第十章《热力学定律》单元测试题
一、单选题(每小题只有一个正确答案)
1.一个孤立的热力学系统处于非平衡态和平衡态相比( )
A. 处于非平衡态比处于平衡态有序 B. 处于平衡态比处于非平衡态有序
C. 处于非平衡态和处于平衡态有序程度相同 D. 有序程度要根据其他情况来定
2.下列说法正确的是( )
A. 物体从外界吸收热量,其内能一定增加
B. 物体对外界做功,其内能一定减少
C. 气体温度升高时,每个分子运动速率都会增大
D. 电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递
3.在一个密封绝热容器中固定一轻质隔板,将容器分为两部分,隔板厚度不计,左边封有气体,右边为真空,控制隔板让其缓慢运动至最右边,容器中气体压强和温度的变化情况为( )
A. 压强增大,温度升高 B. 压强减小,温度降低
C. 压强减小,温度升高 D. 压强减小,温度不变
4.金属制成的汽缸中装有柴油和空气的混合物,有可能使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
5.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
6.某校中学生参加电视台“异想天开”节目的活动,他们提出了下列四个设想方案,理论上可行的是( )
A. 制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响
B. 制作一个制冷设备,使温度降至绝对零度以下
C. 汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发地分离,既清洁了空气,又变废为宝
D. 将房屋顶设计成太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题
7.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图.M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中( )
A. 外界对气体做功,气体内能增大 B. 外界对气体做功,气体内能减小
C. 气体对外界做功,气体内能增大 D. 气体对外界做功,气体内能减小
8.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
9.关于热传递,下列说法中正确的是( )
A. 热传递的实质是温度的传递 B. 物体间存在着温度差,才能发生热传递
C. 热传递可以在任何情况下进行 D. 物体内能发生改变,一定是吸收或放出了热量
10.关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列论述正确的是( )
A. 热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能,故这两条定律是相互矛盾的
B. 内能可以全部转化为其他形式的能,只是会产生其他影响,故两条定律并不矛盾
C. 两条定律都是有关能量的转化规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别
D. 其实,能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
11.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
12.下列各物体在所经历的过程中,内能没有增加的有( )
A. 在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体
B. 水平飞行并射穿木块的子弹
C. 在绝热的条件下被压缩的气体
D. 在光滑水平面上运动的两个小球,碰撞后以共同的速度运动
二、多选题(每小题至少有两个正确答案)
13.用两种不同的金属丝组成一个回路,接触点1插在热水中,接触点2插在冷水中,如图所示,电流计指针会发生偏转,这就是温差发电现象.关于这一现象的正确说法是( )
A. 这一实验不违背热力学第二定律
B. 在实验过程中,热水温度降低,冷水温度升高
C. 在实验过程中,热水的内能全部转化成电能,电能则部分转化成冷水的内能
D. 在实验过程中,热水的内能只有部分转化成电能,电能则全部转化成冷水的内能
14.下列有关能量转化的说法中错误的是( )
A. 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他的变化
B. 只要对内燃机不断改进,就可以使内燃机的效率达到100%
C. 满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行
D. 外界对物体做功,物体的内能必然增加
15.在下述各种现象中,不是由做功引起系统温度变化的是( )
A. 在阳光照射下,水的温度升高
B. 用铁锤不断锤打铅块,铅块温度会升高
C. 在炉火上烧水,水的温度升高
D. 电视机工作一段时间,其内部元件温度升高
16.下列关于热传递过程说法正确的是( )
A. 热的物体把温度传给冷的物体
B. 热的物体把部分内能传给冷的物体
C. 总是内能多的物体把部分内能传递给内能少的物体
D. 内能少的物体也有可能把部分内能传递给内能多的物体
三、计算题
17.向一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆,随后投入了5个肉馅的咸汤圆,甜、咸汤圆在沸水中翻滚,象征着封闭系统进入了一个自发的过程,随后,用两只碗各盛了5个汤圆,每碗汤圆中共有六种可能:
①全是甜的 ②全是咸的 ③1甜4咸 ④4甜1咸
这是四种不平衡的宏观态;
⑤2甜3咸 ⑥3甜2咸
这是两种相对平衡的宏观态.
两只碗各盛5个汤圆共有32种组合方式,我们称为32个微观态,试问:
(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少?请设计一个图表来表示.
(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少?
18.如图所示,用导热性能良好的汽缸和活塞封闭一定质量的理想气体,气体的体积V1=8.0×10-3m3,温度T1=4.0×102K.现使外界环境温度缓慢降低至T2,此过程中气体放出热量7.0×102J,内能减少了5.0×102J.不计活塞的质量及活塞与汽缸间的摩擦,外界大气压强p0=1.0×105Pa.求T2的值.
四、简答题
19.一种冷暖两用型空调,铭牌标注:输入功率1 kW,制冷能力1.2×104kJ/h,制热能力1.3×104kJ/h.这样,该空调在制热时,每消耗1 J电能,将放出3 J多热量,是指标错误还是能量不守恒?
20.小明同学原来家住农村,八年前随父母搬到了某市的向阳小区,住进了居民楼.小明家在农村时,烧水做饭用煤,进了城市后用上了天然气;在农村时,冬季取暖家家户户也依靠烧煤,但在小区却集中供暖.请根据小明家的变化(烧煤→天然气,单家单户取暖→小区集中供暖),结合自己的切身体验,从科学和人文的角度对此变化加以评价.
答案解析
1.【答案】A
【解析】平衡态说明各处一样,没有差别,而无序意味着各处都一样、没有差别,所以,处于平衡态比处于非平衡态无序.
2.【答案】D
【解析】根据热力学第一定律ΔU=Q+W知,改变物体内能的方式为做功和热传递,从外界吸收热量,其内能不一定增加,物体对外界做功,其内能不一定减少,故A、B错误;温度是分子平均动能标志,物体温度越高,分子平均动能越大,但不是每个分子的动能都增大,则每个分子运动速率不一定增大,选项C错误;根据热力学第二定律知,热量只能够自发地从高温物体传到低温物体,但也可以通过热机做功实现从低温物体传递到高温物体,电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递,故D正确.故选D.
3.【答案】D
【解析】因为隔板右侧为真空,隔板左侧的气体在此过程中属自由膨胀,对外不做功,气体内能不变,温度不变,由玻意耳定律知,体积增大,压强减小.
4.【答案】A
【解析】迅速往里推活塞,相当于绝热过程,外界对气体做功,所做的功转化为气体的内能,使气体温度升高,达到柴油燃点.
5.【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.
6.【答案】D
【解析】根据热力学第二定律,不可能从单一热源吸收热量,使之完全对外做功而不产生其他影响,选项A错误;绝对零度是低温的极限,只可无限接近,不可能达到,选项B错误;根据热力学第二定律可知,与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,选项C错误;根据能量守恒定律可知,选项D正确.
7.【答案】A
【解析】筒内气体不与外界发生热交换,当气体体积变小时,外界对气体做功,使气体的内能增大,A正确.
8.【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.
9.【答案】B
【解析】热传递的实质是物体间内能的转移,故A错.热传递的条件是物体间存在温度差,高温物体放出热量,低温物体吸收热量,若两物体温度相同,它们之间便不再发生热传递,即达到了热平衡,故B对,C错.物体吸收或放出热量,内能会发生变化,但内能变化不一定是热传递引起的,还可以通过做功的方式实现,故D错.
10.【答案】B
【解析】热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系,是能量守恒定律在热学中的具体体现.热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性,二者表述的角度不同,本质不同,相互补充,并不矛盾,故选项C、D错误,选项B正确;内能在一定条件下可以全部转化为机械能,热量也可以由低温物体传递到高温物体,但是要引起其他变化,如电冰箱制冷机工作还要消耗电能,故选项A错误.
11.【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.
12.【答案】A
【解析】子弹在射穿木块的过程中,摩擦生热使内能增加;在绝热的条件下被压缩的气体,外界对气体做功,气体内能增加;运动的两个小球碰撞时损失的机械能转化为内能.
13.【答案】AB
【解析】自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律,本实验现象也不违反热力学第二定律,A正确;整个过程中能量守恒且热传递有方向性,B正确;在实验过程中,热水中的内能除转化为电能外,还升高金属丝的温度,内能不能全部转化为电能;电能除转化为冷水的内能外,还升高金属丝的温度,电能不能全部转化为冷水的内能,C、D错误.
14.【答案】BCD
【解析】由热力学第二定律的开尔文表述可知,A对,热机效率总低于100%,B错.满足能量守恒的过程未必能自发进行,因为还要看是否满足热力学第二定律,C错,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,W>0,ΔU不一定大于0,即内能不一定增加,D错.
15.【答案】AC
【解析】阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高,在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高;用铁锤锤打铅块的过程,是做功的过程,铅块温度升高,是外界做功引起的;电视机工作时,电流通过各元件,电流做功使其温度升高.可见A、C不是由做功引起温度变化的,故选A、C.
16.【答案】BD
【解析】在热传递过程中,传递的是内能而不是温度,所以A选项错误,B选项正确;热传递发生的条件是物体间存在温度差而不是存在内能差,因此,只要物体的温度比较高,即使由于物质的量、体积的原因致使其内能较小,它也会把自己的一部分内能传给另外一个温度较低而内能较大的物体,C选项错误,D选项正确.
17.【答案】(1)宏观态对应的微观态个数.
(2)相对平衡的宏观态出现的概率为:
P==.
【解析】
18.【答案】3.0×102K
【解析】设温度降低至T2时气体的体积为V2,则
外界对气体做功W=p0(V1-V2)
由热力学第一定律ΔU=Q+W,得V2=6.0×10-3m3
由等压变化,有=,
解得T2=3.0×102K.
19.【答案】都不是.空调制冷(制热)靠压缩机做功,从室内(室外)吸收热量放到室外(室内).在制热时,放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和,完全可以大于电能消耗.这既不违背热力学第一定律,也不违背热力学第二定律.
【解析】
20.【答案】(1)从炉具的变化上,提高了能源的利用率;
(2)从燃料的变化上,提高了能源的利用率,减少了环境污染;
(3)从取暖方式上,提高了能源利用率,减少了环境污染,保护了环境.小明家的进步反映了整个社会的进步,节约能源,保护环境人人有责.
【解析】