2016高中物理 第10章 热力学定律限时检测 新人教版选修3-3

2016高中物理 第10章 热力学定律限时检测

本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。

第Ⅰ卷(选择题 共40分)

一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)

1．(上海理工大学附中2014～2015学年高二下学期期中)下列说法中正确的是( )

A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，因此做功与热传递是没有区别的

B．虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但我们还是可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的

C．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现

D．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，说明人在出汗散热时，还可以通过对外做功来代替出汗改变内能

答案：C

解析：做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移，故A错误；虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但不可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的，故B错误；做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现，故C正确。做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但是在人出汗散热时，不可以通过对外做功来代替出汗改变内能，故D错误。

2．如图是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。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

C．压强不变

答案：A

解析：向下压a的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，选项A正确。向下压B．体积增大 D．温度不变 a的过程中，瓶内气体体积减小，压强增大，温度升高，选项B、C、D错误。

3.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：不可能使热量由低

温物体传递到高温物体而不引起其他变化；其二是：不可能从单一热源吸收

热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。第一种表述方式可以用如右

图示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表

示，你认为下列示意图中正确的是(

)

答案：B

解析：第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体。

4．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中(

)

A．气体吸收热量，内能不变

B．气缸内分子的平均动能增大

C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多

D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大

答案：A

解析：由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量。内能不变。A正确。

5．下面提供了科技发展的四则信息。

①低温技术已有重大突破，1933年低温已达0.25K,1957年达到了2×10K,1995年通过一系列巧妙的方法已达到1×10K。随着低温技术的出现和发展，科学家一定能把热力学温度降到绝对零度以下；

②随着火箭技术的发展，人类一定能够在地球上任意位置的上空发射一颗同步卫星； ③一个国际科研小组正在研制某种使光速大大降低的介质，这些科学家希望在不久的将来能使光的速度降到每小时40m左右，慢到几乎与乌龟爬行的速度相仿；

④由于太阳的照射，海洋表面的温度可达30℃左右，而海洋深处的温度要低得多，在水深600～1000m的地方，水温约4℃，因此人们正在研制一种抗腐蚀的热交换器，利用海水温差发电，并取得了成功。

－8－5

请辨别、判断以上信息中正确的是( )

A．①②

C．①③

答案：D

解析：四则信息均为与当今科技发展前沿相关的信息，但①项违背了热力学第二定律，即绝对零度不可达到；②项中同步卫星只能定点在赤道正上方；③项中光速与介质有关，光在不同介质中传播速度不相同；④项中叙述符合能量守恒定律而不违背其他物理原理。

6．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a，b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中(

) B．②④ D．③④

A．气体对外界做功，内能减少

B．气体不做功，内能不变

C．气体压强变小，温度降低

D．气体压强不变，温度不变

答案：B

解析：因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，由ΔU＝W＋Q知内能不变，故选项A错误。选项B正确。稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p1V2和V1<V2知p1>p2，即气体压强变小，故选项C、D错误。

7．据××报报道：天津一小男孩睡觉时，将压在臀部下面的打火机焐炸，丁烷气体外泄，致使屁股局部速冻成伤。请你运用学过的热学知识判断下列说法正确的是( )

A．焐炸是因为打火机内丁烷液体变热汽化，体积增加，压强增大而爆炸

B．焐炸的过程符合热力学第一定律

C．××报关于局部速冻成伤的报道不符合科学道理

D．爆炸后，丁烷外泄并迅速汽化吸热，由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤

答案：ABD

解析：丁烷液体变热汽化，体积增加，压强增大而爆炸，由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤。

8.导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，

活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一

个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则( )

A．气体压强增大，内能可能不变

B．外界对气体做功，气体温度降低

C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小

D．外界对气体做功，气体内能一定增加

答案：BC

解析：由平衡条件知活塞受到的沙桶拉力减小，其他力如活塞重力、大气压力不变，则气体压强增大、体积减小，外界对气体做功，由于环境温度缓慢降低，则气体内能减少，由ΔU＝W＋Q知Q<0，即向外放热。

9．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

答案：AC

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，选项A正确；B→C过程气体等容升压，由p/T＝C(常量)可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，选项B错；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，选项C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积。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线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，选项D不正确。

10．(济南市2014～2015学年部分高中高二联考)下列四幅图的有关说法中正确的是

( )

A．分子间距离为r0时，分子间不存在引力和斥力

B．水面上的单分子油膜，在测量油膜直径d大小时可把分子当做球形处理

C．食盐晶体中的钠离子、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性

D．猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做正功

答案：BC

解析：分子间同时存在引力和斥力，分子间距离为r0时，分子力的合力为零 ，故A错误；从B图可以看出，水面上的单分子油膜，在测量油膜直径d大小时可把分子当做球形处理，故B正确；从C图可以看出，食盐晶体中的钠离子、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，故C正确；猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，外界对气体做正功，故D错误。

第Ⅱ卷(非选择题 共60分)

二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)

11．(5分)某同学做了如图所示的探究性实验，U形管左管口套有一小气球，管内装有水银，当在右管内再注入一些水银时，气球将鼓得更大。假设封闭气体与外界绝热，则在注入水银时，封闭气体的体积________________，压强________________，温度________________，内能________________。(均选填“增大”“减小”“升高”“降低”或“不变”)

答案：减小 增大 升高 增大

解析：注入水银，封闭气体的压强变大，水银对气体做功，气体体积减小，由于封闭气体与外界绝热，所以温度升高，内能增大。

12．(6分)根据制冷机的工作原理，试分析每个工作过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程 ：

(1)工作物质的内能________________，是________________的过程；

(2)工作物质的内能________________，是________________的过程；

(3)工作物质的内能________________，是________________的过程。

答案：(1)增加 做功 (2)减小 放热 (3)增加 吸热

解析：在(1)中，压缩气体，对气体做功，内能增加；在②中，气体液化要放出热量，内能减小；在(3)中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加。

13．(7分)开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式。太阳能热水器的构造示意图如图所示，下方是象日光灯管似的集热管，由导热性能良好的材料制成，在黑色管的下方是一块光亮的铝合金反光板，做成凹凸一定的曲面。

(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应，水箱为何安装在顶部而非下部？

答：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

(2)下图中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿________________时针方向流动，这是因为______________________________。C是辅助加热器，其作用是______________________________。请在下图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由。

答案：(1)日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并

抽成真空，减少两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导；集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内，水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流。

(2)顺；集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，沿管向右上方运动；在阴天用电加热的方式使水温升高；在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充。

三、论述·计算题(共4小题，42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

14．(10分)如图所示为焦耳测定热功当量的实验装置，若重物P、P′的质量共为m＝26.320kg，每次下落的高度均为h＝160.5cm，共下落n＝20次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为C＝6316cal/℃，实验中测得温度升高Δt＝0.31℃，试根据这些数据算出热功当量的值。(热功当量J＝) WQ

答案：4.23J/cal

解析：重物下落n＝20次共做功

W＝nmgh

量热器中的水及容器等温度升高Δt需吸热Q＝CΔt

由热功当量的定义得

Wnmgh20×26.320×9.8×160.5×10－2JJ＝＝≈4.23J/cal。 QCΔt6316×0.31cal

15．(10分)如图所示，为一气缸内封闭的一定质量的气体的p－V

图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335J的热

量传入系统，系统对外界做功126J，求：

(1)若沿a→d→b过程，系统对外做功42J，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84J，问系统是吸热还是放热？热量传递是多少？

答案：(1)251J (2)放热 293J

解析：(1)沿a→c→b过程

ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209J。

沿a→d→b过程，

ΔU＝W′＋Q′，Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251J，即有251J的热量传入系统。

(2)由b→a，ΔU′＝－209J。

ΔU′＝W″＋Q″＝84J＋Q″，

Q″＝(－209－84)J＝－293J。

负号说明系统放出热量。

16．(10分)如图所示，一导热汽缸放在水平地面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过定滑轮与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始时活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0。物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升Δx，封闭气体吸收了Q的热量。(汽缸始终未离开地面)求：

(1)环境温度升高了多少度？

(2)气体的内能如何变化？变化了多少？

2Δx答案：(1)＋t)K (2)内能增加；ΔU＝Q－(p0S－G)Δx h

解析：(1)活塞缓慢移动，任意时刻都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖·吕萨

VΔV克定律可知：TΔT

2Δx得ΔT＝(273＋t)K h

(2)气体温度升高，内能增加。

设汽缸内压强为p，由平衡条件得：pS＝p0S－G，

封闭气体对外做功W＝pSΔx＝(p0S－G)Δx，

由热力学第一定律得：ΔU＝Q＋(－W)＝Q－(p0S－G)Δx。

17．(12分)一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，

顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压

强为p0。经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝350K。

(1)求此时气体的压强。

(2)保持T1＝350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余

气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。

76答案：(1)p0 (3) 吸热 原因见解析 67

解析：(1)由题意知，气体体积不变，由查理定律得

p0p1＝ T0T1

T13507所以此时气体的压强p1＝p0＝p0p0 T03006

(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2

可得V2＝p1V07V0 p06

ρV06 77ρ·06所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为

因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体的体积膨胀对外做功。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一定从外界吸收热量。

点评：考查气体的实验定律应用及热力学第一定律，求解时应灵活处理变质量气体问题。本题中如果只选集热器内气体，则属于变质量问题，但如果把抽出的气体全部包括，则属于定量气体问题，应用气体实验定律处理会很方便。

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