【精品教与学】2014-2015学年高中物理（人教版）选修3-3作业：第10章《热力学定律》单元测评（解析与答案）
文档属性
| 名称 | 【精品教与学】2014-2015学年高中物理（人教版）选修3-3作业：第10章《热力学定律》单元测评（解析与答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 226.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2015-01-19 07:01:24 | ||
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文档简介
单元测评(四) 热力学定律
(时间：90分钟 满分：100分)
第Ⅰ卷(选择题，共48分)
一、选择题(本题有12小题，每小题4分，共48分．)
1．下列实例说明做功改变系统内能的是( )
A．热水袋取暖
B．用双手摩擦给手取暖
C．把手放在火炉旁取暖
D．用嘴对手呵气给手取暖
解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确．
答案：B
2．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大．在小气泡上升的过程中( )
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少
解析：在小气泡上升的过程中，重力和浮力的合力对气泡做功，或者气泡克服重力做功，它只能改变气泡的机械能，而不影响气泡内气体的内能，故A、B错；在上升的过程中，气泡内气体膨胀而对外界做功，使它的内能减少，故C错误，D正确．
答案：D
3．热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程( )
A．有的只遵守热力学第一定律
B．有的只遵守热力学第二定律
C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D．所有的都遵守热力学第一、第二定律
解析：热力学第一、第二定律是热力学的基本定律对所有涉及热现象的宏观过程都成立．故选项D正确，A、B、C错误．
答案：D
4．(多选题)关于热力学第二定律的理解，下列正确的是( )
A．宏观与热有关的自发的物理过程都是不可逆的
B．所有热过程都是从有序变为无序
C．熵增加原理说明自然的物理过程具有方向性
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能100%全部转变为机械能且不能引起其他变化
答案：ACD
5．(多选题)下列关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化成机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能
解析：由热机的定义可知A正确，B错误．内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，故D选项正确，C选项错误．
答案：AD
6．下列说法正确的是( )
A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C．电流的能不可能全部转化为内能
D．热量不可能从低温物体传到高温物体
解析：由ΔU＝W＋Q可知，A错误；第二类永动机违背了热力学第二定律，所以制造不出来，B正确；电流通过电阻做功电能可以全部转化为内能，C错误；在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体，D错误．
答案：B
7．(多选题)关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C．不可能使热量从低温物体传向高温物体
D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
解析：内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A对；在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，B对；在引起其他变化的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，C错；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D对．
答案：ABD
8．(多选题)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
答案：BCD
9．关于物体内能变化的说法，正确的是( )
A．一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变
B．一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加
C．一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加
D．一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变
解析：晶体在熔化过程中要吸热，却没有对外做功，故内能增加，A错误．一定质量的气体在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，内能不一定增加，故B错误．物体热膨胀一定是吸收了热量，对外做功不一定小于吸收的热量，内能不一定增加，C正确．物体体积不变，温度可以改变，内能随之变化，D错误．
答案：C
10．采用绝热(即不交换热量)的方式使一定量的气体由初态A变化至终态B.对于不同的绝热方式，下面说法正确的是( )
A．对气体所做的功不同
B．对气体所做的功相同
C．对气体不需做功，因为没有热的传递
D．以上三种说法都不对
解析：初态A和终态B的内能的变化是相同的，而Q＝0，所以不管什么过程，对气体所做的总功都是相同的．
答案：B
11．隔板将绝热的气缸分为A、B两部分，A内充有气体，B内为真空(如图甲)．现把隔板抽去， A中的气体自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是( )
甲 乙
A．自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
解析：自由膨胀时，气体并不对外做功，绝热容器又没有做功过程，所以内能不变，则气体的温度保持不变．
答案：C
12．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞．用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器后( )
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
解析：根据功是能量转化的量度，对外做了多少功，就意味着转化了多少能量．本例中由于是厚壁容器，打开卡子后，气体迅速膨胀，这样的过程可以当作绝热过程，或者还没有来得及进行热交换．由此判断，转化的应是系统的内能，即对外做功，系统的内能减少，温度降低．选C.
答案：C
第Ⅱ卷(非选择题，共52分)
二、计算题(本题有4小题，共52分．解答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)
13．(10分)如图所示，绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡状态．试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？
答案：气缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，压强增大，体积增大，内能增大；(5分)
a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大．(5分)
14．(12分)一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后回到初始状态，它是吸热还是放热？
解析：解法一：由于一定质量的理想气体的内能是否变化决定于温度是否发生了变化，所以经过一个循环后回到初始状态，内能不变，即ΔU＝0.由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，它是吸热还是放热，取决于外界对它的做功情况．以下对在每个过程中外界对气体做功W的情况逐个分析：
等压膨胀：气体压强为p1，体积增大了ΔV1，则
W1＝－p1ΔV1；(2分)
等容降温：体积不变，所以W2＝0.(2分)
等压压缩：气体压强为p2，体积减小了ΔV2，则
W3＝p2ΔV2.(2分)
等容升温：体积不变，所以W4＝0.(2分)
外界对气体做的总功为
W＝W1＋W2＋W3＋W4＝－p1ΔV1＋p2ΔV2(2分)
由于p1>p2，ΔV1＝ΔV2，所以W<0，
代入ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热．(2分)
解法二：用图线直观地反应气体的状态变化．对本题作p-V图线如图所示，气体从A状态经过一个循环回到状态A.由p-V图线可以看出，在等温膨胀过程A-B中，气体对外做的功等于矩形ABFE的面积；在等压压缩过程C-D中，外界对气体所做的功等于矩形CDEF的面积．整个循环气体对外做的功等于矩形ABCD的面积．气体内能不变，对外做功，必然吸热．而且气体所吸收的热量也等于矩形ABCD的面积．
答案：见解析
15．(14分)空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？
解析：选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.(4分)
由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，(4分)
代入上式得
Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J．(4分)
负号表示空气向外界释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J．(2分)
答案：5×104 J
16．(16分)某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1 m2的水盆盛6 kg的水，经太阳垂直照射15 min，温度升高5 ℃，若地表植物每秒接收太阳能的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？
(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1 kJ的太阳能可放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少氧气？(1公顷＝104 m2)
解析：据水升温吸收的热量，便可求出单位面积单位时间吸收的太阳能，进而可求出每公顷绿地每秒放出的氧气．
(1)单位面积单位时间吸收的太阳能为
P＝＝ J/(m2·s)
＝1.4×103J/(m2·s)．
(2)氧气的体积为V＝×0.05 L＝700 L.
答案：(1)1.4×103 J/(m2·s)(8分)
(2)700 L(8分)
(时间：90分钟 满分：100分)
第Ⅰ卷(选择题，共48分)
一、选择题(本题有12小题，每小题4分，共48分．)
1．下列实例说明做功改变系统内能的是( )
A．热水袋取暖
B．用双手摩擦给手取暖
C．把手放在火炉旁取暖
D．用嘴对手呵气给手取暖
解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确．
答案：B
2．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大．在小气泡上升的过程中( )
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少
解析：在小气泡上升的过程中，重力和浮力的合力对气泡做功，或者气泡克服重力做功，它只能改变气泡的机械能，而不影响气泡内气体的内能，故A、B错；在上升的过程中，气泡内气体膨胀而对外界做功，使它的内能减少，故C错误，D正确．
答案：D
3．热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程( )
A．有的只遵守热力学第一定律
B．有的只遵守热力学第二定律
C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D．所有的都遵守热力学第一、第二定律
解析：热力学第一、第二定律是热力学的基本定律对所有涉及热现象的宏观过程都成立．故选项D正确，A、B、C错误．
答案：D
4．(多选题)关于热力学第二定律的理解，下列正确的是( )
A．宏观与热有关的自发的物理过程都是不可逆的
B．所有热过程都是从有序变为无序
C．熵增加原理说明自然的物理过程具有方向性
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能100%全部转变为机械能且不能引起其他变化
答案：ACD
5．(多选题)下列关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化成机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能
解析：由热机的定义可知A正确，B错误．内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，故D选项正确，C选项错误．
答案：AD
6．下列说法正确的是( )
A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C．电流的能不可能全部转化为内能
D．热量不可能从低温物体传到高温物体
解析：由ΔU＝W＋Q可知，A错误；第二类永动机违背了热力学第二定律，所以制造不出来，B正确；电流通过电阻做功电能可以全部转化为内能，C错误；在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体，D错误．
答案：B
7．(多选题)关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C．不可能使热量从低温物体传向高温物体
D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
解析：内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A对；在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，B对；在引起其他变化的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，C错；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D对．
答案：ABD
8．(多选题)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
答案：BCD
9．关于物体内能变化的说法，正确的是( )
A．一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变
B．一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加
C．一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加
D．一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变
解析：晶体在熔化过程中要吸热，却没有对外做功，故内能增加，A错误．一定质量的气体在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，内能不一定增加，故B错误．物体热膨胀一定是吸收了热量，对外做功不一定小于吸收的热量，内能不一定增加，C正确．物体体积不变，温度可以改变，内能随之变化，D错误．
答案：C
10．采用绝热(即不交换热量)的方式使一定量的气体由初态A变化至终态B.对于不同的绝热方式，下面说法正确的是( )
A．对气体所做的功不同
B．对气体所做的功相同
C．对气体不需做功，因为没有热的传递
D．以上三种说法都不对
解析：初态A和终态B的内能的变化是相同的，而Q＝0，所以不管什么过程，对气体所做的总功都是相同的．
答案：B
11．隔板将绝热的气缸分为A、B两部分，A内充有气体，B内为真空(如图甲)．现把隔板抽去， A中的气体自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是( )
甲 乙
A．自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
解析：自由膨胀时，气体并不对外做功，绝热容器又没有做功过程，所以内能不变，则气体的温度保持不变．
答案：C
12．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞．用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器后( )
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
解析：根据功是能量转化的量度，对外做了多少功，就意味着转化了多少能量．本例中由于是厚壁容器，打开卡子后，气体迅速膨胀，这样的过程可以当作绝热过程，或者还没有来得及进行热交换．由此判断，转化的应是系统的内能，即对外做功，系统的内能减少，温度降低．选C.
答案：C
第Ⅱ卷(非选择题，共52分)
二、计算题(本题有4小题，共52分．解答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)
13．(10分)如图所示，绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡状态．试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？
答案：气缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，压强增大，体积增大，内能增大；(5分)
a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大．(5分)
14．(12分)一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后回到初始状态，它是吸热还是放热？
解析：解法一：由于一定质量的理想气体的内能是否变化决定于温度是否发生了变化，所以经过一个循环后回到初始状态，内能不变，即ΔU＝0.由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，它是吸热还是放热，取决于外界对它的做功情况．以下对在每个过程中外界对气体做功W的情况逐个分析：
等压膨胀：气体压强为p1，体积增大了ΔV1，则
W1＝－p1ΔV1；(2分)
等容降温：体积不变，所以W2＝0.(2分)
等压压缩：气体压强为p2，体积减小了ΔV2，则
W3＝p2ΔV2.(2分)
等容升温：体积不变，所以W4＝0.(2分)
外界对气体做的总功为
W＝W1＋W2＋W3＋W4＝－p1ΔV1＋p2ΔV2(2分)
由于p1>p2，ΔV1＝ΔV2，所以W<0，
代入ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热．(2分)
解法二：用图线直观地反应气体的状态变化．对本题作p-V图线如图所示，气体从A状态经过一个循环回到状态A.由p-V图线可以看出，在等温膨胀过程A-B中，气体对外做的功等于矩形ABFE的面积；在等压压缩过程C-D中，外界对气体所做的功等于矩形CDEF的面积．整个循环气体对外做的功等于矩形ABCD的面积．气体内能不变，对外做功，必然吸热．而且气体所吸收的热量也等于矩形ABCD的面积．
答案：见解析
15．(14分)空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？
解析：选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.(4分)
由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，(4分)
代入上式得
Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J．(4分)
负号表示空气向外界释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J．(2分)
答案：5×104 J
16．(16分)某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1 m2的水盆盛6 kg的水，经太阳垂直照射15 min，温度升高5 ℃，若地表植物每秒接收太阳能的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？
(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1 kJ的太阳能可放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少氧气？(1公顷＝104 m2)
解析：据水升温吸收的热量，便可求出单位面积单位时间吸收的太阳能，进而可求出每公顷绿地每秒放出的氧气．
(1)单位面积单位时间吸收的太阳能为
P＝＝ J/(m2·s)
＝1.4×103J/(m2·s)．
(2)氧气的体积为V＝×0.05 L＝700 L.
答案：(1)1.4×103 J/(m2·s)(8分)
(2)700 L(8分)