鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第3章 章末检测（三）word含解析

章末检测(三)
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分。其中1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题)
1.根据热力学定律和分子动理论可知，下列说法中正确的是(　　)
A.理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热量交换
B.布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动
C.永动机是不可能制成的
D.根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
解析　一定质量的理想气体在等温变化时，内能不变，但可以与外界有热量交换，若从外界吸收热量，则吸收的热量等于对外做的功，若外界对气体做功，则外界做的功等于气体向外放出的热量，选项A错误；布朗运动并不是液体分子的运动，而是悬浮微粒的运动，它反映了液体分子的无规则运动，选项B错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，都不可能制成，选项C正确；热量可以由低温物体传到高温物体，但必须在一定外界条件下，选项D错误。
答案　C
2.在功与热的转化过程中，下列叙述中不正确的是(　　)
A.不可能制成一种循环运作的热机，它只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用功，而不发生任何其他变化
B.热机的效率恒小于1
C.功可以完全变成热能，而热能不能完全变为功
D.绝热过程对外做正功，则系统的内能必减小
解析　由热力学第二定律的开耳文表述可知，功和热在转化过程中不是单一的，总要引起其他变化，如向低温热源放热等，A项显然与热力学第二定律相符合，A正确；热机的效率一定小于1，反映了热机的特性，B项正确；C项中没有附加条件，是不正确的；由ΔU＝Q＋W知Q＝0，对外做功W<0，则ΔU<0，系统内能必减小，D正确。
答案　C
3.河面水温高于河底温度，一个气泡从河底加速上升到水面，在这一过程中，气泡内空气质量不变，气泡内吸热为Q，内能增加为ΔU，则(　　)
A.重力对气泡做负功，ΔU>Q
B.浮力对气泡做正功，Q<ΔU
C.合力对气泡做正功，Q<ΔU
D.气体膨胀对外做功，Q>ΔU
解析　根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，即Q＝ΔU－W。因为上升时气泡膨胀对外做功W<0，所以Q>ΔU，故选D。
答案　D
4.如图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零)，现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程(　　)
A.Ep全部转化为气体的内能
B.Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能
D.Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
解析　首先以活塞为研究对象，设气缸底部的重力势能为零，在此过程中，高度升高，重力势能增大；以被密闭的理想气体为研究对象，外界对气体做功内能增大；以弹簧为研究对象，活塞和器壁挤压弹簧，则弹簧具有弹性势能。
答案　D
5.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　)
A.气体体积膨胀，内能增加
B.气体分子势能减少，内能增加
C.气体分子势能增加，压强可能不变
D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中
解析　据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，知D项正确；容器内气体自由膨胀，气体与外界之间不做功也没有热交换，故气体的内能不变，A项错误；气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变，体积增大，压强减小，B、C项错误。
答案　D
6.如图所示，厚壁容器一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)
A.温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B.温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C.温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D.温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
解析　由于系统是个密闭的厚壁容器，当外界对容器内部打气时，使得内部的压强增大温度升高，此时温度计的示数较原来升高；当打开卡子后气体体积膨胀，对外界做功，使得气体的内能减少，温度降低，故温度计的示数变小，选项C正确。
答案　C
7.如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处。A、B球用同一材料制作，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大。如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后的体积相等，则(　　)
A.A球吸收的热量较多
B.B球吸收的热量较多
C.两球吸收的热量一样多
D.不能确定哪一个吸收的热量多
解析　两球温度变化相同，分子平均动能的增大是相同的，体积膨胀相同，但小球在水中和在水银中受的压力是不同的，在水银中受的压力大于在水中受的压力，所以在水银中的球对水银做的功大于在水中的小球对水做的功，由热力学第一定律可知：水银中小球吸收的热量多一些。
答案　B
8.从微观角度看(　　)
A.热力学第二定律是一个统计规律
B.一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展
C.一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大
D.出现概率越大的宏观状态，熵值越大
解析　从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，一个宏观状态对应的微观状态也越多，出现的概率也越大。综上所述，A、C、D项正确，B项错误。
答案　ACD
9.下列说法中正确的是(　　)
A.物体吸收热量，温度一定升高
B.物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能就越大
C.密封在体积不变的容器中的气体，温度升高，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大
D.根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
解析　物体吸收热量，如果对外做功，温度可能降低，选项A错误；密封在体积不变的容器中的气体，温度升高，分子的平均动能就增大，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，选项B、C正确；根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，但是可以采用某种方法使热量从低温物体传到高温物体，选项D错误。
答案　BC
10.如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气(　　)
A.内能增大
B.压强增大
C.分子间引力和斥力都减小
D.所有分子运动速率都增大
解析　在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A正确；根据＝C知，气体的压强增大，选项B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D错误。
答案　AB
11.如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个水桶，水桶装满沙子时，活塞恰好静止。现将水桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出，气缸外部温度恒定不变，则(　　)
A.缸内气体压强减小，内能增加
B.缸内气体压强增大，内能不变
C.缸内气体压强增大，内能减少
D.外界对缸内气体做功
解析　分析活塞受力，活塞受到大气压力p0S竖直向上，内部气体压力pS和水桶重力mg竖直向下，根据活塞平衡有p0S＝mg＋pS，随水桶重力减小，大气压力使得活塞向上运动，外界对缸内气体做功，选项D正确；由于气缸导热，温度不变，气缸内气体体积变小，压强变大，选项A错误；气体温度不变，内能不变，选项B正确，C错误。
答案　BD
12.如图所示的导热气缸内，用活塞封闭一定质量的理想气体，如果迅速向下压活塞时气体的温度会骤然升高(设为甲过程)。如果缓慢地向下压活塞时，里面的气体温度不变(设为乙过程)。已知甲、乙两个过程中气体初态和末态的体积相同，不考虑活塞与气缸的摩擦，则下列说法正确的是(　　)
A.甲过程中气体的内能增加，乙过程中气体的内能不变
B.两过程中外界对气体做的功一样多
C.乙过程中气体的压强不变，甲过程中气体的压强不断增大
D.乙过程的末态气体压强比甲过程的末态气体压强小
解析　温度是物体内分子热运动的平均动能的标志，由题意知甲过程中气体温度升高，乙过程中气体温度不变，所以A项正确；外界对气体做功W＝p·ΔV，体积变化相同，但甲过程平均压强大于乙过程平均压强，B项错误；乙过程为等温压缩过程，压强变大，C项错误；可以将两过程末态看作一个等容过程，甲过程末态温度较高，压强较大，D项正确。
答案　AD
二、非选择题(共4个题，共40分)
13.(8分)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m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h＝0.2 m，活塞横截面积S＝
10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa。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Q＝60 J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不计，则在此过程中气体的内能增加了多少？
解析　活塞在上升过程中，气体对外做功
W＝－pSh
根据热力学第一定律
ΔU＝Q＋W
代入数据解得
ΔU＝60 J－5×104×10×10－4×0.2 J＝50 J
答案　50 J
14.(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，玉米在铁质的密封容器内被加热，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。
(1)若把容器内的气体看作理想气体，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？
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
15.(10分)如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内，用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间无摩擦滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡，问：
(1)外界空气的温度是多少？
(2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？
解析　(1)取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖—吕萨克定律有＝
得外界温度T＝T0＝T0。
(2)活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对气体做的功W＝－(mg＋p0S)d，
根据热力学第一定律得，密闭气体增加的内能
ΔU＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d。
答案　(1)T0　(2)Q－(mg＋p0S)d
16.(12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？
解析　大气对活塞做功W0＝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