2020版高中物理 第四章 第五章 能源与可持续发展章末检测试卷 教科版选修3-3 8页

第四章 能量守恒与热力学定律 第五章 能源与可持续发展 章末检测试卷 ‎(时间：90分钟　满分：100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)‎ ‎1．(多选)在下列现象中是通过做功使物体内能改变的是(　　)‎ A．用打气筒给自行车打气时，筒壁温度升高 B．在阳光照射下，水的温度升高 C．铁锤锤打铁块，使铁块温度升高 D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉一些 答案　AC ‎2．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图1所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(　　)‎ 图1‎ A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小 答案　A 解析　气体膨胀对外做正功，而缸内气体与外界无热交换，由热力学第一定律知，其内能一定减小，温度降低，故分子的平均动能减小，A正确，B、C、D错误．‎ ‎3．(多选)如图2所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是(　　)‎ 8‎ 图2‎ A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 答案　ABD 解析　因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功．根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，E错误．‎ ‎4．柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能．燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能．是否节能，是衡量机器性能好坏的重要指标，有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只是将手伸到柴油机排气管附近，去感知一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是(　　)‎ A．尾气的温度越高，柴油机越节能 B．尾气的温度越低，柴油机越节能 C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关 D．以上说法均不正确 答案　B 解析　气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源．根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低．‎ ‎5．一木块沿斜面向下滑，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 8‎ D．若斜面粗糙，木块的机械能减小，而它的内能将增大 答案　D 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，故木块的机械能减小，由能量守恒定律知它的内能将增大，故D正确．‎ ‎6．如图3所示，是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p－图线，则在此过程中(　　)‎ 图3‎ A．气体的内能改变 B．气体的体积增大 C．气体向外界放热 D．气体对外界做功 答案　C 解析　由题图可以看出，图线延长线过原点，所以A→B→C的变化过程为等温变化，内能不变．因为在此过程中，气体体积是变小的，所以，外界对气体做功，又因为气体内能不变，由热力学第一定律可知，气体向外界放热．‎ ‎7．景颇族的祖先发明的点火器如图4所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)‎ 图4‎ A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 答案　B 解析　外界对气体做正功，其内能增加，温度升高，分子热运动加剧，体积变小，单位体积内分子的密集程度增加，故其压强变大．正确选项为B.‎ ‎8．(多选)电冰箱的制冷设备是用机械的方式制造人工低温的装置，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，实现制冷作用，那么下列说法中正确的是(　　)‎ A．打开冰箱门让压缩机一直工作，可使室内温度逐渐降低 B．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量 8‎ C．在电冰箱的外管道中，制冷剂被剧烈压缩放出热量 D．电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律 答案　BC 解析　电冰箱工作过程中，消耗电能的同时将部分电能转化为内能，故室内温度不可能降低，选项A错误；制冷剂在内管道膨胀吸热，在外管道被压缩放热，选项B、C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律，选项D错误．‎ ‎9．如图5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(　　)‎ 图5‎ 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 答案　D 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ΔU＝W＋Q，由以上可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，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．‎ ‎10．(多选)如图6所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左、右两边气体温度相等．现给电热丝提供一较弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　)‎ 图6‎ A．右边气体温度升高，左边气体温度不变 B．左、右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 答案　BC 8‎ 解析　当电热丝通电后，右边气体温度升高气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，左边气体内能增加，气体的温度升高，压强增大，选项B、C正确，A错误．右边气体内能的增加量为电热丝放出的热量减去对左边的气体所做的功，选项D错误．‎ ‎11．(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图像如图7所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是(　　)‎ 图7‎ A．气体在a、c两状态的体积相等 B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 答案　ABE 解析　由理想气体状态方程＝C得，p＝T，由题图可知，Va＝Vc，选项A正确；理想气体的内能只由温度决定，而Ta>Tc，故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，选项B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变，内能不变，则Q＝－W，选项C错误；da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.设过程bc中压强为p0＝pb＝pc，过程da中压强为p0′＝pd＝pa.由外界对气体做功W＝p·ΔV知，过程bc中外界对气体做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，过程da中气体对外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，选项E正确．‎ ‎12．关于热力学第二定律，下列表述正确的是(　　)‎ A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体 B．不可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做有用功 C．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 D．在任何的自然过程中，一个孤立系统的总熵一定增加 答案　C 解析　如果有外界的帮助，可以使热量从低温物体传递到高温物体，也可以把热量全部用来做有用功，A、B错误；任何自然的过程都沿无序性增大的方向进行，C正确；在任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小，即总熵不变或增加，D错误．‎ 8‎ 二、填空题(本题共2小题，共10分)‎ ‎13．(5分)在将空气(可看成理想气体)压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气__________(填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.‎ 答案　5　放出　29‎ 解析　理想气体的内能仅与温度有关，故将空气压缩装入气瓶的过程中并不改变空气的内能，只有潜入海底过程才改变内能，所以两个过程中，空气的内能共减小5kJ，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＝－29kJ，故空气放出的总热量为29kJ.‎ ‎14．(5分)在空气中，空气团竖直运动经过各气层的时间很短，因此，运动过程中空气团与周围空气热量交换极少，可看作绝热过程．潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云雨，到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温，气象上称这股干热的气流为焚风．‎ 空气团在山的迎风坡上升时温度降低，原因是空气团________(选填“对外放热”或“对外做功”)；设空气团的内能U与温度T满足U＝CT(C为一常数)，空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做的功为W，则此过程中空气团升高的温度ΔT＝________.‎ 答案　对外做功　 解析　空气团在山的迎风坡上升时温度降低，空气团内能减小，又绝热，根据热力学第一定律可知空气团对外做功；‎ 根据U＝CT得：ΔU＝CΔT①‎ 根据热力学第一定律得：ΔU＝W＋Q②‎ Q＝0③‎ 联立①②③解得ΔT＝.‎ 三、计算题(本题共4小题，共42分)‎ ‎15．(10分)汽缸内封闭了一定质量、压强为p＝1.0×105Pa、体积为V＝‎2.0m3‎的理想气体，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝‎1.0m3‎，此过程气体向外界释放了Q＝1.2×105J的热量，则：‎ ‎(1)压缩过程外界对气体做了多少功？‎ ‎(2)气体内能变化了多少？‎ 答案　(1)1.0×105J　(2)减少了2×104J 解析　(1)外界对气体做功 W＝FS＝pS·Δh＝p·ΔV 解得W＝1.0×105J ‎(2)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量 8‎ ΔU＝Q＋W＝－1.2×105J＋1.0×105J＝－2×104J.‎ ‎16．(10分)如图8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的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞固定在汽缸正中央，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：‎ 图8‎ ‎(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？‎ 答案　(1)　(2)减少了Mv2＋p0SL 解析　(1)设大气作用在活塞上的压力为F，则 F＝p0S 则此过程大气压力所做的功W＝－F·＝－ 故此过程克服大气压力所做的功为 ‎(2)设活塞离开汽缸时动能为Ek，则Ek＝ 根据能量守恒定律得：缸内气体内能改变 ΔU＝－－ 即内能减少了Mv2＋p0SL.‎ ‎17．(10分)如图9所示为一汽缸内封闭的一定质量气体的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热量传入系统，系统对外界做功126J．求：‎ 图9‎ ‎(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沿曲线返回状态a的过程中，外界对系统做功84J，则系统是吸热还是放热？传递的热量是多少？‎ 答案　(1)251J　(2)放热　293J 8‎ 解析　(1)由热力学第一定律可得a→c→b过程系统增加的内能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335) J＝209J，由a→d→b过程有ΔU＝W′＋Q′‎ 得Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251J，为正，即有251J的热量传入系统．‎ ‎(2)由题意知系统由b→a过程内能的增量 ΔU′＝－ΔU＝－209J 根据热力学第一定律有Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84) J＝－293J 负号说明系统放出热量，传递的热量为293J.‎ ‎18．(12分)某压力锅结构如图10所示．盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热．‎ 图10‎ ‎(1)假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1J，并向外界释放了2J的热量．锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？‎ ‎(2)已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p＝p0(1－αH)，其中常数α>0.结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同．‎ 答案　(1)减少　3J(2)温度随着海拔高度的增加而降低．‎ 解析　(1)根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，气体对外做功，W＝－1J；气体向外放热，热量为负，Q＝－2J.‎ 则有：ΔU＝W＋Q＝－3J，负号表示内能减少．‎ 锅内原有气体内能减少，减少了3J.‎ ‎(2)由p＝p0(1－αH)(其中α>0)，随着海拔高度的增加，大气压强减小；‎ 锅内气体压强p1＝p＋＝p0(1－αH)＋，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小；‎ 根据查理定律＝＝C可知，阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．‎ 8‎