2018-2019学年物理选修3-3：阶段检测四+Word版含答案

阶段检测(四)
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分。其中1～6 题为单项选择题，7～10题为多项选择题)
1.如图1所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前(　　)
图1
A.外界对管内气体做功，气体内能增大
B.管内气体对外界做功，气体内能减小
C.管内气体内能不变，压强变大
D.管内气体内能增加，压强变大
解析　管体积不变，则气体体积不变，外界没有对管内气体做功，管内气体也没有对外界做功，A、B项错误；绳子与管壁摩擦生热，使管内气体温度升高，根据理想气体状态方程，可知温度升高，体积不变，气体压强增大，故C项错误，D项正确。
答案　D
2.如图2所示，在玻璃瓶中放入少量水，用中间插有玻璃管的橡皮塞盖紧瓶口，然后往瓶中打气，当气压达到足够大时，橡皮塞从瓶口冲出，原来透明的瓶内充满了白雾，这一实验现象表明(　　)
图2
A.气体对外界做功，瓶内气体温度升高，内能减少
B.外界对气体做功，瓶内气体温度升高，内能增加
C.气体对外界做功，瓶内气体温度降低，内能减少
D.外界对气体做功，瓶内气体温度降低，内能增加
解析　往瓶内打气，压缩瓶内气体做功，使瓶内气体内能增加，温度升高；当瓶塞跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，温度降低，瓶内水蒸气因放热发生液化，生成小水滴，即“白雾”，故C正确。
答案　C
3.下列过程中，可能发生的是(　　)
A.某工作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跑进去，恢复原状
C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高
D.两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
解析　根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不产生其他影响，但通过一些物理过程是可以实现的，故选项C正确；内能自发地全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的，故选项A错误；气体膨胀具有方向性，故选项B错误；扩散现象也有方向性，选项D错误。
答案　C
4.下列有关热力学第二定律的说法正确的是(　　)
A.气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程
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.空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性
D.一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
解析　与温度有关的一切热现象的宏观过程都是不可逆的，A项错误；热量不能自发地由高温物体传到低温物体，空调机里的压缩机工作，消耗了电能，产生了其他影响，C项错误；一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵增大，D项错误。只有B项正确。
答案　B
5.一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′。如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则(　　)
A.W1＞W2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2
B.W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
C.W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2
D.W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，若通过压强不变的过程实现体积膨胀，则由为恒量，可知温度必定升高，对理想气体，内能必定增大，则气体膨胀对外做功，并从外界吸收热量，即ΔU1＝－W1＋Q1＞0，且Q1＞W1。若通过温度不变的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，从外界吸收热量，即ΔU2＝－W2＋Q2＝0，且Q2＝W2，则ΔU1＞ΔU2。由于气体对外做功的过程中，体积膨胀，通过温度不变的方式，由为恒量，可知压强必定减小，则平均压强比通过压强不变的过程时的压强要小，故W1＞W2，Q1＞Q2，选项B正确。
答案　B
6.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c。b、c状态温度相同，如图3所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)
图3
A.pb>pc，Qab>Qac B.pb>pc，QabC.pbQac D.pb解析　由V＝T可知V－T图线的斜率越大，压强p越小，故pbQac。综上C正确。
答案　C
7.如图4所示，一导热性能良好的金属汽缸放置在水平面上，汽缸内封闭了一定质量的理想气体，现缓慢地在活塞上堆放一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，在此过程中(　　)
图4
A.气体的内能增大
B.气体吸热
C.单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多
D.若汽缸和活塞换成绝热材料，汽缸内气体分子平均动能增大
解析　金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故A错误；气体温度不变，内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体要向外放出热量，故B错误；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子密度增大，单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多，所以C正确；若汽缸和活塞换成绝热材料，气体不吸热也不放热，气体体积减小，对气体做功，由热力学第一定律可以知道，气体内能增大，气体温度升高，汽缸内气体分子平均动能增大，D正确。
答案　CD
8.下列说法不正确的是(　　)
A.热量不能由低温物体传递到高温物体
B.外界对物体做功，物体的内能必定增加
C.第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
D.电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违背热力学第二定律
解析　根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，选项A错误；外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，选项B错误；第二类永动机不可能制成，并不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律中热机效率必小于100%的表述，因此它不可能制成，选项C错误；电冰箱虽然从低温物体吸收了热量，但产生了其他影响，消耗了电能，选项D正确。
答案　ABC
9.关于气体的内能，下列说法正确的是(　　)
A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C.气体被压缩时，内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
解析　由于非理想气体分子间作用力不可忽略，内能包括分子势能，则气体的内能与体积有关，再者即使是理想气体，内能取决于温度和分子数目，质量相同的气体，当分子数目不同、温度相同时，内能也不相同，故A项错误；物体的内能与其机械运动无关，B项错误；由热力学第一定律知，气体被压缩时，若同时向外散热，则内能可能保持不变，C项正确；对于一定量的某种理想气体，其内能只取决于分子平均动能的变化，而温度是分子平均动能的标志，所以D项正确；由理想气体状态方程＝C知，p不变，V增大，则T增大，故E项正确。
答案　CDE
10.一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图5所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是(　　)
图5
A.气体在a、c两状态的体积相等
B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
解析　由理想气体状态方程＝C知，p＝T，因此气体在a、c两状态的体积相等，故A项正确；对一定质量的理想气体而言，内能由温度决定，因Ta>Tc，故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，选项B正确；过程cd为等温变化，内能不变(ΔU＝0)，压强变大，体积减小，外界对气体做功(W>0)，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q<0，故为放热过程且W＝|Q|，选项C错误；过程da为等压变化，温度升高，体积变大，气体的内能增大，ΔU>0，对外做功，W<0，由ΔU＝W＋Q，知该过程吸热且Q>|W|，选项D错误；因为＝C，即pV＝CT，pΔV＝CΔT，气体对外界做Wbc＝pΔVbc＝CΔTbc，同理Wda＝CΔTda，而ΔTbc＝ΔTda，所以Wbc＝Wda，选项E正确。
答案　ABE
二、非选择题(本题共4小题，共40分)
11.(6分)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小________ kJ，空气________(填“吸收”或“放出”)的总热量为________ kJ。(空气看做理想气体)
解析　理想气体的内能仅与温度有关，故将空气压缩装入气瓶的过程中并不改变空气的内能，只有潜入海底过程才改变内能，所以两个过程中，空气的内能共减小5 kJ，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＝－29 kJ，故空气放出的总热量为29 kJ。
答案　5　放出　29
12.(10分)一定质量的理想气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问：
(1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
(2)分子的平均动能是增加还是减少？
解析　(1)气体从外界吸热为Q＝4.2×105 J，气体对外做功，W＝－6×105 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(－6×105 J)＋(4.2×105 J)＝－1.8×105 J。ΔU为负，说明气体的内能减少了。所以气体内能减少了1.8×105 J。
(2)理想气体不计分子势能，内能减少，说明气体分子的平均动能一定减少。
答案　(1)减少　1.8×105 J　(2)减少
13.(12分)如图6所示，一长为L、内横截面积为S的绝热汽缸固定在水平地面上，汽缸内用一质量为m的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞固定在汽缸正中央，汽缸内被封闭气体压强为p，外界大气压为p0(p＞p0)。现释放活塞，测得活塞被缸内气体推到缸口时的速度为v。求：
图6
(1)此过程克服大气压力所做的功；
(2)活塞从释放到将要离开缸口，缸内气体内能改变了多少？
解析　(1)设大气作用在活塞上的压力为F，则
F＝p0S
根据功的计算式W＝
解得W＝
(2)设活塞离开汽缸时动能为Ek，则Ek＝
根据能量守恒定律得：缸内气体内能改变
ΔU＝－－
即内能减少了mv2＋p0SL
答案　(1)　(2)减少了mv2＋p0SL
14.(12分)如图7所示，为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p－V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有热量335 J传入系统，系统对外界做功126 J。求：
图7
(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42 J，则有多少热量传入系统？
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84 J，则系统是吸热还是放热？热量传递是多少？
解析　(1)由热力学第一定律可得a→c→b过程系统增加的内能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209 J，a→d→b过程有ΔU＝W′＋Q′
得Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251 J，为正，即有251 J的热量传入系统。
(2)由题意知b→a过程系统内能的增量
ΔU′＝－ΔU＝－209 J
根据热力学第一定律有
Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84)J＝－293 J
负号说明系统放出热量，热量传递为293 J。
答案　(1)251 J　(2)放热　293 J