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 章末综合复习题（含解析）

选修3-3
能量守恒与热力学定律章末综合复习题
1．有一封闭的汽缸，内部封有一定质量的理想气体。外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800
J。同时气体向外界放热200
J，则缸内气体的(　　)
A．温度升高，内能减少200
J
B．温度升高，内能增加600
J
C．温度降低，内能增加600
J
D．温度降低，内能减少200
J
2．当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现气嘴处的温度明显降低，这是因为（　　）
A．气体对外做功，同时向外放出热量
B．气体对外做功，胎内气体温度降低，从外界吸热
C．外界对气体做功，胎内气体向外传递热量
D．外界对胎内气体做功，同时向胎内气体传递热量
3．下列说法正确的是（　　）
A．物理量中表述加速度和功时均可引入正负号，所以它们都是矢量
B．电导率是电阻率的倒数，即=，的单位用国际单位制中的基本单位表示为
C．卡文迪许利用扭秤实验装置测出了静电力常量
D．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律
4．2016年3月4日，我校“科创社”在学校足球场进行水火箭发射、航模飞行等展示活动。此次活动激起我校师生在工作和学习之余的科技创新热情。水火箭是一种以水的压力推进的模型火箭。是利用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞，灌入三分之一的水，利用打气筒充入空气到达一定的压力后喷水获得反冲力而发射。在喷水过程可以认为瓶内气体与外界绝热，则在喷水阶段有（
）
A．瓶内气体体积增大，外界对气体做正功
B．瓶内气体内能减小，温度降低
C．喷水阶段机械能转换为内能
D．瓶内气体压强减小，即瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力减小
5．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
6．下列说法正确的是
A．—定质量的气体，在压强不变时，则单位时间内分子与器壁碰撞次数随温度降低而减少
B．知道阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算出该气体中分子间的平均距离
C．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能可能减小
D．同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
E.液体表面具有收缩的趋势，是由于液体表面层里分子的分布比内部稀疏的缘故
7．下列说法中正确的是（
）
A．若分子引力做正功，则分子斥力一定做负功，分子间的引力和斥力是相互作用力
B．不论是单晶体还是多晶体，都具有确定的熔点，非晶体不具有确定的熔点
C．一定质量的理想气体，在等压膨胀的过程中，吸收的热量等于封闭气体对外做的功
D．若空气的压强是8×102Pa，同温度下水蒸气的饱和汽压为2.0
×103Pa，则此温度下空气的相对湿度是40％
E.涉及热运动的宏观过程都有方向性，一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行
8．下列说法中正确的是（　　）
A．如果铜的摩尔质量为M、密度为、阿伏伽德罗常数为NA，则1个铜原子所占的体积为
B．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减小，气体的压强可能增大
C．一定质量理想气体温度不变时，体积减小，压强增大，气体分子的平均动能增大
D．一定质量的理想气体在等温压缩的过程中，气体的内能不变，从外界吸热
E.一块0oC的冰逐渐熔化成0oC的水的过程中，分子势能会增加
9．某汽车轮胎在阳光的暴晒下爆裂了，假设轮胎在爆裂前胎内容积不变，胎内气体可看作理想气体，则下列有关分析正确的是（　　）
A．轮胎爆裂是胎内气体分子间平均作用力增大造或的
B．轮胎爆裂前胎内气体温度升高，压强增大
C．轮胎爆裂前胎内气体温度升高，气体分子对轮胎的平均作用力增大
D．轮船爆裂过程，气体温度降低，主要是胎内气体对外做功造成的
E.轮胎爆裂过程，气体温度降低，主要是胎内气体放出热量造成的
10．下列说法中正确是（　　）
A．气体对容器壁有压强是气体分子对容器壁频繁碰撞的结果
B．物体温度升高，组成物体的所有分子速率均增大
C．一定质量的理想气体等压膨胀过程中气体一定从外界吸收热量
D．当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大
E.饱和汽压与分子密度有关，与温度无关
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，最后由状态C变化到状态A．气体完成这个循环，内能的变化△U=____
，对外做功W=____，气体从外界吸收的热量Q=____．（用图中已知量表示）
12．一定质量的理想气体状态按如图所示A→B→C→A过程变化，其中CA延长线过坐标原点O,
BC平行纵轴。则A→B→C→A过程气体____(填
“吸收”或“放出”)的热量等于_________
13．如图所示，用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内(活塞与汽缸壁之间无摩擦)．在活塞上缓慢地加沙子，在此过程中，密闭气体________(选填“吸热”“放热”或“无热传递”)，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数________(选填“增多”“减少”或“不变”)．
14．如图所示，一竖直放置的绝热气缸，内壁竖直，
顶部水平，并且顶部安装有体积可以忽略的电热丝，在气缸内通过绝热活塞封闭着一定质量的气体，气体的温度为T0，绝热活塞的质量为m，横截面积为S0．若通过电热丝缓慢加热，使得绝热活塞由与气缸底部相距h的位置下滑至2h的位置，此过程中电热丝放出的热量为Q，已知外界大气压强为p0，重力加速度为g，并且可以忽略活塞与气缸壁之间的摩擦和气体分子之间的相互作用，求：
（i）在活塞下滑过程中，缸内气体温度的增加量△T；
（ii）在活塞下滑过程中，缸内气体内能的增加量△U．
15．如图所示，一排球球内气体的压强为p0
，体积为V0
，温度为T0
，用大气筒对排球冲入压强为p0
，温度为T0?的气体，使球内气体压强变为3
p0
，?同时温度升至2
T0
，充气过程中气体向外放出Q的热量?，假设排球体积不变，气体内能U与温度的关系为U=kT
(k为正常数)，求：
(i)打气筒对排球充入压强为p0，温度为T0的气体的体积；
(ii)?打气筒对排球充气过程中打气筒对气体做的功。
参考答案
1．B
【解析】
根据题意，外界对气体做功，；气体向外界放热，则
；根据热力学第一定律得，气体内能的增量，即内能增加600J；对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故A正确，BCD选项错误，
故选：A。
2．B
【解析】
根据热力学第一定律△U=Q+W，因迅速放气，使胎内气体对外做功（W＜0），气体来不及和外界交换热量（Q=0），内能减少（△U＜0），温度降低，所以会发现车胎气嘴处的温度明显降低；气体温度降低，从而会和外界进行热交换，从外界吸收热量。故ACD错误，B正确。
故选B。
3．B
【解析】
A．物理量中功是只有大小，没有方向的标量，故A错误；
B．根据电阻定律可知得
则
根据欧姆定律可知联立可得
由，，，联立并根据公式对应单位的换算可知，其单位为，故B正确；
C．库仑利用扭秤实验装置测出了静电力常量，故C错误；
D．第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律，D错误。
故选B。
4．BD
【解析】
A.
在喷水过程中，瓶内气体体积增大，气体对外界做功，故A错误；
B.
在喷水过程中，瓶内气体体积增大，气体对外界做功，W＜0，瓶内气体与外界绝热瓶Q=0，由热力学第一定律，，可知，瓶内气体内能减小，温度降低；故B正确；
C.
喷水阶段内能减小，而物体运动，机械能增加，所以内能转化为机械能，故C错误；
机械能转换为内能
D.
瓶内气体压强减小，即瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力减小，故D正确。
5．AC
【解析】
A．做功和热传递是改变物体内能的两种方法，由热力学第一定律知：为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，故A正确；
B．对某物体做功，对物体做功，物体的内能不一定增加，因为物体可能向外界放热，故B错误；
C．在外界的影响下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，故C正确；
D．根据热力学第二定律，知不可能使热量自发地从低温物体传向高温物体，但在外界的作用下，能使热量从低温物体传向高温物体，比如电冰箱，故D错误。
故选AC。
6．BCE
【解析】
A.
温度降低，分子的平均动能减小，则单个分子对器壁在平均撞击力减小，所以一定质量的气体，在压强不变时，单位时间内分子与器壁碰撞次数随温度降低而增加，故A错误；
B.
由气体的摩尔质量和气体的密度，可估算出摩尔体积，再根据阿伏加德罗常数，可以估算出单个理想气体分子所占的平均体积。进而估算出理想气体分子间的平均距离，故B正确；
C.
根据热力学第一定律，如果外界对理想气体压缩所做的功，小于放出热量，则气体内能就会减小，故C正确；
D.
同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如煤炭与金刚石。故D错误；
E.
液体表面张力产生的原因是：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势，故E正确；
故选：BCE
7．BDE
【解析】
A．分子在不同的距离表现的力不一样，可以表现为分子引力和分子斥力，当分子力表现为引力时，需要克服引力做功，当分子力表现为斥力时，需要克服斥力做功，A错误；
B．是否有确定熔点是区分晶体和非晶体的区别，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，B正确；
C．一定质量的理想气体，在等压膨胀的过程中，吸收的热量等于封闭气体对外做功和内能的增加量，C错误；
D．相对湿度的定义是在某温度下，空气中水蒸气的实际压强与同温下水的饱和气压的比，D正确；
E．一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵大代表较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序性更大的方向发展，E正确。
故选BDE。
8．ABE
【解析】
A．铜的摩尔体积为，则单个铜原子的体积为，A正确：
B．气体的体积增大，单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，如果温度升高，气体分子撞击器壁的速率增大，对器壁的压力增大，气体的压强可能增大、可能减小、可能不变，B正确；
C．温度不变时，气体分子的平均动能保持不变，C错误；
D．一定质量理想气体等温压缩的过程中，温度不变，气体内能不变；体积缩小，外界对气体做功，，根据热力学第一定律可知，气体放热，D错误；
E．一块的冰逐渐熔化成的水的过程中，冰晶结构被破坏，分子势能会增加，故E正确。
故选ABE。
9．BCD
【解析】
ABC．车胎爆胎是车胎内气体温度升高，内能增加，分子无规则热运动加剧，单位时间内撞击到单位面积上气体的数量增多，气体分子对轮胎的平均作用力增大，压力增大，气体压强增大，不是气体分子间的平均作用力增大造成的，故A错误，BC正确；
DE．在车胎突然爆裂的极短时间内，气体体积增大，对外做功，温度降低，对外放热，但气体温度降低主要还是对外做功造成的，故D正确，E错误。
故选BCD。
10．ACD
【解析】
A．气体对容器壁有压强是气体分子对容器壁频繁碰撞的结果，选项A正确；
B．物体温度升高，组成物体的分子平均速率增大，但并非所有分子速率均增大，选项B错误；
C．根据可知，一定质量的理想气体等压膨胀过程中，温度升高，气体对外做功W<0，内能增加?U>0，根据?U=W+Q可知，Q>0，即气体一定从外界吸收热量，选项C正确；
D．当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大，选项D正确；
E．饱和汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大，故E错误。
故选ACD。
11．0
【解析】
气体完成一个循环过程，温度的变化量为零，则内能的变化△U=0；对外做功等于图中三角形ABC的面积，即W=p0V0；根据热力学第一定律可知，气体吸热：Q=W=p0V0；
12．吸收
0.5p0V0
【解析】
因为CA延长线过坐标原点O，根据函数关系可知：；根据气体做功方程可知，图像的面积代表功，所以根据图像可以得出：从A→B→C→A过程中，A→B气体对外做功比C→A外界对气体做功多，而B→C气体不做功，所以整个过程，气体对外做功，，根据热力学第一定律，从A→B→C→A，，所以，气体放热；且放热的值等于气体对外做功的值，根据图像面积差求得：
13．放热
增多
【解析】
根据热力学第一定律判断气体吸热还是放热；根据气体压强的微观意义来判断单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数.
【详解】
在活塞上缓慢地加沙子，气体的压强变大，体积减小，外界对气体做功，由于活塞导热性良好，则气体与外界温度保持相等，根据热力学第一定律可知，密闭气体放热；气体的温度不变，而压强变大，可知单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加；
14．（i）（ii）
【解析】
（i）有盖吕萨克定律得整理得，温度增加量
（ii）气体在等压变化过程中，活塞受力平衡
气体对活塞做功
根据热力学第一定律
在活塞下滑过程中，缸内气体内能的增加量
【点睛】
解决本题的关键是：等压变化时气体做功为W=P△V．然后根据热力学第一定律计算内能的变化量．
15．(i)
V=0.5V0(ii)
W=Q+kT0
【解析】
(i)?打气筒对排球充入压强为?p0?、温度为?T0?的气体的体积为?V?，以排球内气体与充入的气体整体为研究对象。
气体的初状态参量：?p1=p0；V1=V0+V；T1=T0
气体的末状态参量：?p2=3p0；V2=V0；T2=2T0
根据理想气体状态方程得：
代入解得：
V=0.5V0
(ii)?因为气体内能?U?与温度的关系为?U=kT
所以打气过程内能变化：?
△U=k(2T0?T0)=kT0
由热力学第一定律得：
△U=W+(?Q)
解得打气筒对气体做的功：
W=Q+kT0