四川省夹江中学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 章末综合检测（含解析）

能量守恒与热力学定律
章末综合检测
1．下面几幅图中，有关功与内能的说法中正确的是
A．图1中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明热传递可以使物体的温度升高
B．图2中重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高
C．图3中降落的重物使发电机发电，电流对水做功使水的温度升高
D．做功和热传递都可以使物体的内能增加
2．如图所示，气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物相连并处于静止状态，此时活塞到缸口的距离，活塞面积，封闭气体的压强。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。在此过程中封闭气体吸收了的热量，假设气缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能的增加量为（　　）
A．
B．
C．
D．
3．下列有关热现象的叙述中正确的是（　　）
A．气体的温度越高，分子热运动就越剧烈，所有分子的速率都增大
B．凡是不违背能量守恒定律的实验构想，都是能够实现的
C．分子力随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大
D．一定质量的理想气体，压强不变，温度升高时，分子间的平均距离一定增大
4．一定质量的理想气体体积不变时，温度降低，则下列说法中正确的是（　　）
A．气体对外界做功，气体的内能一定减小
B．气体的状态一定发生了变化，而且压强一定减小
C．气体分子平均动能可能增大
D．单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数增多
5．下列关于固体、液体、气体性质的说法正确的是（　　）
A．在对一定质量的理想气体进行等压压缩的过程中，外界对气体做功，气体的内能减少
B．如果某物质的导热性能表现为各向同性，它一定不是晶体
C．液体不浸润某种固体，则附着层中的液体分子间的相互作用力表现为引力
D．在“太空授课”中处于完全失重状态的水滴呈球形，是由于液体表面张力引起的
6．如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的（　　）
A．气体自发扩散前后内能不同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．自发扩散过程对比气体压缩过程，说明气体的自由膨胀是不可逆的
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
7．下列说法正确的是（　　）
A．扩散运动和布朗运动都可以称为热运动
B．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
C．达到热平衡的系统内部温度一定处处相同
D．当分子间的距离时，斥力等于引力，表现出合力为零，故分子势能为零
E.一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能
8．如图所示，由导热材料制成的气缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插人液体，由于虹吸现象，活塞上方液体逐渐流出。在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程，下列说法正确的是（
）
A．气缸内气体的内能保持不变
B．气缸内气体的内能不断减小
C．气体对外界做的功大于气体从外界吸收的热量
D．气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量
9．如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t的关系图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的有（
）
A．气体的内能增大
B．气体的压强减小
C．气体的压强不变
D．气体对外做功，同时从外界吸收热量
10．下列说法正确的是
A．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
B．在绝热条件下压缩理想气体，气体的内能一定增加
C．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以估算出气体分子的直径
D．一定质量的理想气体，压强不变、温度升高时，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少
11．一定质量的理想气体，其状态变化如图所示，则A→B过程中气体________热，B→C过程中气体________热．
12．一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系如图所示，AB、BC分别与p轴和T轴平行．气体在状态C时分子平均动能______（选填“大于”、“等于”或“小于”A状态时分子平均动能．气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了ΔU，则此过程气体吸收的热量为______．
13．如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功200J，同时气体向外界放热100J，则缸内气体的温度将_______（填“升高”、“降低”或
“不变”）、内能将_________（填“增加”、“减少”）_____________J
14．空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J，求这时机内空气对外界是吸热还是放热，传递的热量是多少？
15．如图所示，一绝热光滑容器放在水平光滑的桌面上.容器内一个光滑轻质活塞被插销插住，将空间一分为二，左半边为真空，右半边有一定质量的气体。不计气体分子间的相互作用力，当把插销拔掉后，容器还会静止吗？容器内气体温度会怎样变化？
参考答案
1．D
【解析】
图1中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以改变物体的内能，使物体的温度升高，选项A错误；图2中重物下落带动叶片转动，由于叶片对水做功而使水的温度升高，选项B错误；图3中降落的重物使发电机发电，电流产生热量，向水传递热量使水的温度升高，选项C错误；做功和热传递都可以使物体的内能增加，选项D正确；故选D.
2．C
【解析】
塞移动过程中，气缸内气体对外界做功
根据热力学第一定律有
A．
与分析不符，故A错误；
B．
与分析不符，故B错误；
C．
与分析相符，故C正确；
D．
与分析不符，故D错误；
故选：C。
3．D
【解析】
A．气体的温度越高，分子平均动能增大，那么分子热运动就越剧烈，则分子的平均速率增大，但不是所有分子的速率都增大，故A错误；
B．热力学第二定律告诉我们，自然界中的宏观过程具有的方向性，不违背能量守恒定律的实验构想并不都能够实现，如第二类永动机不能制成，故B错误；
C．分子间同时存在引力与斥力，分子间的引力与斥力随分子间距离增大而
减小，随分子间距离减小而增大，分子间相互作用的引力与斥力的合力是分子力；当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零；当分子间距离小于平衡距离时分子力随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大；当分子间距离大于平衡距离时，分子力随分子间距离减小而减小，随分子间距离增大而增大，当分子间距离增大到一定距离后又随分子间距离增大而减小，故C错误；
D．根据，知一定质量的理想气体，压强不变时，温度升高时，体积增加，故分子间的平均距离一定增大，故D正确。
故选D。
4．B
【解析】
A．一定质量的理想气体体积不变时，气体不对外界做功，温度降低，则气体的内能一定减小，选项A错误；
B．气体的状态一定发生了变化，根据可知，体积不变，温度降低，则压强一定减小，选项B正确；
C．温度降低，则气体分子平均动能减小，选项C错误；
D．因压强减小，分子数密度不变，分子平均动能减小，则单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减小，选项D错误。
故选B。
5．ACD
【解析】
A．一定质量的理想气体在等压压缩过程中，根据理想气体的状态方程可知，气体的温度降低，因此气体的内能减小，故A正确；
B．单晶体只是某些物理性质具有各向异性，并不是所有的性质都具有各向异性，因此导热性质表现为各向同性的物质也可能是单晶体，故B错误；
C．液体不浸润某种固体，例如水银对玻璃：当水银与玻璃接触时，附着层中的水银分子受玻璃分子的吸引比内部水银分子弱，结果附着层中的水银分子比水银内部稀疏，这时在附着层中的分子之间相互吸引，就出现跟表面张力相似的收缩力，使得玻璃接触的水银表面有缩小的趋势，因而形成不浸润现象，故C正确；
D．太空中处于失重状态的水滴受到的重力提供向心力，由于液体表面张力作用而呈球形，故D正确。
故选ACD。
6．BCD
【解析】
A．抽开隔板时，气体体积变大，但右方是真空，又没有热传递，根据
可知，气体的内能不变，故A错误；
BD．气体被压缩过程中，外界对气体做功，根据
可知气体内能增大，故BD正确；
C．热力学第二定律表明：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，因此空气向真空的自由膨胀是不可逆的，故C正确。
故选BCD。
7．BCE
【解析】
A．布朗运动是固体小颗粒的运动，它不是分子热运动，但可以反映出分子的热运动，故A错误；
B．根据热力学第二定律可知，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，即功可以全部转化为热，而热量不可能全部转化为功，而不引起其他方面的变化，故B正确；
C．达到热平衡的系统内部温度一定处处相同，故C正确；
D．当分子间的距离时，斥力等于引力，表现出分子力为零，但分子势能大小是由零势能面确定的，故分子势能不一定为零，故D错误；
E．一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则由于体积增大对外做功，则根据热力学第一定律可知，吸收的热量大于增加的内能，故E正确。
故选BCE。
8．AD
【解析】
AB．被封闭气体温度不变，故气缸内的气体的内能保持不变，故A正确，B错误；
CD．温度不变，内能不变，体积增大，对外做功，根据，可知气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量，故D正确，C错误。
故选AD。
9．ABD
【解析】
A．A到B气体的温度升高，内能增大，故A正确；
BC．在V-t图象中等压线是延长线过-273.15℃的直线，斜率越大，压强越小，气体从状态A到状态B的过程中，压强变小，故B正确，C错误；
D．从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功，W＜0；温度升高，内能增大，△U＞0，根据热力学第一定律△U=W+Q知Q＞0，故D正确；
故选ABD。
10．BD
【解析】
第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，但是不违反能量守恒定律，A错误；根据热力学第一定律可知：，则在绝热条件下压缩理想气体，Q=0，W>0，则，即气体的内能一定增加，B正确；只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以估算出气体分子运动占据的空间的直径，C错误；一定质量的理想气体，压强不变、温度升高时，气体的平均速率变大，则气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，D正确．
11．放热
吸热
【解析】
A→B过程中气体，气体的温度降低，内能减小?E<0；压强不变，根据PV/T=C，则体积减小，外界对气体做功W>0，根据?E=W+Q可知，Q<0，即气体放热；B→C过程，气体温度升高，内能增加，?E>0；体积不变，则W=0，根据?E=W+Q可知，Q>0，即气体吸热；
12．大于
W＋ΔU
【解析】
由图可知，C点的温度最高；因温度是分子平均动能的标志；故C点时分子平均动能大于A状态时的分子平均动能；由热力学第一定律可知，气体对外做功；则有：，则；
13．升高
增加
100J
【解析】
由题意可知：W=200J，Q=-100J，由热力学第一定律得：△U=W+Q=200J-100J=100J＞0，气体内能增加，温度升高，内能增加100J.
14．放热，
【解析】
试题分析：选择被压缩的空气为研究对象，根据的热力学第一定律有ΔU=W＋Q
由题意可知W=2×105J，ΔU=1.5×105J，代入上式得
Q=ΔU－W=1.5×105J－2×105J=－5×104J.
负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104J
考点：本题考查了热力学第一定律的应用
点评：活塞对空气做了2×105J的功，W为正值，空气的内能增加了2.5×105J，△U为正值，根据热力学第一定律分析吸放热情况．正负号的问题要记住哦！
15．不会，见解析
【解析】
并不是气体膨胀就一定会对外做功.此外，由于不计分子间相互作用力，故不必考虑分子势能的变化.由此可得出气体内能不变的结论.
【详解】
插销拔掉之前气体处在右半边，此时容器整体的质量中心的位置应在中间偏右处。插销拔掉之后，气体将分布在容器的整个空间中，此时容器整体的质量中心的位置应在中间处。在这个气体重新分布的过程中，整个系统在水平方向上不受外力，由力学知识可知，容器系统的质量中心将保持原有的静止状态不变。所以，容器将会向右移动一定的距离，以保证在该过程结束后，新的质量中心位置与开始时的质量中心位置重合。
从拔掉插销到气体分布在容器的整个空间的过程中，气体一直是向真空中膨胀，在这一膨胀过程中，气体并不向外界做功，又因为容器是绝热的，所以，也不存在与外界的热交换问题.由此可知，在这一过程中气体的内能不会发生改变。所以，气体的温度也就不会发生改变。