物理（教科版選修3-3）練習(xí)單元質(zhì)量評(píng)估（四）能量守恒與熱力學(xué)定律

單元質(zhì)量評(píng)估(四)能量守恒與熱力學(xué)定律(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題包括10個(gè)小題，每小題6分，共60分.1～6題為單選題，7～10題為多選題)1．下列說(shuō)法正確的是()A．物體吸收熱量，其溫度一定升高B．熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞C．遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過(guò)程一定能實(shí)現(xiàn)D．做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式解析：由熱力學(xué)第一定律可知，做功與熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，D正確；物體吸收熱量時(shí)，其內(nèi)能不一定增大，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第二定律可知，宏觀的熱現(xiàn)象有方向性，但若通過(guò)外界做功，熱量也可以從低溫物體傳到高溫物體，B、C錯(cuò)．答案：D2．關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是()A．隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達(dá)到絕對(duì)零度，最終實(shí)現(xiàn)熱機(jī)效率100%B．熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的C．第二類永動(dòng)機(jī)遵從能量守恒故能做成D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0×105J，同時(shí)空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5×105J解析：由熱力學(xué)第二定律知B、C錯(cuò)；絕對(duì)零度不可能達(dá)到，A錯(cuò)；由熱力學(xué)第一定律知D正確．答案：D3．飛機(jī)在萬(wàn)米高空飛行時(shí)，艙外氣溫往往在－50℃以下．在研究大氣現(xiàn)象時(shí)可以把溫度、壓強(qiáng)相同的一部分氣體作為研究對(duì)象，叫做氣團(tuán)．氣團(tuán)直徑可達(dá)幾千米．由于氣團(tuán)很大，邊緣部分與外界的熱交換對(duì)整個(gè)氣團(tuán)沒(méi)有明顯影響，可以忽略．A．地面的氣團(tuán)上升到高空的過(guò)程中膨脹，同時(shí)對(duì)外放熱，使氣團(tuán)自身溫度降低B．地面的氣團(tuán)上升到高空的過(guò)程中收縮，同時(shí)從周圍吸收熱量，使周圍溫度降低C．地面的氣團(tuán)上升到高空的過(guò)程中膨脹，氣團(tuán)對(duì)外做功，內(nèi)能大量減少，氣團(tuán)溫度降低D．地面的氣團(tuán)上升到高空的過(guò)程中收縮，外界對(duì)氣團(tuán)做功，故周圍溫度降低解析：由熱力學(xué)第一定律，物體內(nèi)能的變化ΔU與做功W和熱傳遞Q有關(guān)，滿足ΔU＝W＋Q，氣團(tuán)在上升的過(guò)程中氣體不斷膨脹，對(duì)外做功，又由于氣團(tuán)很大，其邊緣與外界的熱傳遞作用可忽略，因而內(nèi)能不斷減小，所以氣團(tuán)的溫度會(huì)很低．答案：C4．用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空(如圖①所示)．現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動(dòng)充滿整個(gè)容器(如圖②所示)，這個(gè)過(guò)程稱為氣體的自由膨脹，下列說(shuō)法正確的是()A．自由膨脹過(guò)程中，氣體分子只做定向運(yùn)動(dòng)B．自由膨脹前后，氣體的壓強(qiáng)不變C．自由膨脹前后，氣體的溫度不變D．容器中的氣體在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，能全部自動(dòng)回到A部分解析：抽去隔板后，氣體繼續(xù)做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)；因容器絕熱，故Q＝0，又因氣體自由膨脹，故W＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝0，則氣體的溫度不變，C正確；由eq\f(pV,T)＝C可知p減小，故B錯(cuò)；氣體在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)自動(dòng)回到A部分，而是做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)．答案：C5．如圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展面“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)．離開(kāi)熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是()A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金自身C．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量答案：D6．如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的，且不漏氣．以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過(guò)程中()A．E甲不變，E乙減小 B．E甲不變，E乙增大C．E甲增大，E乙不變 D．E甲增大，E乙減小解析：接觸面是絕熱面，拉動(dòng)拉桿，對(duì)乙部分氣體來(lái)講，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小，溫度降低；對(duì)甲部分氣體來(lái)講，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加．答案：D7．如果將自行車內(nèi)胎充氣過(guò)足，又放在陽(yáng)光下受到暴曬，車胎極易爆裂．關(guān)于這一現(xiàn)象的描述，下列說(shuō)法正確的是(暴曬過(guò)程中內(nèi)胎容積幾乎不變)()A．車胎爆裂，是車胎內(nèi)氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B．在爆裂前的過(guò)程中，氣體溫度升高，分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇，氣體壓強(qiáng)增大C．在車胎突然爆裂的瞬間，氣體內(nèi)能增加D．在車胎突然爆裂的瞬間，氣體內(nèi)能減少解析：車胎在陽(yáng)光下暴曬，爆裂前，內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)變快，氣體壓強(qiáng)變大，B選項(xiàng)正確．當(dāng)車胎突然爆裂的瞬間，氣體膨脹對(duì)外做功，溫度也會(huì)有所下降，所以氣體內(nèi)能減少，D選項(xiàng)正確．答案：BD8．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過(guò)程A→B、等容過(guò)程B→C、等溫過(guò)程C→A又回到了狀態(tài)A，則()A．A→B過(guò)程氣體降溫B．B→C過(guò)程氣體內(nèi)能增加，可能外界對(duì)氣體做了功C．C→A過(guò)程氣體放熱D．全部過(guò)程氣體做功為零解析：A→B過(guò)程氣體絕熱膨脹，氣體對(duì)外界做功，其對(duì)應(yīng)的內(nèi)能必定減小，即氣體溫度降低，選項(xiàng)A正確；B→C過(guò)程氣體等容升壓，由p/T＝常量可知，氣體溫度升高，其對(duì)應(yīng)內(nèi)能增加，因做功W＝0，即選項(xiàng)B錯(cuò)；C→A過(guò)程氣體等溫壓縮，故內(nèi)能變化為零，但外界對(duì)氣體做功，因此該過(guò)程中氣體放熱，選項(xiàng)C正確；A→B過(guò)程氣體對(duì)外做功，其數(shù)值等于AB線與橫軸包圍的面積．B→C過(guò)程氣體不做功．C→A過(guò)程外界對(duì)氣體做功，其數(shù)值等于CA線與橫軸包圍的面積，顯然全過(guò)程對(duì)氣體做的凈功為ABC封閉曲線包圍的面積，選項(xiàng)D不正確．答案：AC9．下面設(shè)想符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的是()A．利用永久磁鐵間的作用力，造一臺(tái)永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械B．做成一條船，利用流水的能量逆水行舟C．通過(guò)太陽(yáng)照射飛機(jī)，即使飛機(jī)不帶燃料也能飛行D．利用核動(dòng)力，駕駛地球離開(kāi)太陽(yáng)系解析：利用磁場(chǎng)能可以使磁鐵所具有的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，但由于摩擦力的不可避免性，動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使轉(zhuǎn)動(dòng)停止，故A錯(cuò)．讓船先靜止在水中，設(shè)計(jì)一臺(tái)水力發(fā)電機(jī)使船獲得足夠電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為船的動(dòng)能使船逆水航行；同理可利用光能的可轉(zhuǎn)化性和電能的可收集性，使光能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起飛，故B、C可選；設(shè)計(jì)一種利用反沖理論以核動(dòng)力為能源，使地球獲得足夠大的能量，掙脫太陽(yáng)引力的束縛而離開(kāi)太陽(yáng)系，故D可選．答案：BCD10．下面關(guān)于熵的說(shuō)法正確的是()A．熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度的量度B．在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過(guò)程總是向熵減少的方向進(jìn)行C．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵是增加的，因此熱力學(xué)第二定律又叫熵增加原理D．熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序解析：熱力學(xué)第二定律提示：一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的．例如，功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崾菣C(jī)械能或電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過(guò)程，是大量分子的有序運(yùn)動(dòng)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，汽缸內(nèi)燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功燃?xì)夥肿幼鲇行蜻\(yùn)動(dòng)，排出汽缸后做越來(lái)越無(wú)序的運(yùn)動(dòng)．物理學(xué)中用熵來(lái)描述系統(tǒng)大量分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性程度．熱力學(xué)第二定律用熵可表述為：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，也就是說(shuō)，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展．反映了一個(gè)孤立系統(tǒng)的自然過(guò)程會(huì)沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行．綜上所述可知A、C、D說(shuō)法是正確的，只有B說(shuō)法與熱力學(xué)第二定律相悖．答案：ACD二、非選擇題(本題共3小題，共40分)11．(10分)如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m＝100g的金屬塊恰能從一個(gè)長(zhǎng)L＝4m、傾角θ＝30°的斜面的頂端勻速下滑至底端，損失的機(jī)械能有20%被金屬塊吸收，求在下滑過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能及金屬塊升高的溫度．(金屬塊的比熱容為98J/(解析：金屬塊下滑過(guò)程減少的機(jī)械能即為重力勢(shì)能減少量，這部分能由于摩擦生熱而轉(zhuǎn)化成了等量的內(nèi)能，僅有20%被金屬塊吸收．金屬塊共產(chǎn)生的內(nèi)能為ΔE＝ηmg·Lsinθ＝20%×0.1×9.8×4×sin30°J＝0.392J由于Q＝ΔE，Q＝cmΔt則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，是許多人喜愛(ài)的休閑零食，如圖為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱，迅速打開(kāi)容器蓋后，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．設(shè)當(dāng)?shù)販囟葹閠1＝27℃，大氣壓為p0，已知密閉容器打開(kāi)前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p(1)容器內(nèi)的氣體看作理想氣體，求容器內(nèi)氣體的溫度？(2)假定在一次打開(kāi)的過(guò)程中，容器內(nèi)氣體膨脹對(duì)外界做功15kJ，并向外釋放了20kJ的熱量，容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？解析：(1)根據(jù)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)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故內(nèi)能減少35kJ．答案：(1)927℃(2)內(nèi)能減少減少了35kJ13．(15分)如圖所示，為一汽缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量的氣體p-V圖線，當(dāng)該系統(tǒng)從狀態(tài)a沿過(guò)程a→c→b到達(dá)狀態(tài)b時(shí)，有335J的熱量傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)外界做功126J，求：(1)若沿a→d→b過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外做功42J，則有多少熱量傳入系統(tǒng)？(2)若系統(tǒng)由狀態(tài)b沿曲線過(guò)程返回狀態(tài)a時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)做功84J，問(wèn)系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量傳遞是多少？解析：(1)沿a→c