2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 第五章 能源與可持續(xù)發(fā)展章末檢測試卷 教科版選修3-3.doc

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第四章 能量守恒與熱力學定律 第五章 能源與可持續(xù)發(fā)展 章末檢測試卷 (時間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分．在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．(多選)在下列現象中是通過做功使物體內能改變的是(　　) A．用打氣筒給自行車打氣時，筒壁溫度升高 B．在陽光照射下，水的溫度升高 C．鐵錘錘打鐵塊，使鐵塊溫度升高 D．夏天在室內放幾塊冰，室內會變涼一些 答案　AC 2．某汽車后備箱內安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成．開箱時，密閉于汽缸內的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖1所示．在此過程中，若缸內氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內氣體(　　) 圖1 A．對外做正功，分子的平均動能減小 B．對外做正功，內能增大 C．對外做負功，分子的平均動能增大 D．對外做負功，內能減小 答案　A 解析　氣體膨脹對外做正功，而缸內氣體與外界無熱交換，由熱力學第一定律知，其內能一定減小，溫度降低，故分子的平均動能減小，A正確，B、C、D錯誤． 3．(多選)如圖2所示，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空．現將隔板抽開，氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸．待氣體達到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積．假設整個系統不漏氣．下列說法正確的是(　　) 圖2 A．氣體自發(fā)擴散前后內能相同 B．氣體在被壓縮的過程中內能增大 C．在自發(fā)擴散過程中，氣體對外界做功 D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功 E．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變 答案　ABD 解析　因為汽缸、活塞都是絕熱的，隔板右側是真空，所以理想氣體在自發(fā)擴散的過程中，既不吸熱也不放熱，也不對外界做功．根據熱力學第一定律可知，氣體自發(fā)擴散前后，內能不變，選項A正確，選項C錯誤；氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功，氣體內能增大，又因為一定質量的理想氣體的內能只與溫度有關，所以氣體溫度升高，分子平均動能增大，選項B、D正確，E錯誤． 4．柴油機使柴油燃料在它的汽缸中燃燒，產生高溫高壓的氣體，燃料的化學能轉化為氣體的內能，高溫高壓的氣體推動活塞做功，氣體的內能又轉化為柴油機的機械能．燃燒相同的燃料，輸出的機械能越多，表明柴油機越節(jié)能．是否節(jié)能，是衡量機器性能好壞的重要指標，有經驗的柴油機維修師傅，不用任何儀器，只是將手伸到柴油機排氣管附近，去感知一下尾氣的溫度，就能夠判斷出這臺柴油機是否節(jié)能，關于尾氣的溫度跟柴油機是否節(jié)能之間的關系，你認為正確的是(　　) A．尾氣的溫度越高，柴油機越節(jié)能 B．尾氣的溫度越低，柴油機越節(jié)能 C．尾氣的溫度高低與柴油機是否節(jié)能無關 D．以上說法均不正確 答案　B 解析　氣體的內能不可能完全轉化為柴油機的機械能，柴油機使柴油燃料在它的汽缸中燃燒，產生高溫高壓的氣體，是一個高溫熱源；而柴油機排氣管排出的尾氣是一個低溫熱源．根據能量守恒，這兩個熱源之間的能量差就是轉換的機械能，燃燒相同的燃料，要想輸出的機械能越多，尾氣的溫度就要越低． 5．一木塊沿斜面向下滑，下列說法正確的是(　　) A．不管斜面是否光滑，下滑過程中重力對木塊做了功，它的內能將增大 B．若斜面光滑且不計空氣阻力，木塊滑到斜面底部時，速度增大，內能也將增大 C．若斜面粗糙，木塊在重力作用下雖速度增大，但它的內能并不改變 D．若斜面粗糙，木塊的機械能減小，而它的內能將增大 答案　D 解析　斜面光滑且不計空氣阻力時，木塊下滑過程中機械能守恒，內能不變；斜面粗糙，木塊下滑時要克服摩擦力做功，故木塊的機械能減小，由能量守恒定律知它的內能將增大，故D正確． 6．如圖3所示，是一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經B至C的p－圖線，則在此過程中(　　) 圖3 A．氣體的內能改變 B．氣體的體積增大 C．氣體向外界放熱 D．氣體對外界做功 答案　C 解析　由題圖可以看出，圖線延長線過原點，所以A→B→C的變化過程為等溫變化，內能不變．因為在此過程中，氣體體積是變小的，所以，外界對氣體做功，又因為氣體內能不變，由熱力學第一定律可知，氣體向外界放熱． 7．景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖4所示，用牛角做套筒，木質推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃．對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中(　　) 圖4 A．氣體溫度升高，壓強不變 B．氣體溫度升高，壓強變大 C．氣體對外界做正功，氣體內能增加 D．外界對氣體做正功，氣體內能減少 答案　B 解析　外界對氣體做正功，其內能增加，溫度升高，分子熱運動加劇，體積變小，單位體積內分子的密集程度增加，故其壓強變大．正確選項為B. 8．(多選)電冰箱的制冷設備是用機械的方式制造人工低溫的裝置，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán)，實現制冷作用，那么下列說法中正確的是(　　) A．打開冰箱門讓壓縮機一直工作，可使室內溫度逐漸降低 B．在電冰箱的內管道中，制冷劑迅速膨脹并吸收熱量 C．在電冰箱的外管道中，制冷劑被劇烈壓縮放出熱量 D．電冰箱的工作原理違背了熱力學第二定律 答案　BC 解析　電冰箱工作過程中，消耗電能的同時將部分電能轉化為內能，故室內溫度不可能降低，選項A錯誤；制冷劑在內管道膨脹吸熱，在外管道被壓縮放熱，選項B、C正確；電冰箱的工作原理并不違背熱力學第二定律，選項D錯誤． 9．如圖5所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個系統與外界沒有熱交換．打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則(　　) 圖5 A．氣體體積膨脹，內能增加 B．氣體分子勢能減少，內能增加 C．氣體分子勢能增加，壓強可能不變 D．Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中 答案　D 解析　氣體的膨脹過程沒有熱交換，可以判斷Q＝0；由于容器Q內為真空，所以氣體是自由膨脹，雖然體積變大，但是氣體并不對外做功，即W＝0；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，由以上可以判斷該過程ΔU＝0，即氣體的內能不變，顯然選項A、B錯誤．由于氣體分子間的作用力表現為引力，所以氣體體積變大時分子引力做負功，分子勢能增加，由此進一步推斷分子動能減小，溫度降低；體積變大、溫度降低，則氣體壓強變小，所以選項C錯誤．宏觀中的熱現象都是不可逆的，所以D正確． 10．(多選)如圖6所示，水平放置的密封汽缸內的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內無摩擦滑動，右側氣體內有一電熱絲．汽缸壁和隔板均絕熱．初始時隔板靜止，左、右兩邊氣體溫度相等．現給電熱絲提供一較弱電流，通電一段時間后切斷電源．當缸內氣體再次達到平衡時，與初始狀態(tài)相比(　　) 圖6 A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變 B．左、右兩邊氣體溫度都升高 C．左邊氣體壓強增大 D．右邊氣體內能的增加量等于電熱絲放出的熱量 答案　BC 解析　當電熱絲通電后，右邊氣體溫度升高氣體膨脹，將隔板向左推，對左邊的氣體做功，根據熱力學第一定律，左邊氣體內能增加，氣體的溫度升高，壓強增大，選項B、C正確，A錯誤．右邊氣體內能的增加量為電熱絲放出的熱量減去對左邊的氣體所做的功，選項D錯誤． 11．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖7所示，其中對角線ac的延長線過原點O.下列判斷正確的是(　　) 圖7 A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B．氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能 C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功 答案　ABE 解析　由理想氣體狀態(tài)方程＝C得，p＝T，由題圖可知，Va＝Vc，選項A正確；理想氣體的內能只由溫度決定，而Ta>Tc，故氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能，選項B正確；由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知，cd過程溫度不變，內能不變，則Q＝－W，選項C錯誤；da過程溫度升高，即內能增大，則吸收的熱量大于氣體對外界做的功，選項D錯誤；由理想氣體狀態(tài)方程知：＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.設過程bc中壓強為p0＝pb＝pc，過程da中壓強為p0′＝pd＝pa.由外界對氣體做功W＝pΔV知，過程bc中外界對氣體做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，過程da中氣體對外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，選項E正確． 12．關于熱力學第二定律，下列表述正確的是(　　) A．不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體 B．不可能從單一熱源吸取熱量并把它全部用來做有用功 C．一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行 D．在任何的自然過程中，一個孤立系統的總熵一定增加 答案　C 解析　如果有外界的幫助，可以使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，也可以把熱量全部用來做有用功，A、B錯誤；任何自然的過程都沿無序性增大的方向進行，C正確；在任何自然過程中一個孤立系統的總熵不會減小，即總熵不變或增加，D錯誤． 二、填空題(本題共2小題，共10分) 13．(5分)在將空氣(可看成理想氣體)壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功．現潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中，瓶中空氣的質量保持不變，且放出了5kJ的熱量．在上述兩個過程中，空氣的內能共減小________kJ，空氣__________(填“吸收”或“放出”)的總熱量為________kJ. 答案　5　放出　29 解析　理想氣體的內能僅與溫度有關，故將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中并不改變空氣的內能，只有潛入海底過程才改變內能，所以兩個過程中，空氣的內能共減小5kJ，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＝－29kJ，故空氣放出的總熱量為29kJ. 14．(5分)在空氣中，空氣團豎直運動經過各氣層的時間很短，因此，運動過程中空氣團與周圍空氣熱量交換極少，可看作絕熱過程．潮濕空氣團在山的迎風坡上升時，水汽凝結成云雨，到山頂后變得干燥，然后沿著背風坡下降時升溫，氣象上稱這股干熱的氣流為焚風． 空氣團在山的迎風坡上升時溫度降低，原因是空氣團________(選填“對外放熱”或“對外做功”)；設空氣團的內能U與溫度T滿足U＝CT(C為一常數)，空氣團沿著背風坡下降過程中，外界對空氣團做的功為W，則此過程中空氣團升高的溫度ΔT＝________. 答案　對外做功　 解析　空氣團在山的迎風坡上升時溫度降低，空氣團內能減小，又絕熱，根據熱力學第一定律可知空氣團對外做功； 根據U＝CT得：ΔU＝CΔT① 根據熱力學第一定律得：ΔU＝W＋Q② Q＝0③ 聯立①②③解得ΔT＝. 三、計算題(本題共4小題，共42分) 15．(10分)汽缸內封閉了一定質量、壓強為p＝1.0105Pa、體積為V＝2.0m3的理想氣體，現使氣體保持壓強不變，體積緩慢壓縮至V′＝1.0m3，此過程氣體向外界釋放了Q＝1.2105J的熱量，則： (1)壓縮過程外界對氣體做了多少功？ (2)氣體內能變化了多少？ 答案　(1)1.0105J　(2)減少了2104J 解析　(1)外界對氣體做功 W＝FS＝pSΔh＝pΔV 解得W＝1.0105J (2)由熱力學第一定律得，汽缸內氣體內能的變化量 ΔU＝Q＋W＝－1.2105J＋1.0105J＝－2104J. 16．(10分)如圖8所示，一長為L、內橫截面積為S的絕熱汽缸固定在水平地面上，汽缸內用一質量為M的絕熱活塞封閉了一定質量的理想氣體，開始時活塞固定在汽缸正中央，汽缸內被封閉氣體壓強為p，外界大氣壓為p0(p＞p0)．現釋放活塞，測得活塞被缸內氣體推到缸口時的速度為v.求： 圖8 (1)此過程克服大氣壓力所做的功． (2)活塞從釋放到將要離開缸口，缸內氣體內能改變了多少？ 答案　(1)　(2)減少了Mv2＋p0SL 解析　(1)設大氣作用在活塞上的壓力為F，則 F＝p0S 則此過程大氣壓力所做的功W＝－F＝－ 故此過程克服大氣壓力所做的功為 (2)設活塞離開汽缸時動能為Ek，則Ek＝ 根據能量守恒定律得：缸內氣體內能改變 ΔU＝－－ 即內能減少了Mv2＋p0SL. 17．(10分)如圖9所示為一汽缸內封閉的一定質量氣體的p－V圖線，當該系統從狀態(tài)a沿過程a→c→b到達狀態(tài)b時，有335J熱量傳入系統，系統對外界做功126J．求： 圖9 (1)若沿a→d→b過程，系統對外做功42J，則有多少熱量傳入系統？ (2)若系統由狀態(tài)b沿曲線返回狀態(tài)a的過程中，外界對系統做功84J，則系統是吸熱還是放熱？傳遞的熱量是多少？ 答案　(1)251J　(2)放熱　293J 解析　(1)由熱力學第一定律可得a→c→b過程系統增加的內能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335) J＝209J，由a→d→b過程有ΔU＝W′＋Q′ 得Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251J，為正，即有251J的熱量傳入系統． (2)由題意知系統由b→a過程內能的增量 ΔU′＝－ΔU＝－209J 根據熱力學第一定律有Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84) J＝－293J 負號說明系統放出熱量，傳遞的熱量為293J. 18．(12分)某壓力鍋結構如圖10所示．蓋好密封鍋蓋，將壓力閥套在出氣孔上，給壓力鍋加熱，當鍋內氣體壓強達到一定值時，氣體就把壓力閥頂起．假定在壓力閥被頂起時，停止加熱． 圖10 (1)假定在一次放氣過程中，鍋內氣體對壓力閥及外界做功1J，并向外界釋放了2J的熱量．鍋內原有氣體的內能如何變化？變化了多少？ (2)已知大氣壓強p隨海拔高度H的變化滿足p＝p0(1－αH)，其中常數α>0.結合氣體實驗定律定性分析在不同的海拔高度使用壓力鍋，當壓力閥被頂起時鍋內氣體的溫度有何不同． 答案　(1)減少　3J(2)溫度隨著海拔高度的增加而降低． 解析　(1)根據熱力學第一定律：ΔU＝W＋Q，氣體對外做功，W＝－1J；氣體向外放熱，熱量為負，Q＝－2J. 則有：ΔU＝W＋Q＝－3J，負號表示內能減少． 鍋內原有氣體內能減少，減少了3J. (2)由p＝p0(1－αH)(其中α>0)，隨著海拔高度的增加，大氣壓強減??； 鍋內氣體壓強p1＝p＋＝p0(1－αH)＋，隨著海拔高度的增加，閥門被頂起時鍋內氣體壓強減小； 根據查理定律＝＝C可知，閥門被頂起時鍋內氣體溫度隨著海拔高度的增加而降低．