高中物理人教版选修3-3课后练习题 第十章 热力学定律 章末综合检测 Word版含解析

章末综合检测(第十章)
时间：60分钟　满分：100分
一、选择题(本题共14小题，1～10题为单项选择题，11～14题为多项选择题，每小题4分，共56分．)
1．热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程(　　)
A．有的只遵守热力学第一定律
B．有的只遵守热力学第二定律
C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D．所有的都遵守热力学第一、第二定律
2．一个带活塞的汽缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则(　　)
A．将热量传给气体，其温度必升高
B．压缩气体，其温度必升高
C．压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变
D．压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高
3．下列说法正确的是(　　)
A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C．电流的能不可能全部转化为内能
D．热量不可能从低温物体传到高温物体
4．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，这是因为(　　)
A．胎内气体压强不断增大，而容积不变
B．轮胎从外界吸热
C．外界空气温度本来就高于胎内气体温度
D．打气时，外界不断地对胎内气体做功
5．下列有关焦耳及焦耳实验的说法正确的是(　　)
A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量
B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替
C．焦耳实验的研究对象是容器中的水
D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同
6．如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分体积相等的气体，A的密度小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收的热量为Q，气体内能增量为ΔU，则(　　)
A．ΔU＝Q B．ΔU＜Q
C．ΔU＞Q D．无法比较
7．下列关于物体内能变化的说法，正确的是(　　)
A．一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变
B．一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加
C．一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加
D．一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变
8．如图所示，用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分，甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气，在达到平衡时，它们的温度必相等，若分子势能可忽略，则甲、乙中(　　)
A．气体的压强相等
B．气体分子的平均动能相等
C．气体的内能相等
D．气体分子的平均速率相等
9．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关．在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是(　　)
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气交换，处于动平衡状态，筒内空气质量不变
D．筒内外无空气交换
10．在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止．在这一过程中，密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是(　　)
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W
B．ΔU＝W ，W＝Mgh＋mgΔh
C．ΔU＝W，WD．ΔU≠W ，W＝Mgh＋mgΔh
11．在下述现象中，没有做功而使物体内能改变的是(　　)
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．锤打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内温度会降低
12．我国航天员漫步太空已成为现实，已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则此过程(　　)
A．气体体积膨胀，对外做功
B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体体积变大，温度不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
13．某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球膨胀起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的(　　)
A．内能减小
B．分子平均动能增大
C．分子对烧瓶底的平均作用力变大
D．体积是所有气体分子的体积之和
14．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则(　　)
A．A→B过程气体降温
B．B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功
C．C→A过程气体放热
D．全部过程气体做功为零
二、非选择题(本题共4个小题，共44分)
15．(8分)如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时被封闭的气体的长度为32 cm，某同学用力向下压缩气体，使封闭气体的长度变为12 cm，该同学对活塞做90 J的功，大气压强为p＝1×105 Pa，活塞的横截面积S＝10 cm2，不计活塞的重力和摩擦，若以适当的速度压缩气体，在此过程中向外散热20 J，求气体内能变化了多少？
16．(10分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27 ℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：
(1)容器内的气体看做理想气体，求容器内气体的温度．
(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
17.(12分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p ? V图象，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335 J的热量传入系统，系统对外界做功126 J，求：
(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42 J，则有多少热量传入系统？
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84 J，问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？
18．(14分)如图所示，长为50 cm、内壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为100 cm2的活塞封闭有压强为1.0×105 Pa、温度为27 ℃的理想气体，开始时活塞位于距左侧缸底30 cm处．现对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢向右移动．(已知大气压强为1.0×105 Pa)
(1)试计算当温度升高到327 ℃时，缸内封闭气体的压强．
(2)若在此过程中封闭气体共吸收了700 J的热量，试计算气体增加的内能．
章末综合检测(第十章)
1．解析：热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立．选项D正确．
答案：D
2．解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，当压缩气体，同时将热量传给气体，其内能增加，温度必升高，D正确；若压缩气体的同时向外界放热，内能增加或减少的情况无法确定，温度变化也无法确定，C错误；而A、B只是考虑了或W或Q的一个方面而忽略了另一方面，故不正确．
答案：D
3．解析：由ΔU＝W＋Q可知，A错误；第二类永动机违背了热力学第二定律，所以制造不出来，B正确；电流通过纯电阻电路可使电能全部转化为内能，C错误；在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体，D错误．
答案：B
4．解析：给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高．
答案：D
5．解析：焦耳是英国物理学家，故A错误．焦耳实验的研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，故B错误．焦耳实验的研究对象为容器及其中的水组成的系统，故C错误．要使容器及水升高相同的温度，即内能的增加量相同，则必须做功相同，故D正确．
答案：D
6．解析：A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在容器下部，混合均匀后，气体的重心应在容器中部，所以重力对气体做负功，气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分用于增加气体的重力势能，另一部分用于增加气体的内能，故答案为B.
答案：B
7．解析：晶体在熔化过程中吸热，却没有对外做功，故内能增加，A错误．一定质量的气体在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，内能不一定增加，B错误．物体热膨胀一定是吸收了热量，对外做的功不一定小于吸收的热量，内能不一定增加，C正确．物体体积不变，温度可以改变，内能随之变化，D错误．
答案：C
8．解析：由于温度是分子平均动能的标志，Ek＝mv2，在达到平衡时，它们的温度相等，所以气体分子的平均动能必相等，B正确，D错误；因为总分子数不同，所以内能不相等，C错误；由pV＝nRT可知，氮气的压强大，A错误．
答案：B
9．解析：题中描述的“迅速”是筒内空气经过一个绝热过程，来不及吸热，再经“足够长”的时间，是一个与外界热交换的过程，即等容升温的过程．第一次打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，对外做功内能减少，温度降低，待筒内外压强相等时立即关闭开关．此时外界温度高于筒内温度，筒内空气从外界吸收热量，经过一段较长时间后，筒内空气温度上升到和外界一致．由于温度上升使筒内空气压强增大，所以再次打开开关，会有空气向筒外流出．
答案：B
10．解析：因活塞和容器用良好的隔热材料制成，容器内的密闭气体与外界无热交换，Q＝0，所以ΔU＝W；但由于物体和活塞碰撞时损失一部分机械能，因此有W答案：C
11．解析：电流通过电炉做功，使电能转化为内能，A不符合题意；在阳光照射下．水温升高是靠太阳的热辐射来实现的，B符合题意；锤打铁块是做功过程，C不符合题意；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变温度的，D符合题意．
答案：BD
12．解析：当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功，故A错误；又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，则气体的温度也不变，B错误、C正确；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确．
答案：CD
13．解析：由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶和气球内气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，A错误；由于温度升高，所以分子的平均动能增大，B正确；由于外界压强不变，气球膨胀，内部气体对气球膜的压力增大，因此内部气体压强增大，分子对烧瓶底的平均作用力增大，C正确；气体分子体积很小，间隙较大，对应的气体体积不是分子体积之和，D错误．
答案：BC
14．解析：A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，A正确；B→C过程气体等容升压，由为恒量可知，气体温度升高，其对应的内能增加，因气体体积不变，做功W＝0，B错误；C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴所围的面积，B→C过程气体不做功，C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴所围的面积，显然全过程对气体做的功为ABC封闭曲线所围的面积，D错误．
答案：AC
15．解析：大气对活塞做功
W＝pΔV＝1×105×(0.32－0.12)×(10×10－4) J＝20 J，
该同学对气体做功W＝90 J，
故外界对气体做功为W总＝W0＋W＝110 J，
由热力学第一定律：
ΔU＝W总＋Q＝110 J＋(－20) J＝90 J，
即气体内能增加，增加了90 J.
答案：增加了90 J
16．解析：(1)根据查理定律：＝
p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0.
整理得：T2＝1 200 K，t2＝927 ℃.
(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W
得ΔU＝－20 kJ－15 kJ＝－35 kJ，
故内能减少35 kJ.
答案：(1)927 ℃　(2)减少　35 kJ
17．解析：(1)沿a→c→b过程，
由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q＝(－126＋335) J＝209 J
沿a→d→b过程，
由热力学第一定律ΔU＝W′＋Q′，
得Q′＝ΔU－W′＝209 J－(－42) J＝251 J，
即有251 J的热量传入系统．
(2)因为由a→b，ΔU＝209 J
所以由b→a，ΔU′＝－ΔU＝－209 J
由热力学第一定律ΔU′＝W″＋Q″
得Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84) J＝－293 J
负号说明系统放出热量．
答案：(1)251 J　(2)放热　293 J
18．解析：(1)设活塞横截面积为S，封闭气体刚开始的温度为T1，体积为L1S，压强为p1，
当活塞恰好移动到汽缸口时，封闭气体的温度为T2，体积为L2S，压强p2 ＝p1，封闭气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律可得＝，
解得T2＝500 K，即227 ℃；
因为227 ℃＜327 ℃，所以气体先发生等压变化，之后发生等容变化，
设当温度达到T3＝(327＋273) K＝600 K时，封闭气体的压强为p3，
根据查理定律可得：＝，
代入数据解得p3＝1.2×105 Pa；
(2)气体对外界做功：W＝－p0(L2－L1)S，
代入数据解得W＝－200 J；
根据热力学第一定律可得：ΔU＝W＋Q，
因为在此过程中封闭气体共吸收了700 J的热量，
即Q＝700 J，
解得：ΔU＝(－200＋700) J＝500 J.
答案：(1)1.2×105 Pa　(2)500 J