高中物理 第3章《热力学基础》 单元达标测评（粤教版选修3-3）

用心 爱心 专心 热力学基础热力学基础 单元达标测评单元达标测评 90 分钟 100 分 一 选择题 每题一 选择题 每题 4 4 分 计分 计 5656 分 分 1 把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部 当快速下压活塞时 由于被压缩的空气骤 然变热 温度升高 达到乙醚的燃点 使浸有乙醚的棉花燃烧起来 此实验的目的是要说明 A 做功可以升高物体的温度 B 做功可以改变物体的内能 C 做功一定可以增加物体的内能 D 做功可以增加物体的热量 2 下列关于永动机的说法中正确的是 A 第一类永动机违反了能量守恒定律 B 第一类永动机违反了热力学第一定律 C 第二类永动机违反了能量守恒定律 D 第二类永动机违反了热力学第二定律 3 以下过程不可能发生的是 A 对物体做功 同时物体放热 物体的温度不变 B 对物体做功 同时物体吸热 物体的温度不变 C 物体对外做功 同时放热 物体的内能不变 D 物体对外做功 同时吸热 物体的内能不变 4 下面设想符合能量守恒定律的是 A 利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器 B 做成一条船利用河水的能量逆水航行 C 通过太阳照射飞机使飞机起飞 D 不用任何燃料使河水升温 5 下列有关物体内能改变的判断中 正确的是 A 外界对物体做功 物体的内能一定增加 B 外界和物体传递热量 物体的内能一定增加 C 物体对外界做功 物体的内能可能增加 D 物体向外放热 物体的内能可能增加 6 如图 10 1 所示容器中 A B 各有一个可自由移动的轻活塞 活塞下面是水 上面为空气 大气压恒定 A B 底部由带有阀门 K 的管道相连 整个装置与外界绝热 原先 A 中的水面比 B 中高 打开阀门 使 A 中的水逐渐向 B 中流 最后达到平衡 在这个过程中 A 大气压力对水做功 水的内能增加 B 水克服大气压力做功 水的内能减少 C 大气压力对水不做功 水的内能不变 D 大气压力对水不做功 水的内能增加 图 10 1 7 如图 10 2 所示 直立容器内部有被隔板隔开的 A B 两部分气体 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 设在此过程气体吸热 Q 气体内能增 量为 E 则 A E Q A K B A B 用心 爱心 专心 B E Q C E Q D 无法比较 图 10 2 8 一木块沿斜面向下滑 下列说法正确的是 A 不管斜面是否光滑 下滑过程中重力对木块做了功 它的内能将增大 B 若斜面光滑且不计空气阻力 木块滑到斜面底部时 速度增大 内能也将增大 C 若斜面粗糙 木块在重力作用下虽速度增大 但它的内能并不改变 D 若斜面粗糙 木块的机械能减小 而它的内能将增大 9 物体在水平面上运动 当它的速度由 9m s 减小到 7m s 的过程中 内能增量是某个定值 如果物体继续运动 又产生相等内能增量 这时物体速度应是 A 5 66m s B 4 12m s C 5m s D 3m s 10 以下说法正确的是 A 电冰箱内的食品温度比室内温度低 说明在一定条件下热传导也可以由低温物体向高温物 体进行 B 内能可以转化为机械能 C 能量的耗散否定了能量的转化与守恒定律 D 能量的耗能说明自然界的宏观过程有方向性 11 一个带活塞的气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 12 金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物 有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是 A 迅速向里推活塞 B 迅速向外拉活塞 C 缓慢向里推活塞 D 缓慢向外拉活塞 13 如图 10 3 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 图 10 3 14 如图 10 4 所示 A B 两球完全相同 分别浸没在水和水银的同一深度内 A B 球用同 一种特殊的材料制作 当温度稍微升高时 球的体积明显地增大 如果水和水银的初温及缓 慢升高后的末温都相同 且两球膨胀后体积也相等 两球也不再上升 则 A A 球吸收的热量多 B B 球吸收的热量多 C A B 二球吸收的热量一样多 D 不能确定吸收热量的多少 图 10 4 甲乙 A B 水银水 用心 爱心 专心 二 填空题 每题二 填空题 每题 6 6 分 共分 共 1212 分 分 15 一定质量的理想气体 在升温膨胀对外做功的过程中 分子的平均动能 气体的 内能 因而伴随着 过程 16 某气体初态时有 100J 内能 膨胀过程中对外做功 30J 同时吸收了 20J 的热量 在这过 程中内能 填增加或减少 J 三 计算题 三 计算题 1717 1818 题各题各 1010 分 分 1919 题题 1212 分 分 17 在一个横截面积 S 3 10 2m2的圆筒内装有质量 m 0 6kg 的水 被太阳光垂直照射 t 2min 后 水温升高 1 设大气层的太阳能只有 45 到达地面 不计容器的吸热和散热 损失 试估算太阳的全部辐射功率 保留一位有效数字 设太阳与地球之间的平均距离 d 1 5 1011m 水的比热 c 4 2 103J kg 18 某地的平均风速为 5m s 已知空气密度是 1 2kg m3 有一风车 它的车叶转动时可形成 半径为 12m 的圆面 如果这个风车能将此圆内 10 的气流的动能转变为电能 则该风车带动 的发电机功率是多大 题号题号 1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414 答案答案 用心 爱心 专心 19 一颗质量为 10g 的子弹以 200m s 的速度射入放在光滑水平面上质量为 2 kg 的木块并穿 出 穿出木块时子弹的速度变为 40m s 木块速度为 0 8m s 设子弹在木块中所受的阻力不 变 在此过程中子弹和木块共获得多少内能 若这些内能有 30 被子弹吸收 则可以使子弹 升温多少度 子弹的比热容 1 3 102J kg 热力学定律热力学定律 单元达标测评参考答案单元达标测评参考答案 1 1 解析 解析 当快速下压活塞时 对空气做功 改变了气体的内能 使气体的温度升高 达 到乙醚的燃点 使浸有乙醚的棉花燃烧起来 故 B 正确 答案 答案 B 2 2 解析 解析 本题考察的是对两类永动机的本质认识 显然 A D 正确 答案 答案 AD 3 3 解析 解析 本题考察的是对热力学第一定律 U W Q 的理解和应用 需要注意的是符号法 则 答案 答案 BC 4 4 解析 解析 利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能 但由于摩擦力的不可避免 性 动能最终转化为内能 使转动停止 故 A 错 让船先静止在水中 设计一台水力发电机 使船获得足够电能 然后把电能转化为船的动能使船逆水航行 同理可利用光能的可转化性 和电能的可收集性 使光能转化为飞机的动能 实现飞机起飞 故 B C 正确 设计水坝利 用河水的重力势能发电 一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能 另外电能也可转 化为内能使水升温 故 D 正确 答案 答案 BCD 5 5 解析 解析 本题考察的是对热力学第一定律 U W Q 的理解和应用 需要注意的是符号法 则及其物理意义 用心 爱心 专心 答案 答案 CD 6 6 解析 解析 大气压对左面 A 的水做正功 而对 B 中水做负功 A 内水面下降 体积减小 与 B 内上升增加的体积相同 因此大气压对水做功的代数和为零 水的重心降低重力势能减 小 由能量守恒定律知水的内能增加 故选 D 答案 答案 D 7 7 解析 解析 抽去隔板前 A B 气体的整体重心在中线以下 抽去隔板待气体混合均匀后重心 恰好在中线上 所以系统的重力势能增大 由能量守恒定律 吸收的热量一部分增加气体内 能 一部分增加重力势能 所以 B 正确 答案 答案 B 8 8 解析 解析 斜面光滑且不计空气阻力时 木块下滑过程中机械能守恒 内能不变 斜面粗 糙 木块下滑时要克服摩擦力做功 故木块在机械能减小 由能量守恒定律它的内能将增大 D 正确 答案 答案 D 9 9 解析 解析 设物体质量为 m v1 9m s v2 7m s 最终速度减为 v3 由能量守恒定律有 2222 1223 1111 2222 mvmvmvmv 代入数值得 v3 m s 4 12m s 故 B 正确 答案 答案 B 10 10 解析 解析 热传导只能从高温到低温 A 不正确 由能量守恒定律可知 各种形式的能量 之间可以相互转化 并且总能量守恒 所以 B 正确 C 不正确 而能量的耗能正好说明自然 界的宏观过程有方向性 D 正确 答案 答案 BD 11 11 解析 解析 由于气体的温度随其内能的增大而升高 所以内能增大温度必然升高 由热力 学第一定律 U 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 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 答案 D 12 12 解析 解析 只有迅速向里推活塞 对混合气体做功 才能使混合气体的内能迅速增加 温 度迅速升高到燃点 故 A 正确 答案 答案 A 13 13 解析 解析 由于温度是分子平均动能的标志 所以在达到平衡时 它们的温度相等 气体 分子的平均动能必相等 答案 答案 B 14 14 解析 解析 A B 两球初末状态完全相同 故 U 相同 B 球膨胀对水银做的功大于 A 球膨 胀对水做的功 由热力学第一定律 U W Q 所以 B 球吸收的热量大于 A 球吸收的热量 故 B 正确 答案 答案 B 15 15 解析 解析 温度是分子平均动能的标志 所以温度升高 分子的平均动能增大 理想气体 的内能是由温度唯一决定 所以温度升高 内能增加 由热力学第一定律 U W Q 结合符 号法则及其物理意义 则气体要吸热 答案 答案 增大 增加 吸热 16 16 解析 解析 由热力学第一定律 U U2 U1 W Q 结合符号法则及其物理意义有 W 30J Q 20J 故 U U2 U1 10J 因而内能减小了 10J 答案 答案 减少 10 用心 爱心 专心 17 17 解析 解析 设太阳的全部辐射功率为 P 则在两分钟内太阳向外辐射的能量 Q Pt 则由题 意可知 2 4 Pt S cm t d 所以 2 4 d cm t P S t 4 4 1026W 18 18 解析 解析 首先可以求出在时间 t 内作用于风车的气流质量为 m r2 t 这些气流的 动能为 1 2 m 2 转变的是能为 E 1 2 m 2 10 故风车带动电动机功率为 P E t 1 2 r2 3 10 代入数据以后得 P 3 4kW 答案 3 4kW 19 19 解析 解析 系统损失的机械能转化为系统增加的内能 222 0 111 mv mv Mv 222 E 损 1 2 0 01 2002J 1 2 0 01 402J 1 2 2 0 82J 191 36J 被子弹吸收的热量是 Q E换 30 cm t 2 E 30 191 36 30 t cm1 3 100 01 44 16 瞻前顾后 一 物体内能的变化 能量守恒定律 1 做功和热传递都能改变物体的内能 这两种方式是等效的 但又有本质的区别 做功 是其它形式的能和内能之间的转化 功是内能转化的量度 而热传递是内能的转移 热量是 内能转移的量度 2 能量守恒定律 能量即不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为别的形式 或者从一个物 体转移到别的物体 在转化或转移的过程中其总量不变 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一 二 热力学定律 1 热力学第一定律 外界对物体所做的功 W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于物体内能增加量 U 即 U Q W 在这个表达式中 当外界对物体做功是 W 取正 物体克服外力做功是 W 取负 当物体从外界 吸热时 Q 取正 物体向外界放热时 Q 取负 U 为正表示物体内能增加 U 为负表示物体 内能减小 2 热力学第二定律 1 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 按热传导的方向性表 述 2 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 按机械能和内 能转化过程的方向性表述 3 热力学第二定律使人们认识到 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 用心 爱心 专心 它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性 3 能源的开发和利用 能量耗散 自然界的能量是守恒的 但是很多事例证明 我们无法把流散的内能重新收集起 来加以利用 因此 提醒人们应该合理开发和利用能源 典例探究 例 1 一木块静止在光滑的水平面上 被水平方向飞来的子弹击中 子弹进入木块的深度为 2cm 木块相对于桌面移动了 1cm 设木块对子弹损失的动能之比为 A 1 1 B 2 3 C 1 2 D 1 3 解析 子弹损失的动能等于子弹克服阻力所做的功 子弹的位移为打入深度 d 和木块移动的 距离 L 之和 有 E F d L 产生的热量为 Q F d k Q E 2 3 d dL 因此选 B 项 例 2 2003 全国卷第 20 题 如图所示 固定容器及可动活塞 P 都是绝热的 中间有一导 热的固定隔板 B B 的两边分别盛有气体甲和乙 现将活塞 P 缓慢地向 B 移动一段距离 已 知气体的温度随其内能的增加而升高 则在移动 P 的过程中 A 外力对乙做功 甲的内能不变 B 外力对乙做功 乙的内能不变 C 乙传递热量给甲 乙的内能增加 D 乙的内能增加 甲的内能不变 解析 据热力学第一定律 由于外力对乙做功 而容器和活塞 P 绝热 即无热递 所 以乙的内能的增加 温度升高 甲乙气体间由导热隔板相连 乙温度升高后 乙 甲之间发 生热传递 使甲内能增加 温度上升 乙内能减小 温度下降 当甲 乙的温度相同时 热 传递停止 所以 C 正确 例 3 下列说法正确的是 A 热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体 B 热量总是由比热大