第三章 热力学定律 章末测评验收卷（三）（学生版+教师版）

第三章 热力学定律 章末测评验收卷(三)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题(本题共10小题，每小题4分，共40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.关于内能，下列说法正确的是(　　)
A.两物体质量和温度都相同，则内能也相同
B.物体吸收热量，内能一定增加
C.功可以全部转化为热，热不可以全部转化为功
D.热量自发地从高温物体传递到低温物体的过程是不可逆的
2.下列说法正确的是(　　)
A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B.空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等
C.自发的热传导是不可逆的
D.不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为其违背热力学第一定律
3.一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
4.根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(　　)
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，在传热中，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
5.一个带活塞的汽缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则(　　)
A.将热量传给气体，其温度必升高
B.压缩气体，其温度必升高
C.压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变
D.压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高
6.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中的下列说法中正确的是(　　)
A.气体对外做功，气体温度一定变化
B.气体对外做功，内能可能不变
C.气体压强可能增大，内能可能不变
D.气体从外界吸热，内能一定增大
7.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m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力不计，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
8.一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2.0×104J
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
9.如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中(　　)
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，其中每一个分子的动能都增大
10.关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A.对某物体做功，一定能使该物体的内能增加
B.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C.理想气体的等压膨胀过程一定放热
D.有的过程既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
二、非选择题(本题共5小题，共60分)
11.(8分)如图所示是某气压式柱形保温瓶的结构示意简图，现倒入热水，封闭活塞a，与液面间封闭一定质量的理想气体，此时瓶内气体温度为T1，压强为p0，经过一段时间温度降为T2，忽略这一过程中气体体积的变化。
(1)求温度降为T2时瓶内气体的压强p；
(2)封闭气体温度由T1降为T2过程中，其传递的热量为Q，则气体的内能如何变化，求变化量的大小ΔU。
12.(8分)炎热的夏天，在高速公路上疾驶的汽车极易发生“爆胎”的现象，从而引发车祸，必须引起人们足够的重视。一辆停在地下车库内的汽车，行驶前轮胎内气体压强为2.5 atm，温度为27 ℃；该汽车从车库驶出后奔向高速公路，在高速公路上长时间疾驶导致爆胎，爆胎时胎内气体的压强为2.8 atm，轮胎中的空气可看作理想气体。已知T＝t＋273 K，爆胎前轮胎体积可视为不变。
(1)求爆胎时轮胎内气体的温度；
(2)若爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，则此过程胎内原有气体的内能如何变化？简要说明理由。
13.(13分)一定质量的理想气体，其内能跟温度成正比。在初始状态A时，体积为V0，压强为p0，温度为T0，已知此时其内能为U0。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终还回到原来状态A，其变化过程的p－T图像如图所示，其中CA延长线过坐标原点，BA平行于p坐标轴。求：
(1)从状态B到状态C的体积变化量；
(2)从状态B经由状态C，最终回到状态A的过程中，气体与外界交换的热量是多少。
14.(15分)如图所示，质量为M的汽缸内封有空气(质量很小，可看作理想气体)，当活塞上系一细绳将汽缸竖直悬在空中保持静止时(如图甲)，汽缸内气柱长为2L0，现将汽缸和活塞缓慢横放到水平桌面上(如图乙)。活塞和汽缸之间的摩擦可忽略且保持不漏气，大气压强为p0，活塞横截面积为S，缸内气体温度保持不变，整个装置处于常温常压环境中，重力加速度为g。
(1)水平横放后，汽缸内气柱的长度为多少？
(2)从竖直悬挂到水平横放的过程中，外界对气体做功为W，问缸内空气是吸热还是放热？交换的热量是多少？
15.(16分)如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为10 cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底30 cm处设有卡槽a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动。开始时活塞放在a、b上，活塞的质量为5 kg，气体温度为180 K。现缓慢加热汽缸内气体，当温度为300 K，活塞恰好离开卡槽a、b；若继续给汽缸内气体缓慢加热，活塞上升10 cm的过程中，气体的内能增加了240 J。
(设大气压强为p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2)求：
(1)开始时汽缸内气体的压强；
(2)活塞上升10 cm时汽缸内气体的温度；
(3)活塞离开卡槽a、b之后上升10 cm的过程中，气体吸收的热量。
第三章 热力学定律 章末测评验收卷(三)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题(本题共10小题，每小题4分，共40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.关于内能，下列说法正确的是(　　)
A.两物体质量和温度都相同，则内能也相同
B.物体吸收热量，内能一定增加
C.功可以全部转化为热，热不可以全部转化为功
D.热量自发地从高温物体传递到低温物体的过程是不可逆的
答案　D
解析　两物体的质量、温度均相等，它们的内能不一定相同，内能还与物体体积有关，故A错误；物体吸收热量后，可能对外做功，内能不一定增加，故B错误；功可以全部转化为热，热在引起外界变化的情况下也可以全部转化为功，故C错误；根据热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传递到高温物体，故D正确。
2.下列说法正确的是(　　)
A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B.空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等
C.自发的热传导是不可逆的
D.不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为其违背热力学第一定律
答案　C
解析　冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，但要消耗电能，因此遵循热力学第二定律，故A错误；空调工作时消耗的电能大于室内温度降低所放出的热量，故B错误；一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，故C正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为其违背热力学第二定律，故D错误。
3.一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
答案　C
解析　由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100 J－40 J＝－140 J，故选项C正确。
4.根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(　　)
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，在传热中，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
答案　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。
5.一个带活塞的汽缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则(　　)
A.将热量传给气体，其温度必升高
B.压缩气体，其温度必升高
C.压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变
D.压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高
答案　D
解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，当压缩气体，同时将热量传给气体时，其内能增加，温度必升高，D正确；若压缩气体的同时气体向外界放热，内能增加或减少的情况无法确定，温度变化情况也无法确定，C错误；传热和做功均能改变内能，只考虑W或Q不能确定内能变化情况，A、B错误。
6.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中的下列说法中正确的是(　　)
A.气体对外做功，气体温度一定变化
B.气体对外做功，内能可能不变
C.气体压强可能增大，内能可能不变
D.气体从外界吸热，内能一定增大
答案　B
解析　由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变，但压强减小，故B正确。
7.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m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力不计，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＝Fs＝pSh＝10 J，根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋(－W)＝60 J－10 J＝50 J，故C正确。
8.一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2.0×104J
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
答案　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。
9.如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中(　　)
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，其中每一个分子的动能都增大
答案　A
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，选项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，选项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，选项D错误。
10.关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A.对某物体做功，一定能使该物体的内能增加
B.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C.理想气体的等压膨胀过程一定放热
D.有的过程既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
答案　B
解析　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，对某物体做功，同时该物体放出热量，内能可能减小，A错误；由热力学第二定律的开尔文表述可知，在产生其他影响的情况下，可以从单一热源吸收热量使之完全变为功，B正确；理想气体在等压膨胀过程中，由盖－吕萨克定律得＝，可知体积膨胀，气体的温度一定升高，内能一定增加，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，由于气体膨胀对外做功，W<0，故Q>0，所以气体一定吸热，C错误；热力学第一定律及热力学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，D错误。
二、非选择题(本题共5小题，共60分)
11.(8分)如图所示是某气压式柱形保温瓶的结构示意简图，现倒入热水，封闭活塞a，与液面间封闭一定质量的理想气体，此时瓶内气体温度为T1，压强为p0，经过一段时间温度降为T2，忽略这一过程中气体体积的变化。
(1)求温度降为T2时瓶内气体的压强p；
(2)封闭气体温度由T1降为T2过程中，其传递的热量为Q，则气体的内能如何变化，求变化量的大小ΔU。
答案　(1)p0　(2)内能减少　Q
解析　(1)由查理定律得＝
解得p＝p0。
(2)温度由T1下降到T2过程为等容过程，W＝0，温度降低，内能减少，由ΔU＝W＋Q
得ΔU＝Q。
12.(8分)炎热的夏天，在高速公路上疾驶的汽车极易发生“爆胎”的现象，从而引发车祸，必须引起人们足够的重视。一辆停在地下车库内的汽车，行驶前轮胎内气体压强为2.5 atm，温度为27 ℃；该汽车从车库驶出后奔向高速公路，在高速公路上长时间疾驶导致爆胎，爆胎时胎内气体的压强为2.8 atm，轮胎中的空气可看作理想气体。已知T＝t＋273 K，爆胎前轮胎体积可视为不变。
(1)求爆胎时轮胎内气体的温度；
(2)若爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，则此过程胎内原有气体的内能如何变化？简要说明理由。
答案　(1)63 ℃　(2)内能减少，理由见解析
解析　(1)气体做等容变化，由查理定律得＝
其中T1＝t1＋273，T2＝t2＋273
p1＝2.5 atm，t1＝27 ℃
p2＝2.8 atm
解得爆胎时轮胎内气体的温度t2＝63 ℃。
(2)气体膨胀对外做功，W<0，没有吸收或放出热量，Q＝0，根据热力学第一定律
ΔU＝Q＋W
可得ΔU<0，即内能减少。
13.(13分)一定质量的理想气体，其内能跟温度成正比。在初始状态A时，体积为V0，压强为p0，温度为T0，已知此时其内能为U0。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终还回到原来状态A，其变化过程的p－T图像如图所示，其中CA延长线过坐标原点，BA平行于p坐标轴。求：
(1)从状态B到状态C的体积变化量；
(2)从状态B经由状态C，最终回到状态A的过程中，气体与外界交换的热量是多少。
答案　(1)　(2)2p0V0
解析　(1)由题图可知，从状态A到状态B为等温变化过程，状态B时气体压强为pB＝3p0，设体积为VB，由玻意耳定律有
p0V0＝pBVB
解得VB＝
从状态B到状态C为等压变化过程，状态C时气体温度为TC＝3T0，设体积为VC，由盖－吕萨克定律有
＝
解得 VC＝V0
从状态B到状态C的体积变化量
ΔV＝V0－＝。
(2)从状态B到状态C，外界对气体做功WBC＝－3p0ΔV＝－2p0V0
从状态C回到状态A，由图像知为等容过程，外界对气体不做功，从状态B经状态C回到状态A，内能增加量ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W
解得Q＝－WBC＝2p0V0
即气体从外界吸收热量2p0V0。
14.(15分)如图所示，质量为M的汽缸内封有空气(质量很小，可看作理想气体)，当活塞上系一细绳将汽缸竖直悬在空中保持静止时(如图甲)，汽缸内气柱长为2L0，现将汽缸和活塞缓慢横放到水平桌面上(如图乙)。活塞和汽缸之间的摩擦可忽略且保持不漏气，大气压强为p0，活塞横截面积为S，缸内气体温度保持不变，整个装置处于常温常压环境中，重力加速度为g。
(1)水平横放后，汽缸内气柱的长度为多少？
(2)从竖直悬挂到水平横放的过程中，外界对气体做功为W，问缸内空气是吸热还是放热？交换的热量是多少？
答案　(1)2L0　(2)放热　W
解析　(1)汽缸悬在空中时，设汽缸内气体的压强为p1，对汽缸，由平衡条件得
Mg＋p1S＝p0S
解得p1＝p0－
汽缸内气体初状态(悬空)的体积V1＝2L0S，气体末状态(横放)的压强p2＝p0，设末状态气柱的长度为L，气体温度不变，由玻意耳定律有p1V1＝p0LS
解得L＝2L0。
(2)一定质量的理想气体的内能由温度决定，气体温度不变，内能不变，ΔU＝0，气体体积减小，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－W<0，则气体放出热量，放出的热量为W。
15.(16分)如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为10 cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底30 cm处设有卡槽a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动。开始时活塞放在a、b上，活塞的质量为5 kg，气体温度为180 K。现缓慢加热汽缸内气体，当温度为300 K，活塞恰好离开卡槽a、b；若继续给汽缸内气体缓慢加热，活塞上升10 cm的过程中，气体的内能增加了240 J。
(设大气压强为p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2)求：
(1)开始时汽缸内气体的压强；
(2)活塞上升10 cm时汽缸内气体的温度；
(3)活塞离开卡槽a、b之后上升10 cm的过程中，气体吸收的热量。
答案　(1)9×104 Pa　(2)400 K　(3)255 J
解析　(1)活塞刚好离开卡槽时，有
mg＋p0S＝p2S
根据查理定律得＝
解得p1＝p2＝9×104 Pa。
(2)活塞离开卡槽后，气体为等压变化，根据盖－吕萨克定律得＝
解得T3＝T2＝400 K。
(3)活塞离开卡槽后，外界对气体做功为
W＝－p2·SΔh＝－15 J
根据热力学第一定律得
Q＝ΔU－W＝255 J。