物理（教科版选修3-3）练习单元质量评估（四）能量守恒与热力学定律

单元质量评估(四)能量守恒与热力学定律(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题包括10个小题，每小题6分，共60分.1～6题为单选题，7～10题为多选题)1．下列说法正确的是()A．物体吸收热量，其温度一定升高B．热量只能从高温物体向低温物体传递C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式解析：由热力学第一定律可知，做功与热传递都可以改变物体的内能，D正确；物体吸收热量时，其内能不一定增大，A错；由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，但若通过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，B、C错．答案：D2．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是()A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C．第二类永动机遵从能量守恒故能做成D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能增加了0.5×105J解析：由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可能达到，A错；由热力学第一定律知D正确．答案：D3．飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在－50℃以下．在研究大气现象时可以把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团．气团直径可达几千米．由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略．A．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低B．地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低C．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，内能大量减少，气团温度降低D．地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低解析：由热力学第一定律，物体内能的变化ΔU与做功W和热传递Q有关，满足ΔU＝W＋Q，气团在上升的过程中气体不断膨胀，对外做功，又由于气团很大，其边缘与外界的热传递作用可忽略，因而内能不断减小，所以气团的温度会很低．答案：C4．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图①所示)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图②所示)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是()A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动B．自由膨胀前后，气体的压强不变C．自由膨胀前后，气体的温度不变D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分解析：抽去隔板后，气体继续做无规则热运动，故A错；因容器绝热，故Q＝0，又因气体自由膨胀，故W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝0，则气体的温度不变，C正确；由eq\f(pV,T)＝C可知p减小，故B错；气体在足够长的时间内不会自动回到A部分，而是做无规则热运动．答案：C5．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面“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答案：D6．如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气．以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小解析：接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，气体对外界做功，内能减小，温度降低；对甲部分气体来讲，外界对气体做功，内能增加．答案：D7．如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下受到暴晒，车胎极易爆裂．关于这一现象的描述，下列说法正确的是(暴晒过程中内胎容积几乎不变)()A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少解析：车胎在阳光下暴晒，爆裂前，内能增加，气体的温度升高，分子无规则运动变快，气体压强变大，B选项正确．当车胎突然爆裂的瞬间，气体膨胀对外做功，温度也会有所下降，所以气体内能减少，D选项正确．答案：BD8．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＝常量可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，即选项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．答案：AC9．下面设想符合能量转化和守恒定律的是()A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B．做成一条船，利用流水的能量逆水行舟C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D．利用核动力，驾驶地球离开太阳系解析：利用磁场能可以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可选；设计一种利用反冲理论以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D可选．答案：BCD10．下面关于熵的说法正确的是()A．熵是物体内分子运动无序程度的量度B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理D．熵值越大，代表系统分子运动越无序解析：热力学第二定律提示：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的．例如，功转变为热是机械能或电能转变为内能的过程，是大量分子的有序运动向无序运动转化，汽缸内燃气推动活塞做功燃气分子做有序运动，排出汽缸后做越来越无序的运动．物理学中用熵来描述系统大量分子运动的无序性程度．热力学第二定律用熵可表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立系统的熵总是从熵小的状态向熵大的状态发展．反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．综上所述可知A、C、D说法是正确的，只有B说法与热力学第二定律相悖．答案：ACD二、非选择题(本题共3小题，共40分)11．(10分)如图所示，一个质量为m＝100g的金属块恰能从一个长L＝4m、倾角θ＝30°的斜面的顶端匀速下滑至底端，损失的机械能有20%被金属块吸收，求在下滑过程中产生的内能及金属块升高的温度．(金属块的比热容为98J/(解析：金属块下滑过程减少的机械能即为重力势能减少量，这部分能由于摩擦生热而转化成了等量的内能，仅有20%被金属块吸收．金属块共产生的内能为ΔE＝ηmg·Lsinθ＝20%×0.1×9.8×4×sin30°J＝0.392J由于Q＝ΔE，Q＝cmΔt则Δt＝eq\f(ΔE,cm)＝eq\f(0.392,98×0.1)℃＝0.04℃．答案：0.392J0.0412．(15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，迅速打开容器盖后，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4p(1)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20kJ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：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0．整理得：T2＝1200K，t2＝927(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故内能减少35kJ．答案：(1)927℃(2)内能减少减少了35kJ13．(15分)如图所示，为一汽缸内封闭的一定质量的气体p­V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？解析：(1)沿a→c