第五章《热力学定律》章末测试题word版含答案

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2019鲁科版高中物理选修3-3第五章《热力学定律》章末测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题，每小题3.0分,共60分)


1.做功和热传递是等效的，这里指的是(　　)
A． 它们能使物体改变相同的温度
B． 它们能使物体增加相同的热量
C． 它们能使物体改变相同的内能
D． 它们本质上是相同的
【答案】C
【解析】做功是其它形式的能量转化为内能，功的多少是内能转化的量度；热传递是内能的转移，热量是内能转移的量度，所以两者对改变系统的内能是等效的.
2.下列关于热现象的说法，正确的是 (　　)
A． 外界对物体做功，物体的内能一定增加
B． 气体的温度升高，气体的压强一定增大
C． 任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体
D． 任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
【答案】D
【解析】由W＋Q＝ΔU知，当外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，所以A错；只强调温度T升高时，气体压强不一定增大，故B错；在有外部因素做功时(如电冰箱)，热量可以由低温物体传递到高温物体，故C错；由功热转化的方向性可判定D正确.
3.固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略.假设汽缸壁的导热性能很好，外界环境的温度保持不变.若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的下列结论，正确的是(　　)

A． 气体对外做功，气体内能减小
B． 气体对外做功，气体内能不变
C． 外界对气体做功，气体内能不变
D． 气体向外界放热，气体内能不变
【答案】B
【解析】用力F缓慢拉活塞时，气体膨胀，对外做功，但由于汽缸的导热性很好，环境温度又不变，汽缸会从外界吸收热量而保持与环境温度相同，因而气体的内能不变，故B选项正确.
4.如图所示，一定质量的理想气体沿p－V坐标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线BDA是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分，则(　　)

A． 气体由A经C变到B，一定是吸热的
B． 气体由B经D变到A，一定是吸热的
C． 气体由A经C变到B再经D变到A，吸热多于放热
D． 气体由A经C变到B再经D变到A，放热多于吸热
【答案】A
【解析】因为BDA为等温线，所以在A、B两个状态下气体的内能相等，气体由A经C变到B的过程中，体积增大，对外界做功，所以W<0，因此，此过程中气体一定吸热，选项A正确；气体由B经D变为A，体积减小，外界对气体做功，W>0，因此此过程中气体一定放热，选项B错误；气体由A经C变到B再经D变到A，内能不变，吸收的热量一定等于放出的热量，选项C、D错误.
5.电动打气筒的压缩机在一次压缩过程中，活塞对空气做了3.0×105J的功，同时空气的内能增加了5×104J.下列说法正确的是(　　)
A． 空气从外界吸收的热量是0.5×105J
B． 空气对外界放出的热量是2.5×105J
C． 空气从外界吸收的热量是3.5×105J
D． 空气对外界放出的热量是3.5×105J
【答案】B
【解析】由题意知，W＝2.0×105J，ΔU＝5×104J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝－2.5×105J，负号表示放热，故选项B正确.
6.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定(　　)

A． 从外界吸热
B． 内能增大
C． 向外界放热
D． 内能减小
【答案】C
【解析】由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错.热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对.正确答案为C.
7.关于分子动理论和物体的内能，下列说法中正确的是(　　)
A． 液体分子的无规则运动称为布朗运动
B． 物体的温度升高，物体内大量分子热运动的平均动能增大
C． 物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D． 气体的温度升高，气体的压强一定增大
【答案】B
【解析】布朗运动是固体小颗粒在液体分子的无规则撞击下的无规则运动，而不是液体分子的运动，但是可以反映液体分子的无规则运动，选项A错；温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子热运动的平均动能增大，选项B对；改变内能的方式有两种，即做功和热传递，只是从外界吸收热量，无法判断内能变化，选项C错；气体温度升高，根据＝，可知在不明确体积变化的情况下无法判断压强变化，选项D错.
8.下列说法正确的是(　　)
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，但不违反热力学第二定律
【答案】D
【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，所以选项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，所以选项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1的表述，因此不可能制成，所以选项C错误；电冰箱虽然从低温物体吸收了热量，但产生了其它影响，消耗了电能，选项D正确.
9.在一定速度下发生变化的孤立系统，其总熵的变化情况是(　　)
A． 不变
B． 可能增大或减小
C． 总是增大
D． 总是减小
【答案】C
【解析】在任何自然过程中，一切孤立系统总向着总熵增大的方向发展.
10.下列过程中可能发生的是 (　　)
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，其内气体自发溢出后又自发跑进去，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
【答案】C
【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递给高温物体，而不引起其他的影响，但通过一些物理手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性，故D项错.
11.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(　　)
A． 机械能守恒
B． 能量正在消失
C． 只有动能和重力势能的相互转化
D． 减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
【答案】D
【解析】自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能等于克服阻力、摩擦力做的功，增加了内能.
12.如图所示为电冰箱的工作原理图，毛细管压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.下列说法中正确的是(　　)

A． 在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量
B． 在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量
C． 在冰箱外的管道中，制冷剂被压缩并放出热量
D． 在冰箱内的管道中，制冷剂被压缩并吸收热量
【答案】BC
【解析】根据压缩机的位置及制冷剂的循环方向即可判断出制冷剂在冰箱外是被压缩的，压缩后其内能增加，温度升高，因此要向外界放出热量直至与外界温度相同，进入冰箱内后迅速膨胀对外做功，温度急剧降低，因此要吸收热量直至与冰箱内温度相同.
13.地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是 (　　)
A． 内能不能转化成机械能
B． 内能转化成机械能不满足热力学第一定律
C． 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律
D． 上述三种原因都不正确
【答案】C
【解析】内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B错误；热力学第二定律告诉我们：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，C正确.
14.关于第二类永动机，下列说法中正确的是(　　)
A． 它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律
B． 它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律
C． 它不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律
D． 它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律
【答案】C
15.下列说法正确的是(　　)
A． 液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
B． 液体分子的无规则运动称为布朗运动
C． 物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D． 物体对外界做功，其内能一定减少
【答案】A
【解析】由布朗运动的定义可知，选项A正确；布朗运动不是分子的运动，但是它间接地反映了液体分子运动的无规则性，所以选项B错误；改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，物体从外界吸收热量，同时它可能对外做功，其内能不一定增加，C选项错误；物体对外界做功，同时它可能从外界吸收热量，其内能不一定减小，D选项错误，综上所述正确的答案为A.
16.关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是(　　)
A． 我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
B． 利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C． 在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小
D． 温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大
【答案】B
【解析】由热力学第二定律可知，A错误，B正确；由分子间作用力与分子间距的关系可知，C项错误；温度升高时，物体中分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，故D项错误.
17.对一定量的气体，下列说法正确的是(　　)
A． 在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功
B． 在压强不断增大的过程，外界对气体一定做功
C． 在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加
D． 在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变
【答案】A
【解析】气体体积增大时，一定对外做功，A正确；而压强与做功、体积与内能均无关，所以B、C错误；气体与外界没有发生热量交换过程中，内能有可能改变，有可能不变，还要看做功情况，所以D错误.
18.下列说法正确的是 (　　)
A． 布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B． 没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能
C． 知道某物质的摩尔质量和密度就可求出阿伏加德罗常数
D． 内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
【答案】D
【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，是液体分子的无规则运动的反映，但不是颗粒的分子运动的反映，A错.根据热力学第二定律可知机械能可以全部转化为内能，但是内能不可以全部转化为机械能，而不引起其他变化，B错.知道物质的摩尔质量和密度可以求出摩尔体积，但不可求出阿伏加德罗常数，C错.内能不同的物体温度可能相同，分子平均动能可能相同，D对.
19.对于一个大气压下100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是(　　)
A． 水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
B． 水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
C． 水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
D． 水的内能增加，对外界做功，向外界放热
【答案】A
【解析】水变成水蒸气的过程是吸热的过程，又因气体膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，由此判断可知A对.
20.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比(　　)
A． 气体内能一定增加
B． 气体内能一定减小
C． 气体内能一定不变
D． 气体内能是增是减不能确定
【答案】D
【解析】物体内能的改变由做功和热传递共同决定.气体对外做功使内能减小，吸收热量使内能增加，因为不知道做功和热传递的具体数值，所以气体内能是增是减不能确定，D正确.


第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题，每小题10.0分,共40分)


21.一铁球从高H处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为c，各物理量取国际制单位)
【答案】
【解析】设落到地面时的速率为v，
由v2＝2gH得落地时v＝
则铁球在与地面撞击时损失的动能
ΔE＝mv2－m()2＝mv2＝m·2gH＝mgH
由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能
则ΔU＝ΔE＝mgH＝Q
由Q＝cmΔt得Δt＝＝＝
即铁球温度升高.
22.如图所示，横截面积S＝10 cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的圆柱形导热汽缸内，开始活塞与汽缸底部距离H＝30 cm.在活塞上放一重物，待整个系统稳定后.测得活塞与汽缸底部距离变为h＝25 cm.已知外界大气压强始终为p0＝1×105Pa，不计活塞质量及其与汽缸之间的摩擦，取g＝10 m/s2.求：

(1)所放重物的质量；
(2)在此过程中被封闭气体与外界交换的热量.
【答案】(1)2 kg　(2)放出6 J热量
【解析】(1)封闭气体发生等温变化
气体初状态的压强为p1＝1×105Pa
气体末状态的压强为p2＝p0＋
根据玻意耳定律得p1HS＝p2hS
解得：m＝2 kg
(2)外界对气体做功W＝(p0S＋mg)(H－h)
根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝0
解得Q＝－6 J，即放出6 J热量.
23.如图所示为焦耳测定热功当量的实验装置，若重物P、P′的质量共为m＝26.320 kg，每次下落的高度均为h＝160.5 cm，共下落n＝20次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为C＝6316 cal/℃，实验中测得温度升高Δt＝0.31 ℃，试根据这些数据算出热功当量的值.(热功当量J＝，g＝9.8 m/s2)

【答案】4.23 J/cal
【解析】重物下落n＝20次共做功W＝nmgh
量热器中的水及容器等温度升高Δt需吸热Q＝CΔt
由热功当量的定义得J＝＝
＝
≈4.23 J/cal.
24.如图所示，一个绝热的汽缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将汽缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体A和B.活塞的质量为m，横截面积为S，与隔板相距h.现通过电热丝缓慢加热气体，当A气体吸收热量Q时，活塞上升了h，此时气体的温度为T1.已知大气压强为p0，重力加速度为g.

(1)加热过程中，若A气体内能增加了ΔE1，求B气体内能增加量ΔE2；
(2)现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时A气体的温度为T2.求此时添加砂粒的总质量Δm.
【答案】(1)Q－(mg＋p0S)h－ΔE1　(2)(－1)(＋m)
【解析】(1)B气体对外做功W＝pSh＝(p0S＋mg)h
由热力学第一定律得 ΔE1＋ΔE2＝Q－W
解得ΔE2＝Q－(mg＋p0S)h－ΔE1
(2)B气体的初状态
p1＝p0＋　V1＝2hS
B气体的末状态
p2＝p0＋　V2＝hS
由气体状态方程＝
解得Δm＝(－1)(＋m).