人教版 物理 选修3-3 第十章 热力学定律 寒假测试（解析版）

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人教版 物理 选修3-3 第十章 热力学定律 寒假测试
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分
分卷I
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.关于内能、温度和热量，下列说法中正确的是(　　)
A． 物体的温度升高时，一定吸收热量
B． 物体沿斜面下滑时，内能将增大
C． 物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大
D． 内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时热传递停止
【答案】C
【解析】改变物体内能的两种方法：做功和热传递.温度升高，内能可能增加，但不一定是吸收热量，A错误；物体沿斜面下滑，若物体与斜面间有摩擦力，则物体克服摩擦力做功，摩擦生热，物体内能可能增大，B错误，C正确；热传递的条件是存在温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，温度相同后热传递停止，D错误.
2.如图所示，将完全相同的A、B两球，分别浸没在初始温度相同的水和水银的同一深度处，已知A、B两球用同一种特殊的材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显地变大.现让两种液体的温度同时缓慢地升高到同一值，发现两球膨胀后，体积相等.若忽略绳子、水和水银由于温度的变化而引起的体积膨胀，则以下判断正确的是(　　)

A． 因为同一深度处水的压强较小，所以A球膨胀过程中对外做的功较多
B． 因为同一浓度处水银的压强较大，所以B球膨胀过程中内能增加较多
C． 膨胀过程中，A球吸收的热量较多
D． 膨胀过程中，B球吸收的热量较多
【答案】D
【解析】A、B两球所处的环境初末状态一致，故两球的体积增量和温度增量均相同，所以内能增量相同，选项B错误.但A球位于水中，B球位于水银中，由于同一深度处水的压强较小，故A球膨胀过程中对外做功较少，选项A错误，由ΔU＝W＋Q的关系可知，B球膨胀过程中对外做功较多，故B球膨胀过程中吸收热量较多，选项D正确.
3.如图所示，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac.则(　　)

A．Tb＞Tc，Qab＞Qac
B．Tb＞Tc，Qab＜Qac
C．Tb＝Tc，Qab＞Qac
D．Tb＝Tc，Qab＜Qac
【答案】C
【解析】a→b过程为等压变化，由盖－吕萨克定律得：
＝，得Tb＝2Ta，
a→c过程为等容变化，由查理定律得：
＝，得Tc＝2Ta
所以Tb＝Tc.
由热力学第一定律：a→b：Wab＋Qab＝ΔUab
a→c：Wac＋Qac＝ΔUac
又Wab＜0，Wac＝0，ΔUab＝ΔUac
则有Qab＞Qac，故C项正确.
4.以下说法正确的是(　　)
A． 热量自发地从甲物体传到乙物体，甲的内能不一定比乙大
B． 汽油是一种清洁能源
C． 水能是可再生能源，所以可制造一台利用水能的机器，效率可达100%
D． 煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
【答案】A
【解析】热量自发地从甲传到乙，说明甲的温度高于乙的温度，但物体的内能除与温度有关外，还与物体体积及物质的量等因素有关，甲的内能不一定大于乙的内能，A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致环境污染，B错；水能虽然是可再生能源，由热力学第二定律可知，效率不可能达到100%，C错；煤、石油等常规能源的储存量是有限的，是不可再生能源，D错.
5.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体(　　)

A． 温度升高，压强增大，内能减少
B． 温度降低，压强增大，内能减少
C． 温度升高，压强增大，内能增加
D． 温度降低，压强减小，内能增加
【答案】C
【解析】向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故选项C正确.
6.下列哪个实例说明做功改变了系统的内能(　　)
A． 热水袋取暖
B． 用双手摩擦给手取暖
C． 把手放在火炉旁取暖
D． 用嘴对手呵气给手取暖
【答案】B
【解析】双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和，A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能的，选项B正确.
7.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.
8.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(　　)

A． 气体对外做功，气体温度可能不变
B． 气体对外做功，内能一定减少
C． 气体压强可能增大，内能可能不变
D． 气体从外界吸热，内能一定增加
【答案】A
【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.
9.如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是(　　)

A． 子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能
B． 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能
C． 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能
D． 子弹的一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能
【答案】D
【解析】子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能.
10.下列关于内能与热量的说法中，正确的是(　　)
A． 马铃薯所含热量高
B． 内能越大的物体热量也越多
C． 热量自发地从内能大的物体传向内能小的物体
D． 热量自发地从温度高的物体传向温度低的物体
【答案】D
【解析】选项A是一种很常见的说法，在日常生活中似无须计较，但从物理学的角度来看，却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A错；选项B与选项A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错，D对.
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)关于热机的效率，下列说法正确的是(　　)
A． 有可能达80%
B． 有可能达100%
C． 有可能超过80%
D． 有可能超过100%
【答案】AC
【解析】因为第二类永动机不能实现，所以热机的效率永远也达不到100%.
12.(多选)关于热传递的说法正确的是 (　　)
A． 热传递具有方向性
B． 由于热传递具有方向性，所以热传递是矢量
C． 虽然热传递具有方向性，但是热传递是标量
D． 热传递是一种物理现象，并不是一个物理量
【答案】AD
【解析】热传递具有方向性，伴随热量的转移.
13.(多选)一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，所以说法正确的是(　　)
A． 此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态
B． 外界的影响破坏了容器内气体的平衡
C． 上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统
D． 对一个开放系统并不一定是最无序的分布
【答案】BCD
【解析】容器和容器内部的气体组成的系统与外界既有质量交换、又有能量交换，所以不是一个孤立的热力学系统.在外界的影响下，系统由平衡态变成了非平衡态，这个例子也说明了热力学第二定律只适用于封闭系统.
14.(多选)下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的有(　　)
A． 一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B． 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C． 桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D． 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
【答案】CD
【解析】A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生.C中系统的势能减少了.D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生.
分卷II
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.王晓宇同学家在楼顶上安装了太阳能热水器.该热水器的聚热面积约为1.5 m2，若每天相当于太阳直射的时间约为4 h，设太阳单位时间内垂直辐射到地面单位面积上的能量为E0＝7×103J/(m2·s)，太阳能的20%转化为水的内能，计算这个热水器最多能使200 kg的水温升至多少度？[设水温的初始值为20 ℃，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
【答案】56 ℃
【解析】根据题意得
E0·St×20%＝c·m·Δt
式中S＝1.5 m2，t＝4 h，Δt为水升高的温度.
则Δt＝
＝℃
＝36 ℃
最多水温达到t＝20 ℃＋36 ℃＝56 ℃.
16.在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致.已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2.5 atm，温度为27 ℃，爆胎时胎内气体的温度为87 ℃，轮胎中的空气可看作理想气体.
(1)求爆胎时轮胎内气体的压强；
(2)从微观上解释爆胎前胎内压强变化的原因；
(3)爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，判断此过程胎内原有气体内能如何变化？简要说明理由.
【答案】(1)3 atm
(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，导致气体压强增大.
(3)气体膨胀对外做功，没有吸收或放出热量，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU<0，内能减少.
【解析】(1)气体作等容变化，由查理定律得：
＝①
T1＝t1＋273②
T2＝t2＋273③
p1＝2.5 atm　t1＝27 ℃　t2＝87 ℃
由①②③得：p2＝3 atm.
(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，导致气体压强增大.
(3)气体膨胀对外做功，没有吸收或放出热量，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU<0，内能减少.
17.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，空气的内能怎样变化？变化了多少？空气是吸收还是放出热量？
【答案】减少　5 kJ　放出热量
【解析】根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，
第一阶段W1＝24 kJ，ΔU1＝0，
所以Q1＝－24 kJ，放热.
第二阶段W2＝0，ΔU2＝－5 kJ，
所以Q2＝－5 kJ.
两过程Q＝Q1＋Q2＝－29 kJ，故共放热29 kJ.
内能变化ΔU＝－5 kJ，即减少5 kJ.
18.如图所示，教室内用横截面积为0.2 m2的绝热活塞，将一定质量的理想气体封闭在圆柱形汽缸内，活塞与汽缸之间无摩擦，a状态是汽缸放在冰水混合物(0 ℃)中气体达到的平衡状态，活塞离汽缸底部的高度为0.6 m；b状态是汽缸从容器中移出后达到的平衡状态，活塞离汽缸底部的高度为0.65 m.设室内大气压强始终保持1.0×105Pa，忽略活塞质量.

(1)求教室内的温度；
(2)若气体从状态a变化到状态b的过程中，内能增加了560 J，求此过程中气体吸收的热量.
【答案】(1)295.75 K　(2)1 560 J
【解析】(1)由题意知气体做等压变化，设教室内温度为T2
由＝知T2＝＝295.75 K
(2)气体对外界做功为W＝p0S(h2－h1)＝103
根据热力学第一定律得Q＝ΔU－W＝1 560 J