绵阳市普明中学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 章末过关训练（含解析）

能量守恒与热力学定律
章末过关训练
1．一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V-T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则
（　　）
A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热
B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热
C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热
D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加
2．以下说法中不正确的是
A．晶体的都具有各向异性
B．同温度的氢气和氧气，分子的平均动能相同
C．空调机制冷时把热量从低温处带到高温处，并不违背热力学第二定律
D．液体表面层分子距离大于液体内部，故表现为引力
3．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大
B．在完全失重的状态下，气体的压强为零
C．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
D．当分子热运动变剧烈时，压强一定增大
4．下列说法正确的是（
）
A．布朗运动是分子的无规则运动
B．热量可以自发的从低温物体向高温物体传递
C．多晶体在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等物理性质不一样
D．晶体熔化过程中，分子的平均动能不变，分子势能增加
5．一定量的理想气体，从状态开始，经历、、三个过程，其图象如图所示，下列判断正确的是（
）
A．过程气体吸收的热量大于内能的增加
B．过程气体吸收的热量全部用于对外做功
C．过程外界对气体做的功大于放出的热量
D．过程的体积变化量大于过程的体积变化量
6．一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V膨胀到V′．如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为△U1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为△U2．则（　　）
A．，，
B．，，
C．，，
D．，，
7．对于一定质量的理想气体，当它们的压强和体积发生变化时，以下说法正确的有(
)
A．压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变
B．压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小
C．压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变
D．压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大
8．下列说法正确的是_____。
A．悬浮在液体中的微粒越大，某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显
B．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
C．当分子间距r＞r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
E.一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，一定从外界吸收热量
9．下列关于内能的说法正确的是______。
A．当分子间的引力和斥力相互平衡时，分子间势能最小
B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
C．1g
100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能
D．内能少的物体也可以自发地将一部分内能转移给内能多的物体
E.理想气体在绝热膨胀的过程中，内能可能增大
10．图示是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一段质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体（　　）
A．内能增大
B．体积增大
C．压强增大
D．温度升高
11．能的最基本性质是：不同形式的能量之间可以相互____________，而且在转化的过程中能的总量总保持____________.
12．电热器是将___________能转化为___________能；木材燃烧是将__________能转化为__________能.
13．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始分别经过等温膨胀和等压膨胀到相同体积，则等温膨胀过程中气体对外做功________（选填“大于”、“等于”或“小于”）等压膨胀过程中气体对外做功；等温膨胀过程中气体从外界吸收的热量________（选填“大于”、“等于”或“小于”）等压膨胀过程中气体从外界吸收的热量．
14．如图所示，横截面积S=10cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的圆柱形导热气缸内，开始活塞与气缸底都距离H=30cm．在活塞上放一重物，待整个系统稳定后．测得活塞与气缸底部距离变为h=25cm．已知外界大气压强始终为P0=1×105Pa，不计活塞质量及其与气缸之间的摩擦，取g=10rn/s2．求：
①所放重物的质量；
②在此过程中被封闭气体与外界交换的热量．
15．一定质量的理想气体由状态A→B→C变化，其有关数据如图所示。已知状态A、C的温度均为27℃，求：
（1）该气体在状态B的温度；
（2）上述过程气体从外界吸收的热量。
参考答案
1．A
【解析】
A．其V-T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，所以ab过程中气体压强不变。体积变大，气体对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确；
B．bc过程中气体体积不变，温度降低，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误；
C．
ca过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；
D．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误。
故选A。
2．A
【解析】
A．单晶体具有各向异性，而多晶体具有各向同性，选项A不正确；
B．分子平均动能只与温度有关，所以同温度的氢气和氧气，分子的平均动能相同，选项B正确，不符合题意；
C．空调机制冷时把热量从低温处带到高温处以消耗电能为代价，并不违背热力学第二定律，选项C正确，不符合题意；
D．液体表面层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，选项D正确，不符合题意。
故选A。
3．C
【解析】
A．
根据可知，若气体的温度T不断升高，气体的压强P和体积V的乘积一定增大，但其压强P不一定增大，
A错误；
B．
从微观角度，气体的压强是由大量气体分子对容器壁的频繁碰撞产生的，即使在完全失重的状态下，只要容器密闭，气体分子仍然会不停的频繁碰撞器壁，
B错误；
C．
对于一定量的理想气体，若气体的压强和体积都不变，根据理想气体的状态方程：，可知其温度不变；而理想气体的内能仅仅与温度有关，所以其内能也一定不变。C正确；
D．
当分子热运动变剧烈时，分子数密度可能减小，故气体压强也可以减小或者不变，D错误；
故选C。
4．D
【解析】
A．布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，故A错误；
B．根据热力学第二定律表述热量不会自发的从低温物体向高温物体传递，故B错误；
C．单晶体具有各向异性，在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等物理性质不一样，故C错误；
D．晶体熔化过程中，由于温度不变，故分子的平均动能不变，晶体熔化过程中分子间的距离增大，分子势能增加，故D正确。
故选D。
5．B
【解析】
A．过程ab为等容变化，温度升高，内能增大，体积不变，由热力学第一定律可知，气体吸收的热量等于气体内能的增加，故A错误；
B．过程bc为等温变化，，但气体压强减小，由理想气体方程
可知V增大，气体对外做功，W<0，由
可知过程气体吸收的热量全部用于对外做功，故B正确；
C．过程ca为等压变化，由
可知温度降低，体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体内能的减小等于放出的热量与外界对气体做功之差，故过程外界对气体做的功小于放出的热量，故C错误；
D．过程ab为等容变化，，故过程的体积变化量等于过程的体积变化量，故D错误。
故选B。
6．C
【解析】
在p-V图象作出等压过程和等温过程的变化图线，如图所示，根据图象与坐标轴所面积表示功，可知：W1＞W2．第一种情况，根据可知，气体压强不变，体积增大，因此温度升高，△U1＞0，根据热力学第一定律有：△U1=Q1-W1，第二种情况等温过程，气体等温变化，△U2=0，根据热力学第一定律有：△U2=Q2-W2，则得：Q2=W2，由上可得：△U1＞△U2．Q1＞Q2，C正确．
7．AD
【解析】
AB、对于一定质量的气体，压强和体积都增大时，根据理想气体状态方程，温度一定升高，故分子热运动的平均动能一定增加，故选项A正确，B错误；
C、对于一定质量的气体，压强增大，体积减小时，根据理想气体状态方程，温度可能改变，故分子热运动的平均动能可能改变，故选项C错误；
D、对于一定质量的气体，压强减小，体积增大时，根据理想气体状态方程，温度可能增大，故分子热运动的平均动能可能增大，故选项D正确。
8．BDE
【解析】
A．悬浮在液体中的微粒体积越大，则在同一瞬间受到的撞击越多，越容易达到平衡，布朗运动越不明显；故A错误；
B．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力，选项B正确；
C．当分子间距r＞r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而减小，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，但是由于斥力减小的快，所以分子力表现为引力，选项C错误；
D．根据热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项D正确；
E．根据可知，一定质量的理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能增大，且体积变大，对外做功，则由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量，选项E正确。
故选BDE。
9．ACD
【解析】
A．当分子间的引力和斥力相互平衡时，分子间势能最小，选项A正确；
B．不计分子之间的分子势能，因质量相同的氢气和氧气所含分子数不同，虽然温度相同，分子平均动能相同，但是氢气和氧气具有不同的内能，选项B错误；
C．水变成同温度的水蒸气要吸热，可知1g
100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能，选项C正确；
D．内能少的物体温度可能高，则也可以自发地将一部分内能转移给内能多、温度较低的物体，选项D正确；
E．理想气体在绝热膨胀的过程中，Q=0，W<0；根据?U=W+Q可知，?U<0，即气体的内能一定减小，选项E错误。
故选ACD。
10．ACD
【解析】
A．当向下压活塞a时，压力对气体做功，气体与外界又没有热交换，由热力学第一定律得瓶内气体的内能增大，故A正确；
B．向下压a的过程中，气体的体积减小，故B错误；
CD．一定质量的气体，内能增大，温度升高，体积减小，根据气态方程
得知气体的压强增大，故CD正确。
故选ACD。
11．转化不变
【解析】
了解不同能量之间可以相互转化，但是总的能量是守恒的；
【详解】
能的最基本性质是：不同形式的能量之间可以相互转化，而且在转化的过程中能的总量总保持不变，即能量守恒。
【点睛】
本题考查能量守恒定律，知道不同能量之间可以相互转化，但是总的能量是守恒的。
12．电内化学内
【解析】
了解不同能量之间可以相互转化，但是总的能量是守恒的；
【详解】
电热器是将电能转化为内能；木材燃烧是将化学能转化为内能，能的总量保持不变。
【点睛】
本题考查能量守恒定律，知道不同能量之间可以相互转化，但是总的能量是守恒的。
13．小于
小于
【解析】
由p-V图线所包围的面积的物理意义是气体对外做的功，等温膨胀包围的面积小，所以等温膨胀过程中气体对外做的功W1小于等压过程中气体对外所做的功W2；
根据热力学第一定律，等温过程△U1=W1+Q1；等压过程△U2=W2+Q2;等温过程中△U1＝0??
吸收的热量Q1=-W1，即吸收的热量全部用于对外做功；等压过程中，体积增加，温度升高，内能增加△U2＞0，Q2＝?W2+△U2，吸收的热量用于对外做功和增加内能，所以Q1＜Q2，即等温膨胀过程中气体从外界吸收的热量小于等压膨胀过程中气体从外界吸收的热量．
【点睛】
对于气体，往往是气态方程和热力学第一定律的综合应用，关键要根据p-V图象的面积比较对外做，运用热力学第一定律分析热传递情况．
14．（1）（2）
放出6J焦耳热
【解析】
试题分析：①封闭气体发生等温变化
气体初状态的压强为
气体末状态的压强为①
根据玻意耳定律得②
解得：③
②外界对气体做功④
根据热力学第一定律知⑤
解得即放出6J焦耳热．
⑥
评分标准：每式1分，共6分．
考点：玻意耳定律
热力学定律
15．（1）TB=120K（2）3×105
J
【解析】（1）状态A到状态B为等容变化，代入数据得TB=120K
（2）状态A到状态B为等容过程，外界对气体不做功；
状态B到状态C：
TA=TC，?U=0由热力学第一定律
代入数据得Q=3×105J即气体从外界吸收热量为3×105J