第3章 热力学定律 章末过关检测(三)(Word练习)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

章末过关检测(三) (时间：75分钟　分值：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，只有一项符合题目要求。 1．下列说法正确的是(　　) A．给手机充电时，电源提供的电能多于电池得到的化学能 B．系统对外界做功2 J，同时向外放热3 J，则系统内能增加了5 J C．在房间内打开冰箱门，再接通电源，室内温度就会持续降低 D．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 解析：选A。在对手机充电的过程中，由于存在损耗，提供的电能比电池得到的化学能要多，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得ΔU＝W＋Q＝－2 J＋(－3 J)＝－5 J，系统内能减小，故B错误；在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功电能转化为热能，室内温度会升高，故C错误；机械能可以自发地全部转化为内能正确，但不可能从单一热源吸收热量并全将这热量变为功，而不产生其他影响，故D错误。 2．下列过程可能发生的是(　　) A．某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发逸进去，恢复原状 C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开 解析：选C。根据热力学第二定律可知，内能全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的，A错误；气体膨胀具有方向性，气体不能自发逸出又自发逸进去，B错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，但通过一些手段是可以实现的，C正确；扩散现象有方向性，因此不能自发地各自分开，D错误。 3．2024年2月份，济宁市天气变化无常，温差较大。某汽车长时间放置在室外，温度为10 ℃时，轮胎胎压为250 kPa，经过一段时间温度降为－3 ℃。若轮胎体积保持不变且不漏气，轮胎内气体可视为理想气体，在降温过程中，下列说法正确的是(　　) A．轮胎内每个气体分子的速率都减小 B．轮胎内气体压强不变 C．轮胎内气体放热 D．单位时间内单位面积上气体分子与轮胎内壁碰撞的次数不变 解析：选C。降温过程中，轮胎内气体分子的平均动能降低，气体分子的平均速率降低，但不是每个气体分子的速率都减小，故A错误；根据题意可知，气体做等容变化，根据＝可知轮胎内气体压强减小，故B错误；轮胎体积保持不变，可知外界对气体不做功，气体温度减小，内能减少，根据热力学第一定律可知轮胎内气体放热，故C正确；气体分子的平均速率降低，轮胎体积保持不变，则单位时间内单位面积上气体分子与轮胎内壁碰撞的次数变少，故D错误。 4．如图甲所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭了一定质量的理想气体。初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态。现将汽缸倒立挂起，稳定后如图乙所示，则该过程中缸内气体(　　) A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，所有分子热运动速率都减小 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 解析：选C。初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内、外气体对活塞的压力差与活塞所受的重力平衡，设初始时汽缸内的压强为p1，活塞的面积为S，则有p1S＝p0S＋mg，将汽缸倒立挂起，汽缸内的压强为p2，则有p2S＝p0S－mg，由此可知气体的压强减小，气体膨胀，气体对外做功，W<0，汽缸、活塞都是绝热的，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知内能减小，故A错误；由以上分析可知，气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，而是速率大的分子数占总分子数的比例减小，故B、D错误，C正确。 5．下列关于热学的一些说法正确的是(　　) A．在一定条件下物体的温度可以降到绝对零度 B．第二类永动机违反了热力学第一定律 C．温度是分子平均动能的标志，两个动能不同的分子相比，动能大的温度高 D．一定质量理想气体对外做100 J的功，同时从外界吸收70 J的热量，则它的内能减小30 J 解析：选D。绝对零度是低温的极限，永远不可能达到，A错误；第二类永动机不违反热力学第一定律，只是违反热力学第二定律，B错误；温度是大量分子平均动能的标志，温度高，分子的平均动能大，但是不一定每个分子动能都大，C错误；根据热力学第一定律可知，一定质量理想气体对外做100 J的功，同时从外界吸收70 J的热量，则它的内能减小30 J，D正确。 6．如图所示，某同学将空玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，下降过程中瓶内封闭了一定质量的空气，瓶内空气看作理想气体，水温上下均匀且恒定不变，则(　　) A．瓶内空气对外界做功 B．瓶内空气向外界放出热量 C．瓶内空气分子的平均动能增大 D．单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的空气分子数不变 解析：选B。被淹没的玻璃瓶在下降过程中，水进入瓶内，气体体积减小，可知外界对气体做正功，故A错误；由于水温上下均匀且恒定不变，所以瓶内气体温度不变，则气体分子平均动能不变，气体内能不变，结合A选项及热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B正确，C错误；由于气体体积减小，所以单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的空气分子数变多，故D错误。 7．用活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，改变条件使汽缸内气体发生由a→b→c的变化过程，其p－V图像如图所示，其中ac为等温线。已知理想气体的内能与热力学温度成正比，下列说法正确的是(　　) A．a→b→c过程气体内能先不变后增大 B．a→b过程气体放出的热量大于b→c过程气体吸收的热量 C．a状态的气体体积为b状态气体体积的4倍 D．a状态气体的内能是b状态气体内能的4倍 解析：选B。根据＝C可知，横纵坐标乘积代表温度大小，所以a→b→c过程温度先减小后增大，则内能先减小后增大，故A错误；ac为等温线，c、c两点内能相同，a→b→c过程体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，全过程气体放热，所以a→b过程气体放出的热量大于b→c过程气体吸收的热量，故B正确；ac为等温线，根据玻意耳定律可知paVa＝pcVc，解得Va＝3Vc＝3Vb，a→b过程压强不变，根据盖­吕萨克定律可知＝，解得Ta＝3Tb，理想气体的内能与热力学温度成正比，所以a状态气体的内能是b状态气体内能的3倍，故C、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，有多个选项符合题目要求。全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。 8．夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的曝晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是(　　) A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高 解析：选AC。爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确，B错误。爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，故C正确，D错误。 9．下列说法正确的是(　　) A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的 C．由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 解析：选AC。自然界中一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确；一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，所以不违背能量守恒与转化定律的物理过程不一定都是可以实现的，故B错误；可以由热力学第二定律判断物理过程能否自发进行，故C正确；根据热力学第二定律，一部分物理过程可以自发进行，故D错误。 10．下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是(　　) A．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量 B．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 C．0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加 D．“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性 解析：选ACD。一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确。 三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答时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能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 11．(6分)一定质量的理想气体经历了a→b→c→d→a的循环过程后回到状态a，其T－V图像如图所示，其中bc、da均与V轴平行。a→b过程气体对外界________(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)；b→c→d过程气体内能______________(选填“一直增加”“先不变后减少”或“先不变后增加”)；d→a过程气体__________(选填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”)。 解析：由题图可知，a→b过程气体体积减小，气体对外界做负功；b→c→d过程气体温度先保持不变后升高，由于该气体为理想气体，故气体内能先不变后增加；d→a过程气体温度不变，内能不变，即ΔU＝0，由于气体的体积增大，气体对外界做功，即W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q>0，即气体吸热。 答案：做负功　先不变后增加　吸热 12．(10分)一定质量的某种理想气体初始温度T0＝400 K，压强p0＝1×105 Pa，体积为V0。经等容变化放出400 J热量，温度降低到T1＝300 K；若经等压变化，则需要放出600 J的热量才能使温度降低到300 K。求： (1)等压过程中外界对气体做的功W； (2)初始状态下气体的体积V0。 解析：(1)等容过程中，气体做功为零， 即ΔU＝Q＝－400 J 等压过程，内能减小400 J，放出600 J热量， 则W＝ΔU－Q′＝200 J。 (2)根据等压变化可得＝ W＝p0(V0－V1) 联立解得V0＝8 L。 答案：(1)200 J　(2)8 L 13.(12分)某物理探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h＝15 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝1 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC＝360 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中，气体内能增加了ΔU＝140 J，大气压强p0＝0.99×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)气体在状态C时的压强； (2)气体由状态A到状态C过程中，从外界吸收的热量Q。 解析：(1)气体在状态A时，有pAS＝p0S＋mg 解得pA＝1×105 Pa 气体由状态A到状态B过程中，气体的压强不变，由盖­吕萨克定律有＝ 解得TB＝320 K 气体由状态B到状态C过程中，气体的体积不变，由查理定律有＝ 解得pC＝1.125×105 Pa。 (2)气体从状态A到状态C的过程中，气体对外做的功W＝pASd＝10 J 由热力学第一定律有ΔU＝Q－W 解得Q＝150 J。 答案：(1)1.125×105 Pa　(2)150 J 14．(12分)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p－V图像如图所示。已知该气体在状态A时的热力学温度为450 K，图示热力学过程中： (1)求该气体在状态B时的热力学温度。 (2)该气体从状态A到状态C全程是吸热还是放热？与外界交换的热量是多少？ 解析：(1)气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有＝，解得TB＝150 K。 (2)气体从状态B到状态C做等压变化，由盖­吕萨克定律有＝ 解得TC＝450 K。 因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中ΔU＝0，由热力学第一定律 ΔU＝Q＋W，得Q＝－W 在整个过程中，气体在状态B到状态C过程中对外做功，因此W＝－pBΔV＝－200 J 即Q＝－W＝200 J Q是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量Q＝200 J。 答案：(1)150 K　(2)吸热　200 J 15.(14分)如图所示，悬挂的活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，初始时气体压强为p0，体积为V0，热力学温度为T0，汽缸悬在空中保持静止，此时汽缸所受活塞的静摩擦力为F。缓慢加热气体，直至气体体积增大到2V0，整个过程中气体吸收的热量为Q。已知大气压为p0，活塞面积为S，活塞与汽缸间的最大静摩擦力与滑动摩擦力均为2F。求： (1)汽缸所受重力的大小G； (2)汽缸开始下移时气体的热力学温度T1； (3)整个过程中缸内气体内能的变化量ΔU。 解析：(1)初始时对汽缸受力分析有G＝F。 (2)汽缸开始下移时的临界状态为静摩擦力达到最大值，设此时压强为p1，由题意可知，活塞的横截面积与汽缸底部的横截面积相同，此时对汽缸受力分析有 G＋p1S＝p0S＋2F 由理想气体状态方程有＝ 解得T1＝T0＋T0。 (3)由于活塞缓慢移动，所以活塞移动过程中气体的压强不变，由之前的分析可知，气体的压强p1＝p0＋ 所以整个过程，气体做功W＝p1V0 由于气体体积变大，所以外界对气体做功为负值，数值与气体做功大小相等，由热力学第一定律有 ΔU＝－W＋Q 解得ΔU＝Q－p0V0－。 答案：(1)F　(2)T0＋T0　(3)Q－p0V0－ 学科网（北京）股份有限公司 $