四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：能量守恒与热力学定律 单元测试题（含解析）

选修3-3
能量守恒与热力学定律单元测试题
1．下列说法正确的是（　　）
A．把玻璃管道的裂口放在火上烧熔，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故
B．用气筒给自行车打气，越打越费劲，说明气体分子之间有斥力
C．实际气体在温度不太高、压强不太大时可以当做理想气体来处理
D．为了节约能源，应提高利用率，随着技术的进步，一定可以制造出效率为100%的热机
2．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的(
)
A．温度降低，密度增大
B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大
D．温度升高，密度减小
3．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点看这两种改变方式是有区别的
4．一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图，已知a状态的体积为2.0×10-3m?，则下列说法正确的是
A．各状态气体体积Va=Vb>Vc=Vd
B．从b→c过程中，气体吸热
C．c→d过程中，气体内能增加
D．d→a过程中，外界对气体做功200J
5．如图所示，“奥托循环”由两条等温线和两条等容线组成，其中，a→b和c→d为等温过程，b→c和d→a为等容过程。下列说法正确的是
A．a→b过程中，气体对外界做功
B．b→c过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
C．c→d过程中，气体从外界吸收热量
D．d→a过程中，气体分子的平均动能变大
6．关于气体的内能，下列说法正确的是______。
A．气体被压缩时，内能可能不变
B．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
C．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
D．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
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
7．下列说法正确的是（　　）
A．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离
B．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，对外做功，分子平均动能增大
C．理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，所以随着人类科学技术的进步，第二类永动机是有可能研制成功的
D．改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终可能实现内能完全转化为机械能
8．如图，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c．a、
c两状态温度相等．下列说法正确的是
A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
9．下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体比温度低的物体所含的内能多
B．物体吸热其内能不一定增大
C．随着科技的进步，热机效率会逐渐提高，最终可以达到100％
D．热量不可能从低温物体传向高温物体而不引起其他变化
10．下列说法中正确的是（　　）
A．0oC冰的分子平均动能小于0oC水的分子平均动能
B．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关
C．在完全失重的情况下，密封容器内的气体对器壁的作用力为零
D．可以实现从单一热库吸收热量，使之完全用来对外做功
E.空气的相对湿度越大，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压
11．一定质量的理想气体从初状态A分别经不同过程到达末状态B、C、D，它们的PV图象如图所示．其中AB是等容过程，AC是等温过程，AD是等压过程．则内能减小的过程是________(选填“AB”“AC”或“AD”)；气体从外界吸收热量的过程是________(选填“AB”“AC”或“AD”)．
12．一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化，最后又回到初始状态A，即A→B→C→A（其中BC与纵轴平行，CA与横轴平行），这一过程称为一个循环，则：
（1）由A→B，气体分子的平均动能______?（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）由B→C，气体的内能______?（填“增大”、“减小”或“不变”）
（3）由C→A，气体______热量（填“吸收”或“放出”）
13．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0x104J,
气体内能减少1.3x105J,则此过程气体_____
(填“吸收”或“放出”)的热量为____
J。
14．在大气中，空气团运动时经过各气层的时间很短，因此，运动过程中空气团与周围空气热量交换极少，可看做绝热过程．潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云，到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温，气象上称这股干热的气流为焚风．
①空气团在山的迎风坡上升时温度降低，试说明其原因？
②设空气团的内能U与温度T满足U＝CT(C为一常数)，空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做的功为W，求此过程中空气团升高的温度ΔT.
15．如图甲所示，一圆柱形导热气缸水平放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，此时封闭气体的绝对温度为T(活塞与气缸底部相距L)，现将气缸逆时针缓慢转动直至气缸处于竖直位置，如图乙所示，此时活塞与气缸底部相距L；现给气缸外部套上绝热泡沫材料(未画出)且通过电热丝缓慢加热封闭气体，当封闭气体吸收热量Q时，气体的绝对温度上升到T。已知活塞的横截面积为S，外界环境的绝对温度恒为T，大气压强为P0，重力加速度大小为g，不计活塞与气缸的摩擦.求：
（1）活塞的质量m；
（2）加热过程中气体内能的增加量.
参考答案
1．A
【解析】
A．液体表面存在张力，表面要缩小到最小而平衡，故A正确；
B．用气筒给自行车打气，越大越费劲，是因为车胎内外压强差越来越大，与气体分子之间有斥力无关，故B错误；
C．严格遵守气体实验定律的气体是理想气体，实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下可以看作理想气体，故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，不可能制造出效率为100%的机器，故D错误。
故选A。
2．D
【解析】
理想气体的内能仅用温度来衡量，由热力学第一定律△U=W+△Q可知，△U=1.5×104J，即气体内能增加，故温度升高。因对外做功，体积膨胀，故密度减小。故D正确，ABC错误。
故选D。
3．D
【解析】
A．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但却不能成功制成。故A错误；
B．如果物体从外界吸收了热量，且又对外做功，则物体的内能不一定增加。B错误；
C．外界对物体做功，若与外界无热量交换，则物体的内能一定增加。故C错误；
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的。故D正确。
故选D。
4．BD
【解析】
A．根据PV/T=C可知，，可知过原点的直线为等容线，且斜率越大的等容线对应的气体的体积越小，由图像可知：
Va=Vb选项A错误；
B．从b→c过程中，气体的体积变大，温度升高，内能增加，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热，选项B正确；
C．c→d过程中，气体温度降低，则气体内能减小，选项C错误；
D．d→a过程中，气体体积减小，d态体积等于c态体积，根据气体状态方程可知：
，
即
解得
Vc=Vd=4×10-3m?
外界对气体做功
选项D正确；
故选BD.
点睛：此题关键是搞清图像的物理意义，P-T图像的斜率的倒数反映气体的体积；理解热力学第一定律中各个物理量的含义；知道等压状态下气体做功的表达式：.
5．BC
【解析】
A．a→b过程中，气体体积减小，外界对气体做功，故A错误；
B．b→c过程中，气体体积不变，压强增大，则气体的温度一定升高，气体分子的热运动更加剧烈，分子的数密度没有改变的情况下，分子在单位时间内单位面积上与器壁的碰撞数会增多，故B正确；
C．c→d过程中，气体体积增大，对外做功；温度不变，内能不变，则由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故C正确；
D．d→a过程中，气体体积不变，而气体压强减小，则其温度一定减低，气体分子的平均动能减小，故D错误。
故选BC。
6．ACE
【解析】
A．气体被压缩时，外界对气体做功W＞0，如果向外界放热Q＜0，根据热力学第一定律，△U=W+Q，可能△U=0，内能不变，故A正确；
B．质量和温度都相同的气体，分子平均动能相同，但气体的分子数不一定相等，内能也不一定相同，故B错误；
C．理想气体分子间无分子势能，理想气体的内能只与温度有关，故C正确；
D．物体的内能与温度、体积有关，与物体宏观整体运动的机械能无关，所以整体运动速度越大，其内能不一定越大，故D错误；
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，体积变大，根据理想气体状态方程可知，温度升高，内能一定增加，故E正确。
故选ACE。
7．AB
【解析】
A．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，选项A正确；
B．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，对外做功，温度升高，则分子平均动能增大，选项B正确；
C．理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，但是违背热力学第二定律，所以即使随着人类科学技术的进步，第二类永动机也不可能研制成功，选项C错误；
D．根据热力学第二定律可知，热机的效率不能达到百分之百，即使改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终也不可能实现内能完全转化为机械能，选项D错误。
故选AB。
8．BD
【解析】
A.内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和，由于理想气体的不考虑分子势能，故理想气体的内能等于分子平均动能的总和，而温度是分子平均动能的宏观表现，由理想气体状态方程恒定不变知从状态b到状态c的过程中压强减小，所以温度减小，则平均动能减小，而体积不变，即内能减小，再根据热力学第一定律
，可知此过程气体放出热量，故A错误；
B.气体在状态a的温度等于在状态c的温度，故气体在状态a的内能等于在状态c的内能，故B正确；
C.由理想气体状态方程可知，从a到b体积增大，压强不变，所以温度升高，所以气体在状态b的温度大于在状态a的温度，故C错误
D.从状态a到状态b的过程中气体膨胀对外做正功，故D正确
9．BD
【解析】
A．物体的内能与物体的温度、体积、状态及物质的量都有关系，故温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多，故A错误；
B．物体吸热同时还可以对外做功，其内能不一定增大，故B正确；
C．由于能量耗散不可避免，热机效率不可能达到100%，故C错误；
D．由热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传向高温物体而不引起其他变化，故D正确。
故选BD。
10．BDE
【解析】
A．温度是分子平均动能的标志，0℃的冰和水分子平均动能相等，故A错误；
B．忽略气体分子势能，气体的内能表现为气体分子动能，内能增加温度升高，根据热力学第一定律U=Q+W，升高1K温度，U一定，气体经历过程不同，对外做功W不同，吸收热量Q也不同，故B正确；
C．完全失重，密封容器内的气体分子对器壁碰撞仍然存在，有碰撞就有压强，故C错误；
D．根据热力学第二定律，可以实现从单一热库吸收热量，使之完全用来对外做功，但要注意，过程必然引起其他变化，故D正确；
E．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压。故E正确；
故选BDE。
11．AB
AC和AD
【解析】
从A到B，体积不变，压强减小，则温度降低，内能减小，因气体不对外也不对内做功，则气体放热；从A到C，温度不变，则内能不变；体积变大，对外做功，则吸收热量；从A到D，体积变大，压强不变，则温度升高，内能增大，气体对外做功，则吸收热量；则气体从外界吸收热量的过程是AC和AD．
12．增大
减小
放出
【解析】
[1][2][3]．由A→B，压强增大，体积增大，温度一定升高，气体分子的平均动能增大，由B→C压强减小，体积不变，温度一定降低，内能减小，由C→A，压强不变，体积减小，温度一定降低，气体放出热量．
13．放出
【解析】
根据热力学第一定律：可知，，
，则，则气体放热。
14．①坡上空气压强小，气团绝热膨胀，对外做功，温度降低．②
【解析】
①空气团在沿坡向上升时空气压强小，气团绝热膨胀，对外做功，温度降低．
②根据
得
①
由热力学第一定律得
②
以及
Q＝0③
联立①②③解得ΔT＝.
15．（1）；（2）Q-P0LS
【解析】
气缸从水平位置转到竖直位置，封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律列式求解活塞的质量；对封闭气体加热，活塞上升，封闭气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律求解体积的变化量，根据做功公式和根据热力学第一定律求解加热过程中气体内能的增加量；
【详解】
解：(1)气缸水平放置时，封闭气体的压强等于大气压，即
气缸处于竖直位置时，封闭气体的压强
根据玻意耳定律有
联立解得
(2)设气体的绝对温度上升到时活塞到气缸底部的距离为
对于加热过程，由盖-吕萨克定律得
解得
所以气体对外做功为
根据热力学第一定律得：
由①有
解得：