2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學(xué)定律 第五章 能源與可持續(xù)發(fā)展章末檢測(cè)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(xué)定律 第五章 能源與可持續(xù)發(fā)展 章末檢測(cè)試卷 (時(shí)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(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分) 1．(多選)在下列現(xiàn)象中是通過(guò)做功使物體內(nèi)能改變的是(　　) A．用打氣筒給自行車打氣時(shí)，筒壁溫度升高 B．在陽(yáng)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(nèi)放幾塊冰，室內(nèi)會(huì)變涼一些 答案　AC 2．某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成．開(kāi)箱時(shí)，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖1所示．在此過(guò)程中，若缸內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體(　　) 圖1 A．對(duì)外做正功，分子的平均動(dòng)能減小 B．對(duì)外做正功，內(nèi)能增大 C．對(duì)外做負(fù)功，分子的平均動(dòng)能增大 D．對(duì)外做負(fù)功，內(nèi)能減小 答案　A 解析　氣體膨脹對(duì)外做正功，而缸內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，由熱力學(xué)第一定律知，其內(nèi)能一定減小，溫度降低，故分子的平均動(dòng)能減小，A正確，B、C、D錯(cuò)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(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空．現(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸．待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積．假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣．下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2 A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大 C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功 E．氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變 答案　ABD 解析　因?yàn)槠?、活塞都是絕熱的，隔板右側(cè)是真空，所以理想氣體在自發(fā)擴(kuò)散的過(guò)程中，既不吸熱也不放熱，也不對(duì)外界做功．根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體自發(fā)擴(kuò)散前后，內(nèi)能不變，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氣體被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大，又因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以氣體溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，選項(xiàng)B、D正確，E錯(cuò)誤． 4．柴油機(jī)使柴油燃料在它的汽缸中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞做功，氣體的內(nèi)能又轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的機(jī)械能．燃燒相同的燃料，輸出的機(jī)械能越多，表明柴油機(jī)越節(jié)能．是否節(jié)能，是衡量機(jī)器性能好壞的重要指標(biāo)，有經(jīng)驗(yàn)的柴油機(jī)維修師傅，不用任何儀器，只是將手伸到柴油機(jī)排氣管附近，去感知一下尾氣的溫度，就能夠判斷出這臺(tái)柴油機(jī)是否節(jié)能，關(guān)于尾氣的溫度跟柴油機(jī)是否節(jié)能之間的關(guān)系，你認(rèn)為正確的是(　　) A．尾氣的溫度越高，柴油機(jī)越節(jié)能 B．尾氣的溫度越低，柴油機(jī)越節(jié)能 C．尾氣的溫度高低與柴油機(jī)是否節(jié)能無(wú)關(guān) D．以上說(shuō)法均不正確 答案　B 解析　氣體的內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的機(jī)械能，柴油機(jī)使柴油燃料在它的汽缸中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，是一個(gè)高溫?zé)嵩?；而柴油機(jī)排氣管排出的尾氣是一個(gè)低溫?zé)嵩矗鶕?jù)能量守恒，這兩個(gè)熱源之間的能量差就是轉(zhuǎn)換的機(jī)械能，燃燒相同的燃料，要想輸出的機(jī)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(shuō)法正確的是(　　) A．不管斜面是否光滑，下滑過(guò)程中重力對(duì)木塊做了功，它的內(nèi)能將增大 B．若斜面光滑且不計(jì)空氣阻力，木塊滑到斜面底部時(shí)，速度增大，內(nèi)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(nèi)能并不改變 D．若斜面粗糙，木塊的機(jī)械能減小，而它的內(nèi)能將增大 答案　D 解析　斜面光滑且不計(jì)空氣阻力時(shí)，木塊下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒，內(nèi)能不變；斜面粗糙，木塊下滑時(shí)要克服摩擦力做功，故木塊的機(jī)械能減小，由能量守恒定律知它的內(nèi)能將增大，故D正確． 6．如圖3所示，是一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)B至C的p－圖線，則在此過(guò)程中(　　) 圖3 A．氣體的內(nèi)能改變 B．氣體的體積增大 C．氣體向外界放熱 D．氣體對(duì)外界做功 答案　C 解析　由題圖可以看出，圖線延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，所以A→B→C的變化過(guò)程為等溫變化，內(nèi)能不變．因?yàn)樵诖诉^(guò)程中，氣體體積是變小的，所以，外界對(duì)氣體做功，又因?yàn)闅怏w內(nèi)能不變，由熱力學(xué)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(diǎn)火器如圖4所示，用牛角做套筒，木質(zhì)推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃．對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過(guò)程中(　　) 圖4 A．氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變 B．氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大 C．氣體對(duì)外界做正功，氣體內(nèi)能增加 D．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少 答案　B 解析　外界對(duì)氣體做正功，其內(nèi)能增加，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，體積變小，單位體積內(nèi)分子的密集程度增加，故其壓強(qiáng)變大．正確選項(xiàng)為B. 8．(多選)電冰箱的制冷設(shè)備是用機(jī)械的方式制造人工低溫的裝置，壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)制冷作用，那么下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．打開(kāi)冰箱門讓壓縮機(jī)一直工作，可使室內(nèi)溫度逐漸降低 B．在電冰箱的內(nèi)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(xué)第二定律 答案　BC 解析　電冰箱工作過(guò)程中，消耗電能的同時(shí)將部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故室內(nèi)溫度不可能降低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；制冷劑在內(nèi)管道膨脹吸熱，在外管道被壓縮放熱，選項(xiàng)B、C正確；電冰箱的工作原理并不違背熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 9．如圖5所示，兩個(gè)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(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換．打開(kāi)閥門K后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則(　　) 圖5 A．氣體體積膨脹，內(nèi)能增加 B．氣體分子勢(shì)能減少，內(nèi)能增加 C．氣體分子勢(shì)能增加，壓強(qiáng)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(guò)程沒(méi)有熱交換，可以判斷Q＝0；由于容器Q內(nèi)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(duì)外做功，即W＝0；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，由以上可以判斷該過(guò)程ΔU＝0，即氣體的內(nèi)能不變，顯然選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．由于氣體分子間的作用力表現(xiàn)為引力，所以氣體體積變大時(shí)分子引力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，由此進(jìn)一步推斷分子動(dòng)能減小，溫度降低；體積變大、溫度降低，則氣體壓強(qiáng)變小，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤．宏觀中的熱現(xiàn)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(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲．汽缸壁和隔板均絕熱．初始時(shí)隔板靜止，左、右兩邊氣體溫度相等．現(xiàn)給電熱絲提供一較弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源．當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，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(qiáng)增大 D．右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量 答案　BC 解析　當(dāng)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(duì)左邊的氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，左邊氣體內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，壓強(qiáng)增大，選項(xiàng)B、C正確，A錯(cuò)誤．右邊氣體內(nèi)能的增加量為電熱絲放出的熱量減去對(duì)左邊的氣體所做的功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 11．(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷等溫或等壓過(guò)程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖7所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)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(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能 C．在過(guò)程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功 D．在過(guò)程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功 E．在過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過(guò)程da中氣體對(duì)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(xiàng)A正確；理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定，而Ta>Tc，故氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，選項(xiàng)B正確；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知，cd過(guò)程溫度不變，內(nèi)能不變，則Q＝－W，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；da過(guò)程溫度升高，即內(nèi)能增大，則吸收的熱量大于氣體對(duì)外界做的功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由理想氣體狀態(tài)方程知：＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.設(shè)過(guò)程bc中壓強(qiáng)為p0＝pb＝pc，過(guò)程da中壓強(qiáng)為p0′＝pd＝pa.由外界對(duì)氣體做功W＝pΔV知，過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，選項(xiàng)E正確． 12．關(guān)于熱力學(xué)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(lái)做有用功 C．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 D．在任何的自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)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(lái)做有用功，A、B錯(cuò)誤；任何自然的過(guò)程都沿?zé)o序性增大的方向進(jìn)行，C正確；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，即總熵不變或增加，D錯(cuò)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(guò)程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功．現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過(guò)程中，瓶中空氣的質(zhì)量保持不變，且放出了5kJ的熱量．在上述兩個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能共減小________kJ，空氣__________(填“吸收”或“放出”)的總熱量為_(kāi)_______kJ. 答案　5　放出　29 解析　理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，故將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中并不改變空氣的內(nèi)能，只有潛入海底過(guò)程才改變內(nèi)能，所以兩個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能共減小5kJ，由熱力學(xué)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(tuán)豎直運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)各氣層的時(shí)間很短，因此，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣團(tuán)與周圍空氣熱量交換極少，可看作絕熱過(guò)程．潮濕空氣團(tuán)在山的迎風(fēng)坡上升時(shí)，水汽凝結(jié)成云雨，到山頂后變得干燥，然后沿著背風(fēng)坡下降時(shí)升溫，氣象上稱這股干熱的氣流為焚風(fēng)． 空氣團(tuán)在山的迎風(fēng)坡上升時(shí)溫度降低，原因是空氣團(tuán)________(選填“對(duì)外放熱”或“對(duì)外做功”)；設(shè)空氣團(tuán)的內(nèi)能U與溫度T滿足U＝CT(C為一常數(shù))，空氣團(tuán)沿著背風(fēng)坡下降過(guò)程中，外界對(duì)空氣團(tuán)做的功為W，則此過(guò)程中空氣團(tuán)升高的溫度ΔT＝________. 答案　對(duì)外做功　 解析　空氣團(tuán)在山的迎風(fēng)坡上升時(shí)溫度降低，空氣團(tuán)內(nèi)能減小，又絕熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知空氣團(tuán)對(duì)外做功； 根據(jù)U＝CT得：ΔU＝CΔT① 根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：ΔU＝W＋Q② Q＝0③ 聯(lián)立①②③解得ΔT＝. 三、計(jì)算題(本題共4小題，共42分) 15．(10分)汽缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量、壓強(qiáng)為p＝1.0105Pa、體積為V＝2.0m3的理想氣體，現(xiàn)使氣體保持壓強(qiáng)不變，體積緩慢壓縮至V′＝1.0m3，此過(guò)程氣體向外界釋放了Q＝1.2105J的熱量，則： (1)壓縮過(guò)程外界對(duì)氣體做了多少功？ (2)氣體內(nèi)能變化了多少？ 答案　(1)1.0105J　(2)減少了2104J 解析　(1)外界對(duì)氣體做功 W＝FS＝pSΔh＝pΔV 解得W＝1.0105J (2)由熱力學(xué)第一定律得，汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量 ΔU＝Q＋W＝－1.2105J＋1.0105J＝－2104J. 16．(10分)如圖8所示，一長(zhǎng)為L(zhǎng)、內(nèi)橫截面積為S的絕熱汽缸固定在水平地面上，汽缸內(nèi)用一質(zhì)量為M的絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，開(kāi)始時(shí)活塞固定在汽缸正中央，汽缸內(nèi)被封閉氣體壓強(qiáng)為p，外界大氣壓為p0(p＞p0)．現(xiàn)釋放活塞，測(cè)得活塞被缸內(nèi)氣體推到缸口時(shí)的速度為v.求： 圖8 (1)此過(guò)程克服大氣壓力所做的功． (2)活塞從釋放到將要離開(kāi)缸口，缸內(nèi)氣體內(nèi)能改變了多少？ 答案　(1)　(2)減少了Mv2＋p0SL 解析　(1)設(shè)大氣作用在活塞上的壓力為F，則 F＝p0S 則此過(guò)程大氣壓力所做的功W＝－F＝－ 故此過(guò)程克服大氣壓力所做的功為 (2)設(shè)活塞離開(kāi)汽缸時(shí)動(dòng)能為Ek，則Ek＝ 根據(jù)能量守恒定律得：缸內(nèi)氣體內(nèi)能改變 ΔU＝－－ 即內(nèi)能減少了Mv2＋p0SL. 17．(10分)如圖9所示為一汽缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量氣體的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熱量傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)外界做功126J．求： 圖9 (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沿曲線返回狀態(tài)a的過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功84J，則系統(tǒng)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(xué)第一定律可得a→c→b過(guò)程系統(tǒng)增加的內(nèi)能ΔU＝W＋Q＝(－126＋335) J＝209J，由a→d→b過(guò)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(tǒng)． (2)由題意知系統(tǒng)由b→a過(guò)程內(nèi)能的增量 ΔU′＝－ΔU＝－209J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有Q″＝ΔU′－W″＝(－209－84) J＝－293J 負(fù)號(hào)說(shuō)明系統(tǒng)放出熱量，傳遞的熱量為293J. 18．(12分)某壓力鍋結(jié)構(gòu)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(dāng)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，氣體就把壓力閥頂起．假定在壓力閥被頂起時(shí)，停止加熱． 圖10 (1)假定在一次放氣過(guò)程中，鍋內(nèi)氣體對(duì)壓力閥及外界做功1J，并向外界釋放了2J的熱量．鍋內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？ (2)已知大氣壓強(qiáng)p隨海拔高度H的變化滿足p＝p0(1－αH)，其中常數(shù)α>0.結(jié)合氣體實(shí)驗(yàn)定律定性分析在不同的海拔高度使用壓力鍋，當(dāng)壓力閥被頂起時(shí)鍋內(nèi)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(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q，氣體對(duì)外做功，W＝－1J；氣體向外放熱，熱量為負(fù)，Q＝－2J. 則有：ΔU＝W＋Q＝－3J，負(fù)號(hào)表示內(nèi)能減少． 鍋內(nèi)原有氣體內(nèi)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(qiáng)減小； 鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)p1＝p＋＝p0(1－αH)＋，隨著海拔高度的增加，閥門被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)減??； 根據(jù)查理定律＝＝C可知，閥門被頂起時(shí)鍋內(nèi)氣體溫度隨著海拔高度的增加而降低．