优化设计2015高中物理热力学定律单元测评新人教版选修33

1、第十章 热力学定律一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分;在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对得5分,选不全得3分,有选错或不答的得0分)1.如图为焦耳实验装置简图,用绝热性能良好的材料将容器包好。重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高。关于这个实验,下列说法正确的是()A.这个装置可粗略测定热功当量B.做功增加了水的热量C.做功增加了水的内能D.功和热量是完全等价的,无区别解析:使相同的水升高相同的温度可采用加热和做功两种方法,用这个装置测出叶片对水做的功,即可知道热功当量,A对;对水做功可使水的内能变大,而与热量无关,B错,C对;功是不同形式的能量转化的量

2、度,热量是同种能量(内能)转移的量度,D错。答案:AC2.高温物体甲和低温物体乙发生热传递,最后达到热平衡,这个过程的实质是()A.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者温度相等B.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者内能相等C.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者内能相等D.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者温度相等解析:宏观上甲的温度降低,乙的温度升高,因而有的同学会错误地认为甲物体向乙物体传递了温度,而实质上是甲将内能传递给了乙,因而选项A、C错误;热传递完成后,最后甲、乙两物体达到热平衡,即两者温度相同,并不是内能相等,选项B错误,而选项D正确。答案:D3.(2011·广东理综)如图为某种椅子与其升

3、降部分的结构示意图,M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中()A.外界对气体做功,气体内能增加B.外界对气体做功,气体内能减少C.气体对外界做功,气体内能增加D.气体对外界做功,气体内能减少解析:M筒向下滑动的过程中压缩气体,对气体做功,又由于气体不与外界发生热交换,根据热力学第一定律可知气体的内能增加,选项A正确。答案:A4.以一副扑克牌为例,关于有序和无序、宏观态和微观态的理解,下列说法中正确的是()A.按照黑桃、红桃、梅花、方块的顺序,而且从大到小将扑克牌排列起来,扑克牌此时是有序的B.一副扑克牌是一个宏观态,将扑克牌

4、洗牌一次就是一个微观态C.将扑克牌按照奇数和偶数分成两部分,扑克牌是无序的,每部分内部是有序的D.一副扑克牌按照奇数和偶数分成两部分是一个宏观态,从偶数部分抽出一张放到奇数部分是该宏观态对应的一个微观态解析:扑克牌的排列是有确定规则的,是有序的,故A对;一副扑克牌是一个系统,是一个宏观态,洗牌一次,该状态为这副扑克牌宏观态对应的一个微观态,故B对;按照奇数和偶数分成两部分是有序的,内部是无序的,故C错;奇数与偶数分开是一种宏观态,从偶数部分抽出一张放到奇数部分时,原宏观态被破坏,故D错。答案:AB5.(2014·西宁高二检测)在研究性学习的过程中,针对能源问题、大气污染问题,同学们提

5、出了如下四个活动方案,从理论上讲可行的是()A.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的全部内能转化为机械能是可能的B.制作一种制冷设备,使温度降至绝对零度以下C.将房屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题D.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发地分离,既清洁了空气,又变废为宝解析:本题考查的是对热力学相关问题的研究。利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的全部内能转化为机械能是不可能的,因为它违反了热力学第二定律,A错误;制作一种制冷设备,使温度降至绝对零度以下是不可能的,B错误;将房屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来

6、解决照明和热水问题是可行的,C正确;汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,使它们自发地分离是不可能的,D错误。答案:C6.如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是()A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量解析:转轮转动,机械能增加,必须从外界吸收能量,A、B错误;转动叶片

7、从水中吸收能量,水温降低,C错误;叶片吸收的热量一部分转化为机械能,选项D正确。答案:D7.把一个物体竖直向下抛出,不考虑空气阻力,下列哪种情况是在下落的过程中发生的()A.物体的动能增加,分子的平均动能也增加B.物体的重力势能减少,分子势能增加C.物体的机械能保持不变D.物体的内能保持不变解析:物体下落的过程,不考虑空气阻力,只有系统内的重力做功,机械能守恒;物体下落过程中,物体的温度和体积也没有发生变化,所以分子热运动的平均动能和分子势能都保持不变,所以A、B错误,C、D正确。答案:CD8.(2013·广东理综)如图为某同学设计的喷水装置。内部装有2L水,上部密封1atm的空气0

8、.5L,保持阀门关闭,再充入1 atm的空气0.1L。设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变。下列说法正确的有()A.充气后,密封气体压强增加B.充气后,密封气体的分子平均动能增加C.打开阀门后,密封气体对外界做正功D.打开阀门后,不再充气也能把水喷光解析:温度不变,分子平均动能不变,充气后由于气体的质量增大,温度、体积基本不变,气体的压强增大,选项A对,B错;打开阀门后,水减少,气体膨胀,密封气体对水做正功,选项C对;如果水全排出,气体压强为p3,p3(2+0.5)=p1(0.5+0.1)得p3=0.24p1<p1,故不再充气不能把水喷光,因为当气压与外界大气压相同时就不再喷水,

9、选项D错。答案:AC9.如图所示,一定质量的理想气体,从状态A经绝热过程AB、等容过程BC、等温过程CA又回到了状态A,则()A.AB过程气体降温B.BC过程气体内能增加,可能外界对气体做了功C.CA过程气体放热D.全部过程气体做功为零解析:AB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;BC过程气体等容升压,则=恒量可知,气体温度升高,其对应内能增加,因做功W=0,故选项B错误;CA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;AB过程气体对外做功,其数值等于AB线与横轴包围的面积。BC过程气体不做功。CA过程外

10、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错误。答案:AC10.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:气体的膨胀过程没有热交换,可以判断Q=0;由于容器Q内为真空,所以气体是自由膨胀,虽然体积变大,但是气体并不对外做功,即W=0;根据热力学第一定律U=W+Q,由以上可以判断该过程U=0,即气

11、体的内能不变,显然选项A、B错误。由于气体分子间的作用力表现为引力,所以气体体积变大时分子引力做负功,分子势能增加,由此进一步推断分子动能减小,温度降低;体积变大、温度降低,则气体压强变小,所以选项C错误。宏观中的热现象都是不可逆的,所以D正确。答案:D二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)11.(10分)(1)孤立系统在一定条件下的态,对应热力学概率为最大值的宏观状态,亦即该系统内分子运动的状态。熵的大小反映了某一宏观态所对应的的数目的多少。 (2)若孤立系统的初态SSmax(填“<”“>”或“=”),则该初态为非平衡态,系统将自发地向着分子运动无

12、序的方向过渡,并最后到达具有Smax的宏观态,即内进行的自然过程总是沿着使系统的S增大的方向进行。 答案:(1)平衡最无序微观态(2)<孤立系统12.(6分)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化,我们把这些气体称为工质。某热机经过一个循环后,工质从高温热源吸热Q1,对外做功W,又向低温热源放热Q2,工质完全恢复初始状态,内能没有变化。根据热力学第一定律,在工质的一个循环中,Q1、Q2、W三者之间满足的关系是。热机的效率=不可能达到100%,从能量转化的角度,说明能不能完全转化为能。 解析:由热力学第一定律,热量、做功、内能的符

13、号规定得Q1+(-Q2)+(-W)=0,即Q1-Q2=W。再由热力学第二定律知,内能不可能全部转化成机械能而不产生其他影响。答案:Q1-Q2=W内机械三、解答题(本题共3小题,共34分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(10分)(2014·南宁高二检测)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

14、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15kJ,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=300K,p2=4p0整理得:T2=1200K,t2=927。(2)由热力学第一定律U=Q+W得U=-20kJ-15kJ=-35kJ故内能减少35kJ。答案:(1)927(2)减少35kJ14.(12分)(2013·平顶山高二检测)如图所示,一长为L、内横截面积为S的绝热汽缸固定在水平地面上,汽缸内用一质量为m的绝热

15、活塞封闭了一定质量的理想气体,开始时活塞用销钉固定在汽缸正中央,汽缸内被封闭气体压强为p,外界大气压为p0(p>p0)。现释放活塞,测得活塞被缸内气体推到缸口时的速度为v。求:(1)此过程克服大气压力所做的功;(2)活塞从释放到将要离开缸口,缸内气体内能改变了多少?解析:(1)设大气作用在活塞上的压力为F,则:F=p0S根据功的计算式W=Fl得:W=p0LS(2)设活塞离开汽缸时动能为Ek,则:Ek=mv2根据能量守恒定律得:U=-mv2-p0LS=-(mv2+p0LS)即内能减少了(mv2+p0LS)。答案:(1)p0LS(2)内能减少了(mv2+p0LS)15.(12分)(2013&

16、#183;江苏单科)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中,AB和CD为等温过程,BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。(1)该循环过程中,下列说法正确的是。 A.AB过程中,外界对气体做功B.BC过程中,气体分子的平均动能增大C.CD过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.DA过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中,内能减小的过程是(选填“AB”“BC”“CD”或“DA”)。若气体在AB过程中吸收63kJ的热量,在CD过程中放出38kJ的热量,则气体完成一次循环对外做的功为kJ。 (3)若该循环过程中的气体为1mol,气体在A状态时的体积为10L,在B状态时压强为A状态时的。求气体在B状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1,计算结果保留一位有效数字)解析:(1)AB过程中,气体温度不变,内能不变,气体体积变大,气体对外界做功,选项A错误;BC过程中,气体对外界做功,气体内能减少,温度降低,分子平均动能减小,选项B错误;CD过程中,气体温度不变,分子运动的剧烈程度不变,体积减小,单