粤教版选修3-3第三章 《热力学基

《热力学基础》单元达标测评
（90分钟 100分）
一、选择题：（每题4分，计56分）
1.把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（ ）
A.做功可以升高物体的温度
B.做功可以改变物体的内能
C.做功一定可以增加物体的内能
D.做功可以增加物体的热量
2.下列关于永动机的说法中正确的是（ ）
A.第一类永动机违反了能量守恒定律
B.第一类永动机违反了热力学第一定律
C.第二类永动机违反了能量守恒定律
D.第二类永动机违反了热力学第二定律
3.以下过程不可能发生的是（ ）
A.对物体做功，同时物体放热，物体的温度不变
B.对物体做功，同时物体吸热，物体的温度不变
C.物体对外做功，同时放热，物体的内能不变
D.物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变
4.下面设想符合能量守恒定律的是（ ）
A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器
B.做成一条船利用河水的能量逆水航行
C.通过太阳照射飞机使飞机起飞
D.不用任何燃料使河水升温
5.下列有关物体内能改变的判断中，正确的是（ ）
A.外界对物体做功，物体的内能一定增加
B.外界和物体传递热量，物体的内能一定增加
C.物体对外界做功，物体的内能可能增加
D.物体向外放热，物体的内能可能增加
6.如图10—1所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中的水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中（ ）
A.大气压力对水做功，水的内能增加
B.水克服大气压力做功，水的内能减少
C.大气压力对水不做功，水的内能不变
D.大气压力对水不做功，水的内能增加 图10-1
7.如图10—2所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程气体吸热Q，气体内能增量为ΔE，则（ ）
A. ΔE=Q
B. ΔE﹤Q
C. ΔE﹥Q
D.无法比较 图10-2
8.一木块沿斜面向下滑，下列说法正确的是（ ）
A.不管斜面是否光滑，下滑过程中重力对木块做了功，它的内能将增大
B.若斜面光滑且不计空气阻力，木块滑到斜面底部时，速度增大，内能也将增大
C.若斜面粗糙，木块在重力作用下虽速度增大，但它的内能并不改变
D.若斜面粗糙，木块的机械能减小，而它的内能将增大
9.物体在水平面上运动，当它的速度由9m/s减小到7m/s的过程中，内能增量是某个定值，如果物体继续运动，又产生相等内能增量，这时物体速度应是 （ ）
A.5.66m/s B.4.12m/s C.5m/s D.3m/s
10.以下说法正确的是 （ ）
A.电冰箱内的食品温度比室内温度低，说明在一定条件下热传导也可以由低温物体向高温物体进行
B.内能可以转化为机械能
C.能量的耗散否定了能量的转化与守恒定律
D.能量的耗能说明自然界的宏观过程有方向性
11.一个带活塞的气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
12.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（ ）
A.迅速向里推活塞 B. 迅速向外拉活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
13.如图10—3所示，用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分，甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气。在达到平衡时，它们的温度必相等，若分子势能可忽略，则甲、乙中（ ）
A.气体的压强相等 B.气体分子的平均动能相等
C.气体的内能相等 D.气体分子的平均速率相等 图10-3
14.如图10—4所示，A、B两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B球用同一种特殊的材料制作，当温度稍微升高时，球的体积明显地增大，如果水和水银的初温及缓慢升高后的末温都相同，且两球膨胀后体积也相等，
两球也不再上升，则（ ）
A.A球吸收的热量多
B.B球吸收的热量多
C.A、B二球吸收的热量一样多
D.不能确定吸收热量的多少 图10-4
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
答案
二、填空题（每题6分，共12分）
15.一定质量的理想气体，在升温膨胀对外做功的过程中，分子的平均动能 ，气体的内能 ，因而伴随着 过程。
16.某气体初态时有100J内能，膨胀过程中对外做功30J，同时吸收了20J的热量，在这过程中内能 （填增加或减少） J。
三、计算题（17、18题各10分，19题12分）
17.在一个横截面积S=3×10-2m2的圆筒内装有质量m=0.6kg的水，被太阳光垂直照射 t=2min后，水温升高1℃，设大气层的太阳能只有η=45%到达地面，不计容器的吸热和散热损失，试估算太阳的全部辐射功率。（保留一位有效数字，设太阳与地球之间的平均距离d=1.5×1011m，水的比热c=4.2×103J/kg·℃）
18.某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
19.一颗质量为10g的子弹以200m/s的速度射入放在光滑水平面上质量为2 kg 的木块并穿出；穿出木块时子弹的速度变为40m/s，木块速度为0.8m/s，设子弹在木块中所受的阻力不变，在此过程中子弹和木块共获得多少内能？若这些内能有30%被子弹吸收，则可以使子弹升温多少度？子弹的比热容1.3×102J/(kg·℃)。
《热力学定律》单元达标测评参考答案
1.解析：当快速下压活塞时，对空气做功，改变了气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来。故B正确。
答案：B
2.解析：本题考察的是对两类永动机的本质认识，显然A、D正确。
答案：AD
3.解析：本题考察的是对热力学第一定律ΔU=W+Q的理解和应用，需要注意的是符号法则。
答案：BC
4.解析：利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C正确；设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确。
答案：BCD
5.解析：本题考察的是对热力学第一定律ΔU=W+Q的理解和应用，需要注意的是符号法则及其物理意义。
答案：CD
6.解析：大气压对左面A的水做正功，而对B中水做负功；A内水面下降，体积减小，与B内上升增加的体积相同，因此大气压对水做功的代数和为零；水的重心降低重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加。故选D。
答案：D
7.解析：抽去隔板前A、B气体的整体重心在中线以下，抽去隔板待气体混合均匀后重心恰好在中线上，所以系统的重力势能增大，由能量守恒定律，吸收的热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能，所以B正确。
答案：B
8.解析：斜面光滑且不计空气阻力时，木块下滑过程中机械能守恒，内能不变；斜面粗糙，木块下滑时要克服摩擦力做功，故木块在机械能减小，由能量守恒定律它的内能将增大。D正确。
答案：D
9.解析：设物体质量为m,v1=9m/s,v2=7m/s最终速度减为v3，由能量守恒定律有：
代入数值得：v3=m/s=4.12m/s 故B正确。
答案：B
10.解析：热传导只能从高温到低温，A不正确；由能量守恒定律可知，各种形式的能量之间可以相互转化，并且总能量守恒，所以B正确，C不正确；而能量的耗能正好说明自然界的宏观过程有方向性，D正确。
答案：BD
11.解析：由于气体的温度随其内能的增大而升高，所以内能增大温度必然升高；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，其内能增加，温度必升高，D正确；而A、B只是考虑了或W或Q的一个方面而忽略了另一方面，故不正确。
答案：D
12.解析：只有迅速向里推活塞，对混合气体做功，才能使混合气体的内能迅速增加，温度迅速升高到燃点。故A正确。
答案：A
13.解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以在达到平衡时，它们的温度相等，气体分子的平均动能必相等。
答案：B
14.解析：A、B两球初末状态完全相同，故ΔU相同；B球膨胀对水银做的功大于A球膨胀对水做的功，由热力学第一定律ΔU=W+Q，所以B球吸收的热量大于A球吸收的热量，故B正确。
答案：B
15.解析：温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子的平均动能增大；理想气体的内能是由温度唯一决定，所以温度升高，内能增加；由热力学第一定律ΔU=W+Q，结合符号法则及其物理意义，则气体要吸热。
答案：增大 增加 吸热
16.解析：由热力学第一定律ΔU=U2-U1=W+Q，结合符号法则及其物理意义有：W=-30J，Q=20J，故ΔU=U2-U1= -10J，因而内能减小了10J。
答案：减少 10
17.解析：设太阳的全部辐射功率为P，则在两分钟内太阳向外辐射的能量Q=Pt，则由题意可知
所以=4.4×1026W
18.解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2υtρ，这些气流的动能为mυ2；转变的是能为E= mυ2 ×10％，故风车带动电动机功率为P==πr2ρυ3×10％
代入数据以后得P=3.4kW
答案：3.4kW
19.解析：系统损失的机械能转化为系统增加的内能。
=×0.01×2002J－(×0.01×402J＋×2×0.82J)=191.36J
∴被子弹吸收的热量是Q=ΔE换×30％=cmΔt∴℃=44.16℃
瞻前顾后
一.物体内能的变化，能量守恒定律
（1）做功和热传递都能改变物体的内能，这两种方式是等效的，但又有本质的区别：做功是其它形式的能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能的转移，热量是内能转移的量度。
（2）能量守恒定律
能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一。
二.热力学定律
1.热力学第一定律
外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能增加量ΔU，即ΔU=Q+W在这个表达式中，当外界对物体做功是W取正，物体克服外力做功是W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正表示物体内能增加，ΔU为负表示物体内能减小。
2.热力学第二定律
（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。
（2）不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。
（3）热力学第二定律使人们认识到：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。
3.能源的开发和利用
能量耗散：自然界的能量是守恒的，但是很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。因此，提醒人们应该合理开发和利用能源。
典例探究
例1 一木块静止在光滑的水平面上，被水平方向飞来的子弹击中，子弹进入木块的深度为2cm，木块相对于桌面移动了1cm，设木块对子弹损失的动能之比为
A.1：1 B.2：3 C.1：2 D.1：3
解析：子弹损失的动能等于子弹克服阻力所做的功，子弹的位移为打入深度d和木块移动的距离L之和，有ΔEκ=Fμ（d+L）
产生的热量为：Q=Fμd
∴；因此选B项。
例2 （2003·全国卷第20题）如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中
A.外力对乙做功：甲的内能不变
B.外力对乙做功：乙的内能不变
C.乙传递热量给甲：乙的内能增加
D.乙的内能增加：甲的内能不变
解析：据热力学第一定律，由于外力对乙做功，而容器和活塞P绝热（即无热递），所以乙的内能的增加，温度升高。甲乙气体间由导热隔板相连。乙温度升高后，乙、甲之间发生热传递，使甲内能增加，温度上升，乙内能减小，温度下降，当甲、乙的温度相同时，热传递停止。所以C正确。
例3 下列说法正确的是
A.热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体
B.热量总是由比热大的物体传递给比热小的物体
C.热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体
D.热量总是由体积大的物体传递给体积小的物体
解析：发生热传递的条件是两物体有温度差，高温物体的内能转移到低温物体，使高温物体降温，低温物体升温，只到两者温度相同，热传递才停止。与两物体比热、体积、内能的大小均无关。
答案：C
例4 物体A和B接触，发现A放出热量，B吸收热量，则下列说法正确的是
A.A的温度一定比B的温度高
B.A的内能一定比B的内能大
C.A的热量一定比B的热量多
D.A的比热一定比B的比热大
解析：自发进行的热传递的方向，一定是从高温物传向低温物体。
热量是热传递中内能改变的量度，只有在热传递中“热量”才有意义，“热量”只能“吸收”“放出”，而不能“具有”。
所以只有A正确，BCD错误。
例5 试对热力学第一定律、热力学第二定律进行对比分析
解析：通过摩擦，功可以全部变为热。热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动从低温物体传向高温物体。热力学第一定律说明在任何过程中能量必须守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现。热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一方向的过程则不能实现。在热力学中，热力学第二定律和第一定律相辅相成，缺一不可。
A
K
B
A
B
甲
乙
A
B
水银
水
甲
乙
B
P