核能都属于可再生能源，因此我国近年来不断地开发利用这些新能源 【答案】C 【详解】A．根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观过程都具有不可逆性。A错误； B．由能量守恒定律，能源危机的原因是在能源的利用过程中，能量在总量保持不变。B错误； C．能量耗散是从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，C正确； D．风能、水能都属于可再生能源，核能不属于可再生能源，D错误。故选C。 3．体育课中，小明用打气筒给篮球打气，整个打气过程缓慢进行，每次打气筒活塞都将压强为的一整筒空气压入篮球，无漏气，气体可视为理想气体。设篮球的体积为且不变，打气筒的体积为V，在打气过程中，气体的温度不变，下列说法中不正确的是（　　）    A．篮球内气体的分子数密度不断增大 B．篮球内气体的内能不断增大 C．每打一次气前后，篮球内气体压强变化量为 D．打气过程中气体从外界吸收热 【答案】D 【详解】A．篮球内气体分子数增加，总体积不变，分子数密度增大，故A正确； B．篮球内分子数增加，内能增大，故B正确； C．篮球的容积为，打气筒的体积为，打气前篮球内气体的压强为，打气后篮球内气体的压强为，根据玻意耳定律有 整理得，故C正确； D．以篮球内原有气体和打入气体整体为研究对象，打气过程气体温度不变，内能不变，打气筒对气体做正功，由热力学第一定律 可知，气体向外界放出热量，D错误，本题选错误的，故选D。 4．一定质量的理想气体从状态经过状态变化到状态再回到状态，其图像如图所示。三点在同一直线上，与纵轴平行，则下列说法不正确的是（　　）    A．过程中，单位时间内打到容器壁上单位面积的分子数增多 B．过程中，气体吸收热量 C．过程中，气体放出的热量比外界对气体做的功多 D．过程中，速率大的分子数增多 【答案】B 【详解】A．过程中，气体体积减小，温度不变，压强增大，单位时间内打到容器壁上单位面积的分子数增多，A项正确，不符合题意； B．过程中，温度不变，内能不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B项错误，符合题意； C．过程中，气体压强不变，体积减小，温度降低，内能减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，气体放出热量，且放出热量比外界对气体做的功多，C项正确，不符合题意； D．过程中，温度升高，速率大的分子数增多，D项正确，不符合题意。故选B。 5．如图，一定质量的理想气体从状态A变化到状态，已知在此过程中，气体吸收了的热量，则该过程中气体内能变化了（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由图可知，气体从状态A变化到状态为等压过程，气体膨胀对外界做功，则外界对气体做功为 根据热力学第一定律可知，气体内能变化量为，故选A。 6．游客去高海拔景区旅游时，多数会出现高原反应，而通过吸氧可以缓解高原反应。如图是一种便携式氧气罐，某游客按压该氧气罐喷出气体过程中（假定罐内气体可视为理想气体且温度保持不变），下列说法正确的是（　　） A．罐内气体的平均动能减小 B．罐内气体的压强减小 C．外界对罐内气体做功 D．罐内气体放出热量 【答案】B 【详解】ACD．根据题意可知温度不变，平均动能不变，罐内气体分子数减少了，故总内能减小，根据热力学第一定律 喷出气体瞬间，气体膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，此时罐内气体需要吸收热量，使得罐内气体温度保持不变，故ACD错误； B．喷出气体过程中，相当于罐内和喷出的气体总体积膨胀，温度不变，根据理想气体状态方程 可知气体压强减小，故B正确。故选B。 7．如图所示，一定质量的理想气体从状态1经过等压过程变为状态2，再经过等容过程变为状态3，最后经过绝热过程变为状态1，下列说法正确的是（　　） A．状态1到状态2气体放出热量 B．状态2到状态3气体内能增加 C．状态3到状态1气体内能增加 D．经过一个循环，外界对气体做功 【答案】C 【详解】A．状态1到状态2气体体积膨胀，对外做功，则 从可知状态1到状态2温度升高，内能增加，则 根据热力学第一定律 则，气体吸收热量，A错误； B．状态2到状态3气体体积不变，压强减小，根据 温度降低，则内能减小，B错误； C．状态3到状态1气体体积减小，外界对气体做功，则 状态3到状态1为绝热过程，则 根据热力学第一定律 则，内能增加，C正确； D．由图像可知状态1到状态2气体的体积变化等于从状态3到状态1气体的体积变化，但状态1到状态2的压强大于状态3到状态1的压强，则状态1到状态2气体对外做功大于从状态3到状态1外界对气体做功，且状态2到状态3，气体体积不变，气体不做功，故经过一个循环，气体对外做功，D错误； 故选C。 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。) 8.下列说法中正确的是（    ） A．热量可以自发的由低温物体传到高温物体 B．物体的内能增加了，一定是物体吸收了的热量 C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D．不可能从单一热库吸收热量，使之全部变成功，而不产生其它变化 【答案】CD 【详解】A．热量不能自发由低温物体传到高温物体，要产生其它影响，比如电冰箱，A错误； B．改变内能的方式有做功和热传递，物体内能增加，有可能是外界对该物体做功产生的，B错误； C．根据热力学第一定律 吸收热量，同时对外做功，只要吸收的热量大于对外做功的能量，内能可能增加，故C正确； D．热力学第二定律指出：不可能从单一热库吸收能量，使之完全变成功，而不引起其他影响，故D正确。 故选CD。 9．物理兴趣小组在参加完学校的“节能环保、低碳减排”活动后，提出了自己的一些设想，从物理学的角度，你认为可行的是（　　） A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能 B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明 C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，节能减排 D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 【答案】BC 【详解】A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能这个设想违反了热力学第二定律，是不可行的，故A错误； B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明，这符合能量守恒与热力学第二定律，是可行的，故B正确； C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，充分利用太阳能，能够做到节能减排，故C正确； D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械，这违背了能量守恒定律，不可行，故D错误。 故选BC。 10．下列说法正确的有(　　) A．凡是与热有关的自发的宏观现象都是不可逆的 B．第二类永动机不可能实现是因为违背了能量守恒定律 C．在火力发电机中，燃气燃烧产生的内能不可能全部变成电能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 【答案】ACD 【详解】A．一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性是不可逆的，A正确； B．第二类永动机违背了热力学第二定律，与热力学相关的宏观过程具有方向性，B错误； C．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，C正确； D．在一定条件下，热能够从低温物体传递到高温物体，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，D正确。故选ACD。 三、非选择题:共5小题,共57分。 11.（6分）在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积和压强的测量值，并通过计算机拟舍得到如图（b）所示两组图线。 (1)实验过程中为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可作 图线（选填：“”、“”）。对图像进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的直线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 (2)两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是______。 A．某组实验中活塞移动太快 B．两组封闭气体的质量不同 C．某组器材的气密性不佳 (3)某小组进行实验时缓慢推活塞压缩气体得到了数据图像，验证了玻意耳定律。在这个过程中，理想气体 （选填“吸热”、“放热”或“无热交换”）。 【答案】(1) (2)B (3)放热 【详解】（1）为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可作，若图像为过原点的一条倾斜直线，则证明压强p与体积V成反比例关系。 （2）由理想气体状态方程可得 为与气体本身摩尔数有关的物理量。 A．若某组实验中活塞移动太快,则活塞中的气体的温度会发生变化，那么气体的压强p与体积V就不满足反比例关系，与题意不符。故A错； B．两组气体的质量不同时，对于单组数据当气体质量和温度不变时，则每组气体的压强p与体积V成反比例关系；因为两组实验气体质量不同，则两组数据的乘积不同。若在某组实验过程中器材的气密性不佳，实验过程中气体质量发生变化，则常数发生变化，体的压强p与体积V不成反比例关系。故B正确，C错误。故选B。 （3）根据热力学第一定律公式，气体的温度不变，所以内能变化量为零，气体体积压缩，所以，即气体对外放热。 12.（9分）在热力学中有一种循环过程叫作焦耳循环。它由两个等压过程和两个绝热过程组成。图示为一定质量的理想气体的焦耳循环过程(A→B→C→D→A)，已知某些状态的部分参数如图所示(见图中所标数据)。试解决下列问题： (1)从状态C→D过程气体分子的密度________，分子的平均动能会________；(均选填“变大”“变小”或“不变”) (2)已知状态A的温度TA＝250 K，则状态C的温度TC＝____________ K； (3)若已知A→B过程放热Q＝80 J，则A→B过程中内能的变化量ΔUAB＝____________ J，B→C过程外界对气体做的功WBC＝____________ J。 【答案】(1)变小　变大　(2)250　(3)－20　 20 【详解】(1) 从状态C→D过程，气体体积变大，气体质量不变，气体分子的密度变小； 从状态C→D过程，压强不变，由盖—吕萨克定律得，气体的体积变大，温度升高，则气体分子的平均动能会变大； (2) 根据理想气体状态方程，有： ＝，代入数据解得TC＝250 K； (3)A→B过程外界对气体做功 W＝pΔV＝1×105×(1.2－0.6)×10－3 J＝60 J 气体放热Q＝80 J 则A→B过程中内能的变化量 ΔUAB＝W－Q＝－20 J； 从A到C气体的内能不变，从B到C为绝热过程， 则从B→C过程外界对气体做的功 WBC＝80 J－60 J＝20 J。 13.（12分）如图所示，一个导热性能良好的柱形汽缸竖直放置在冷柜中，柱形汽缸内通过横截面积为、质量的活塞封闭一定质量的理想气体。冷柜未通电时，环境温度为27°，柱形汽缸内空气柱的长度为；现接通冷柜的电源并缓慢降低冷柜的温度，一段时间后空气柱长度变为。已知冷柜内的气体压强恒为，热力学温度，取重力加速度。。求： (1)此时封闭气体的热力学温度； (2)气体长度变化过程中，气体对外做的功W。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）初态：， 末态：， 气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律，有 解得 （2）对活塞受力分析，有 解得 降温过程中，气体对外做的功 解得 14．（12分）如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。 (1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强； (2)若密闭气体的内能增量与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。 【答案】(1)p0　(2)0.6p0　0.2kT0 【详解】(1)容器内的理想气体从打开C到再次平衡时，发生等温变化 根据玻意耳定律得p0V0＝p·2V0 解得此时气体压强p＝p0。 (2)升高温度，理想气体发生等容变化，根据查理定律得＝ 解得压强为p′＝1.2p＝0.6p0 温度改变，理想气体的体积不变，则外界既不对理想气体做功，理想气体也不对外界做功， 所以W＝0； 升高温度，内能增量为 ΔU＝k(1.2T0－T0)＝0.2kT0， 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可知气体吸收的热量为Q＝ΔU＝0.2kT0。 15．（18分）如图所示，上端带有卡口的横截面积为S、高为L的导热性能良好的汽缸中用一光滑的活塞B封闭着一定质量的理想气体A，汽缸底部与U形水银气压计(U形管内气体体积忽略不计)相连，已知气体内能U与热力学温度T的关系为U＝αT，其中α为已知常数，活塞B的质量为m，重力加速度为g，大气压强为p0，水银的密度为ρ，环境热力学温度为T0时，活塞离缸底的距离为L。求： (1)环境温度为T0时，U形气压计两侧水银面的高度差Δh； (2)环境温度由T0缓慢升高至T0过程中，气体吸收的热量。 【答案】(1)　(2)αT0＋(p0S＋mg) 【详解】(1)设稳定后汽缸内气体的压强为p1，对活塞，根据平衡条件得mg＋p0S＝p1S 对水银柱，有p1＝p0＋ρgΔh 解得Δh＝ (2)缓慢升高环境温度，活塞B上升，气体发生等压变化，U形管内侧水银面的高度差不变，设活塞B刚好到达容器口时，温度为T1， 由盖—吕萨克定律得＝ 解得T1＝T0<T0 之后，气体温度由T0升高至T0， 气体发生等容变化。整个过程中，气体对外界做的功，W＝－p1(LS－LS) 由热力学第一定律得ΔU＝α(T0－T0)＝Q＋W 解得Q＝αT0＋(p0S＋mg) 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$