新教材2023_2024学年高中物理第3章热力学定律测评新人教版选择性必修第三册

第三章测评

一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1.一定质量的理想气体,在温度升高的过程中(　　)

A.气体的内能一定不变

B.外界一定对气体做功

C.气体一定从外界吸收热量

D.气体分子的平均动能一定增大

2.下述改变物体内能的方法属于做功的是(　　)

A.冷的物体接触热的物体后变热

B.物体在火炉旁被烤热

C.电流通过灯丝使灯丝发热

D.热的物体放在通风处凉下来

3.(2023河北衡水高二模拟)利用钨锅炼铁的场景如图所示。若铁的质量大于钨锅的质量,起始时铁的温度比钨锅的温度低,当它们接触在一起时,忽略它们和外界交换的能量,下列说法正确的是(　　)

A.达到热平衡时,钨锅的温度比铁的低

B.热传递的过程中,铁块从钨锅吸收热量

C.达到热平衡时,钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量

D.达到热平衡时,由于铁的质量大于钨锅的质量,钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量

4.消杀喷药装置如图所示,内部装有2 L药液,上部密封压强为1×105 Pa的空气0.5 L,保持阀门关闭,再充入压强为1×105 Pa的空气0.1 L。假设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变,外部大气压强为1×105 Pa,下列说法正确的是(　　)

A.充气后,密封气体压强变为1.1×105 Pa

B.充气后,密封气体的分子平均动能增加

C.打开阀门后,密封气体对外界做正功

D.打开阀门后,密封气体向外界放热

5.如图所示,一定量的理想气体从状态a开始,经历两个状态变化过程,先后到达状态b和c。下列说法正确的是(　　)

A.在a→b过程中气体对外界做功

B.在b→c过程中气体对外界做功

C.在a→b过程中气体的内能逐渐变大

D.在b→c过程中气体的内能逐渐变小

6.如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮,上浮过程中,小瓶内气体(　　)

A.内能减少

B.对外界做正功

C.增加的内能大于吸收的热量

D.增加的内能等于吸收的热量

7.气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置,其原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K,A中充满空气,B内为真空。航天员由太空返回B时,将B封闭,打开阀门K,A中的气体进入B中,最终达到平衡。假设此过程中系统温度保持不变,舱内气体可视为理想气体,不考虑航天员的影响,则此过程中(　　)

A.气体膨胀做功,内能减小

B.气体从外界吸收热量

C.气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少

D.一段时间后,A内气体的密度可以自发地恢复到原来的密度

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.(2023山东烟台高二期中)关于能量和能源,下列说法正确的是(　　)

A.科学研究发现,一切与热现象有关的宏观过程都具有可逆性

B.在能源的利用过程中,能量在总量上并未减少,但能量的品质降低了

C.能量耗散是从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

D.风能、水能和核能都属于可再生能源,因此我国近年来不断地开发利用这些新能源

9.在飞机起飞的过程中,由于高度快速变化,会引起机舱内气压变化,乘客小周同学观察发现,在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起,如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变,则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法正确的是(　　)

A.桶内气体压强p增大

B.桶内气体分子平均动能Ek不变

C.桶内气体从外界吸收热量

D.桶内气体对外做功,内能减小

10.一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环,该过程每个状态均可视为平衡态,各状态参数如图所示。对此气体,下列说法正确的是(　　)

A.A→B的过程中,气体从外界吸热,内能不变

B.B→C的过程中,气体的压强增大,单位体积内的分子数增多

C.C→D的过程中,气体的压强不变,气体从外界吸热

D.D→A的过程中,气体的压强减小,分子的平均动能减小,单位体积内的分子数不变

三、非选择题:本题共5小题,共54分。

11.(6分)如图所示为一茶具。当向茶具中加上足够多的开水,并在茶具顶端盖上密封良好的盖子后,泡茶几分钟水就会沿茶具口溢出。原因是茶滤内的封闭空气(可视为理想气体)温度升高,分子的平均动能　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”),气体的压强　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)大气压强。茶具中的水被压出的过程中,封闭空气对水做　　　　(选填“正功”或“负功”)。 

12.(8分)(2023广东广州高二期末)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关,车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震,空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。乘客上下及剧烈颠簸均能引起车厢振动,乘客上下时汽缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换:剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换。若外界环境温度保持不变,汽缸内气体视为理想气体,在气体压缩的过程中,当乘客上下时,气体的内能　　　　(选填“增加”“减少”或“不变”),气体从(向)外界　　　　(选填“吸热”或“放热”);剧烈颠簸时,　　　　　　(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功,气体的温度　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)。 

13.(10分)地暖管道使用时间过久之后内壁一般都会结垢,工人利用如图所示地暖清洗设备对管道进行清洗。清洗前先在地暖管道中注入一段清水。清洗机具有一个体积为V的封闭气箱,通过电机工作将外界气体压入封闭气箱,当气箱内气体压强为2.5p0时,气箱与地暖之间的阀门瞬间打开,气体冲入暖气管,使暖气管中的水冲击水垢达到清洗目的。已知充气前箱内气体压强和大气压强均为p0。箱内原有气体和充入的气体均视为理想气体,充气过程中温度不变。

(1)若充气过程中,气体向外界放出的热量为Q,求电机对气体所做的功。

(2)求电机将外界多少体积的气体充入气箱时,气箱阀门才能瞬间打开。

14.(14分)如图甲所示,具有一定导热性能的柱形汽缸竖直放置,外界温度保持T0=300 K不变。一定质量的理想气体被横截面积为S=100 cm2的轻质活塞封闭在汽缸内,此时活塞距汽缸底部的距离为L0=5 cm,汽缸内气体温度为T0=300 K。先用外力缓慢地拉动活塞,上升L0的距离被挡块AB挡住。再通过电热丝对汽缸内气体快速加热,缸内气体吸收Q=100 J热量后,温度升高到2T0。此时撤去外力,经过足够长时间,活塞缓慢回到初始位置。已知大气压强p0=1.0×105 Pa,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动,该理想气体经历的三个过程的p-V图像,如图乙所示。

(1)请在图丙中画出该理想气体经历的三个过程的V-T图。

(2)在电热丝加热的过程中,汽缸内气体内能变化了多少?

(3)撤去外力后汽缸内的气体放出多少热量?

15.(16分)如图所示,长方形容器体积为V,右上方有一开口与外界相连,活塞将导热容器分成左、右两部分,外界温度为27 ℃时,体积比为1∶2。当外界温度缓慢上升,活塞就会缓慢移动。设大气压强为p0,且保持不变,不计活塞与容器间的摩擦。

(1)活塞刚好移动到容器的正中央时,求外界的温度。

(2)若左边容器中气体的内能与温度的关系为U=kT(k为已知常数),求活塞移动到容器正中央的过程中左边容器内气体吸收的热量。

第三章测评

1.D　温度升高,气体的内能一定增加,A错误;根据热力学第一定律,内能增加可能是外界对气体做功,也可能是气体从外界吸收热量,B、C错误;温度是分子平均动能的标志,因此温度升高,气体分子的平均动能一定增大,D正确。

2.C　冷的物体接触热的物体后变热,物体在火炉旁被烤热,热的物体放在通风处凉下来,都是通过热传递来改变内能的,选项A、B、D错误;只有电流通过灯丝使灯丝发热是通过电场力做功,从而改变灯丝内能的,选项C正确。

3.B　达到热平衡时,钨锅的温度和铁的温度相同,故A错误;热传递的过程中,铁块从钨锅吸收热量,故B正确;达到热平衡时,根据能量守恒可知钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量,故C、D错误。

4.C　把充入的气体和原气体作为整体,气体做等温变化,根据玻意耳定律可得p0(V1+V2)=p1V1,解得p1=1.2×105Pa,故A错误;温度是分子平均动能的标志,温度不变,所以分子的平均动能不变,故B错误;充气后封闭气体压强变为1.2×105Pa,大于大气压强,所以打开阀门后,气体膨胀,对外界做功,故C正确;打开阀门后,密封气体对外做功,温度不变,内能不变,则气体从外界吸热,故D错误。

5.D　由图可知,a→b的过程中,气体体积变小,故外界对气体做功,A错误;由图可知,b→c的过程中,气体体积变小,故外界对气体做功,B错误;a→b过程为等温变化,内能不变,C错误;根据理想气体状态方程=C可知,b→c的过程中,p不变,V减小,则T变小,则气体的内能逐渐变小,D正确。

6.B　由于越接近矿泉水瓶口,水的温度越高,因此小瓶上浮的过程中,小瓶内温度升高,内能增加,A错误;在小瓶上升的过程中,小瓶内气体的温度逐渐升高,压强逐渐减小,根据理想气体状态方程=C,气体体积膨胀,对外界做正功,B正确;由A、B分析,小瓶上升时,小瓶内气体内能增加,气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,由于气体对外做功,因此吸收的热量大于增加的内能,C、D错误。

7.C　气闸舱B内为真空,打开阀门K,A中的气体进入B中的过程中,A内的气体自由扩散,对外界不做功,同时系统温度不变,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知气体内能不变,与外界也没有热交换,故A、B错误;气体体积增大,温度不变,气体分子的密集程度减小,气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数减小,故C正确;根据熵增加原理可知,B中气体不能自发地全部退回A中,即A内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度,故D错误。

8.BC　科学研究发现,一切与热现象有关的宏观自然过程都具有不可逆性,A错误;在能源的利用过程中,能量在总量上并未减少,但能量的品质降低了,B正确;能量耗散是从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性,C正确;风能、水能属于可再生能源,核能属于不可再生能源,D错误。

9.BC　依题意,起飞前后桶内气体的温度保持不变,在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起,桶内气体体积增大,根据pV=C可知,压强p减小,故A错误;由于桶内气体温度不变,则分子平均动能Ek不变,故B正确;由于桶内气体温度不变,则气体内能不变,体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,桶内气体从外界吸收热量,故C正确,D错误。

10.AD　A→B的过程中温度不变,内能不变,体积膨胀对外界做功,由热力学第一定律得气体从外界吸热才可能保持内能不变,故A正确;B→C的过程中,体积不变,单位体积内的分子数不变,温度升高,分子的平均动能增大,压强增大,故B错误;C→D的过程中,直线过原点,压强不变,温度降低,内能减小,体积减小,外界对气体做功,气体放热才可能内能减小,故C错误;D→A的过程中,气体的体积不变,单位体积内的分子数不变,温度减小,压强也减小,温度是分子平均动能的标志,故分子的平均动能减小,故D正确。

11.答案 变大　大于　正功

解析 温度升高分子平均动能变大,根据=C可知温度升高、体积不变,则压强增大,故气体压强大于大气压强;茶具中的水被压出的过程中,气体体积膨胀,对水做正功。

12.答案 不变　放热　外界对气体　升高

解析 乘客上下时汽缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换,则气体温度不变、内能不变,即ΔU=0;在气体压缩的过程中,外界对气体做正功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得Q<0,所以气体对外放出热量;剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换,即Q=0,在气体压缩的过程中,外界对气体做正功,即W>0;根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得ΔU>0,即气体的内能增加,温度升高。

13.答案 (1)Q　(2)1.5V

解析 (1)由充气过程中温度不变,内能不变,可得ΔU=0

ΔU=W-Q

解得W=Q。

(2)设将外界气体ΔV充入气箱,气箱阀门瞬间打开,p0V+p0ΔV=2.5p0V

解得ΔV=1.5V。

14.答案 (1)见解析

(2)增加100 J　(3)150 J

解析 (1)该理想气体经历的三个过程的V-T图。

 (2)加热过程中,气体温度从T0升高到2T0,气体的体积不变,则W=0

缸内气体吸收热量Q=100J

则气体的内能增加ΔE=Q=100J。

(3)撤去外力后,气体进行等压压缩,气体温度从2T0降低到T0,内能减小ΔE'=100J

外界对气体做功W'=p0SL0=1.0×105×100×10-4×5×10-2J=50J

则气体放出的热量Q'=100J+50J=150J。

15.答案 (1)450 K　(2)150k+

解析 (1)左边容器中气体初始体积为,初始温度为T0=300K

当体积为时,气体等压变化,由=C

可得

解得外界的温度为T=450K。

(2)左边容器中气体对外做功为W=p0()=

由能量守恒可得气体吸收的能量为Q=k(T-T0)+W

解得Q=150k+。