第十章 热力学定律 章末检测试卷（含答案）

《第十章 热力学定律 章末检测试卷（含答案）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十章 热力学定律 章末检测试卷（含答案）（10页珍藏版）》请在七七文库上搜索。

1、章末检测章末检测 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 10 小题，每小题 5 分，共 50 分。其中 16 题为单项选择 题，710 题为多项选择题) 1.如图 1 所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉 动，管塞会被冲开。管塞被冲开前( ) 图 1 A.外界对管内气体做功，气体内能增大 B.管内气体对外界做功，气体内能减小 C.管内气体内能不变，压强变大 D.管内气体内能增加，压强变大 解析 管体积不变，则气体体积不变，外界没有对管内气体做功，管内气体也没 有对外界做功，A、B 项错误；绳子与管壁摩擦生热，使管内气体温度升高，根 据理想气体状态

2、方程，可知温度升高，体积不变，气体压强增大，故 C 项错误， D 项正确。 答案 D 2.如图 2 所示，在玻璃瓶中放入少量水，用中间插有玻璃管的橡皮塞盖紧瓶口， 然后往瓶中打气，当气压达到足够大时，橡皮塞从瓶口冲出，原来透明的瓶内充 满了白雾，这一实验现象表明( ) 图 2 A.气体对外界做功，瓶内气体温度升高，内能减少 B.外界对气体做功，瓶内气体温度升高，内能增加 C.气体对外界做功，瓶内气体温度降低，内能减少 D.外界对气体做功，瓶内气体温度降低，内能增加 解析 往瓶内打气，压缩瓶内气体做功，使瓶内气体内能增加，温度升高；当瓶 塞跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，温度降低

3、，瓶内水蒸气 因放热发生液化，生成小水滴，即“白雾”，故 C 正确。 答案 C 3.下列过程中，可能发生的是( ) A.某工作物质从高温热源吸收 20 kJ 的热量，全部转化为机械能，而没有产生其 他任何影响 B.打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进去，恢复原状 C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高 D.两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开 解析 根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不 产生其他影响，但通过一些物理过程是可以实现的，故选项 C 正确；内能自发地 全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的，故选项 A 错误；气体膨

4、胀具有 方向性，故选项 B 错误；扩散现象也有方向性，选项 D 错误。 答案 C 4.下列有关热力学第二定律的说法正确的是( ) A.气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程 B.第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的 C.空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性 D.一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小 解析 与温度有关的一切热现象的宏观过程都是不可逆的，A 项错误；热量不能 自发地由低温物体传到高温物体，空调机里的压缩机工作，消耗了电能，产生了 其他影响，C 项错误；一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵增 大，D 项错误。只有

5、 B 项正确。 答案 B 5.一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由 V 膨胀到 V。如果通过压强不变的 过程实现，对外做功大小为 W1，传递热量的值为 Q1，内能变化为 U1；如果通 过温度不变的过程来实现，对外做功大小为 W2，传递热量的值为 Q2，内能变化 为 U2，则( ) A.W1W2，Q1Q2，U1U2 B.W1W2，Q1Q2，U1U2 C.W1W2，Q1Q2，U1U2 D.W1W2，Q1Q2，U1U2 解析 由热力学第一定律 UWQ，若通过压强不变的过程实现体积膨胀，则 由pV T 为恒量，可知温度必定升高，对理想气体，内能必定增大，则气体膨胀对外 做功，并从外界吸收热量，即

6、U1W1Q10，且 Q1W1。若通过温度不变 的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，从外界吸收热 量，即 U2W2Q20，且 Q2W2，则 U1U2。由于气体对外做功的过 程中，体积膨胀，通过温度不变的方式，由pV T 为恒量，可知压强必定减小，则平 均压强比通过压强不变的过程时的压强要小， 故 W1W2， Q1Q2， 选项 B 正确。 答案 B 6.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。 气体开始处于状态 a， 然后经过过程 ab 到达状态 b 或经过过程 ac 到达状态 c。b、c 状态温度相同，如图 3 所示。设 气体在状态 b 和状态 c 的压强分别为 pb和 pc

7、，在过程 ab 和 ac 中吸收的热量分别 为 Qab和 Qac，则( ) 图 3 A.pbpc，QabQac B.pbpc，QabQac C.pbQac D.pbpc，QabQac 解析 由 VC pT 可知 VT 图线的斜率越大，压强 p 越小，故 pbQac。 综上 C 正确。 答案 C 7.下列说法中正确的是( ) A.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传递到高温物体 B.能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性 C.当分子间的距离增大时，分子间的引力增大、斥力减小 D.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时，两系统温 度相同 E.第二类永动机不可能制成，说

8、明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部 转化为机械能的同时又不引起其他变化 解析 热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项 A 错误；耗散掉的能量不 能再重新收集起来加以利用，说明能量的转化具有方向性，选项 B 正确；当分子 间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，选项 C 错误；温度是描述热运动 的物理量，是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，所以当 一个系统与另一个系统达到热平衡时，两系统温度相同，选项 D 正确；由热力学 第二定律可知，选项 E 正确。 答案 BDE 8.关于气体的内能，下列说法正确的是( ) A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B.气体温度

9、不变，整体运动速度越大，其内能越大 C.气体被压缩时，内能可能不变 D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 解析 由于非理想气体分子间作用力不可忽略，内能包括分子势能，则气体的内 能与体积有关，再者即使是理想气体，内能取决于温度和分子数目，质量相同的 气体，当分子数目不同、温度相同时，内能也不相同，故 A 项错误；物体的内能 与其机械运动无关，B 项错误；由热力学第一定律知，气体被压缩时，若同时向 外散热，则内能可能保持不变，C 项正确；对于一定量的某种理想气体，体积变 化时分子势能不变，其内能只取决于分子平均动能的变化，而温度是分子

10、平均动 能的标志，所以 D 项正确；由理想气体状态方程pV T C 知，p 不变，V 增大，则 T 增大，故 E 项正确。 答案 CDE 9.如图 4 所示，一导热性能良好的金属汽缸放置在水平面上，汽缸内封闭了一定 质量的理想气体， 现缓慢地在活塞上堆放一定质量的沙土， 忽略环境温度的变化， 活塞与汽缸壁间的摩擦不计，在此过程中( ) 图 4 A.气体的内能增大 B.气体吸热 C.单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多 D.若汽缸和活塞换成绝热材料，汽缸内气体分子平均动能增大 解析 金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相 同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，

11、温度不变，气体的内能不变， 故 A 错误；气体温度不变，内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，由热力 学第一定律可知，气体要向外放出热量，故 B 错误；汽缸内封闭气体被压缩，体 积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子密度增大，单位时间内撞击汽缸壁单位 面积的分子数增多，所以 C 正确；若汽缸和活塞换成绝热材料，气体不吸热也不 放热， 气体体积减小， 对气体做功， 由热力学第一定律可以知道， 气体内能增大， 气体温度升高，汽缸内气体分子平均动能增大，D 正确。 答案 CD 10.一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 pT 图象如图 5 所

12、示，其中对角线 ac 的延长线过原点 O。下列判断 正确的是( ) 图 5 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 解析 由理想气体状态方程pV T C 知，pC VT，因此气体在 a、c 两状态的体积相 等，故 A 项正确；对一定质量的理想气体而言，内能由温度决定，因 TaTc，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

13、正确；过程 cd 为等温 变化，内能不变(U0)，压强变大，体积减小，外界对气体做功(W0)，由热力 学第一定律 UWQ，知 Q0， 对外做功， W|W|，选项 D 错误；bc 和 da 过程中温度改变 量相同，故体积变化量与压强的乘积相同，由 WFlpSlpV 知，选项 E 正确。 答案 ABE 二、填空题(本题共 2 小题，共 14 分) 11.(6 分)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了 24 kJ 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 5 kJ 的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小_ kJ，空气 _(填“

14、吸收”或“放出”)的总热量为_ kJ。(空气看做理想气体) 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 5 kJ，由热力学第一定律 UWQ，知 Q29 kJ，故空气放出的总热量为 29 kJ。 答案 5 放出 29 12.(8 分)(1)如图 6 所示，一定质量的理想气体从状态 A 依次经过状态 B、C 和 D 后再回到状态 A。 其中， AB 和 CD 为等温过程， BC 和 DA 为绝热过程(气 体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正 确的是_。 图 6

15、 A.AB 过程中，外界对气体做功 B.BC 过程中，气体分子的平均动能增大 C.CD 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D.DA 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化 (2)该循环过程中， 内能减小的过程是_(选填“AB”“BC”“CD” 或“DA”)。若气体在 AB 过程中吸收 63 kJ 的热量，在 CD 过程中放出 38 kJ 的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_ kJ。 (3)若该循环过程中的气体为 1 mol，气体在 A 状态时的体积为 10 L，在 B 状态时 压强为 A 状态时的2 3。则气体在 B 状态时单位体积内的分子数为_。(已知 阿伏加德罗常数 N

16、A6.01023 mol 1，计算结果保留一位有效数字) 解析 (1)AB 过程体积增大，压强减小，气体对外做功，选项 A 错误；BC 过 程体积增大，气体对外做功，但没有和外界热交换，由热力学第一定律得内能减 小，温度降低，气体分子的平均动能减小，选项 B 错误；CD 过程体积减小， 分子密度增大，但是温度不变，选项 C 正确；DA 过程体积减小，外界对气体 做功，但没有和外界热交换，由热力学第一定律得内能增大，温度升高，选项 D 错误。 (2)对理想气体， 内能大小只与温度有关， 只有“BC”过程温度降低， 故“BC” 过程内能减小。 一次工作循环， 吸收的热量 Q(6338)kJ25 k

17、J， 而温度不变， 内能不变。由热力学第一定律得 WQ25 kJ，即对外做功 25 kJ。 (3)等温过程 pAVApBVB，1 mol 该气体单位体积内的分子数 nNA VB。 解得 nNApB pAVA，代入数据得 n410 25 m3。 答案 (1)C (2)BC 25 (3)41025 m 3 三、计算题(共 4 小题，共 36 分) 13.(6 分)一定质量的理想气体从外界吸收了 4.2105 J 的热量， 同时气体对外做了 6105 J 的功，问： (1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子的平均动能是增加还是减少？ 解析 (1)气体从外界吸热为 Q4.2105 J

18、，气体对外做功，W6105 J，由 热力学第一定律 UWQ(6105 J)(4.2105 J)1.8105 J。 U 为负， 说明气体的内能减少了。所以气体内能减少了 1.8105 J。 (2)理想气体不计分子势能，内能减少，说明气体分子的平均动能一定减少。 答案 (1)减少 1.8105 J (2)减少 14. (8 分)如图 7 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(pp0)。 现释放活塞， 测得活塞被缸内气体推到缸口

19、时的速度为 v。求： 图 7 (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？ 解析 (1)设大气作用在活塞上的压力为 F，则 Fp0S 根据功的计算式 WFL 2 解得 Wp0SL 2 (2)设活塞离开汽缸时动能为 Ek，则 Ekmv 2 2 根据能量守恒定律得：缸内气体内能改变 Umv 2 2 p0SL 2 即内能减少了1 2mv 21 2p0SL 答案 (1)p0SL 2 (2)减少了1 2mv 21 2p0SL 15. (10 分)如图 8 所示，为一汽缸内封闭的一定质量的气体的 pV 图线，当该系 统从状态 a 沿过程 acb 到达状态 b

20、 时，有热量 335 J 传入系统，系统对外界 做功 126 J。求： 图 8 (1)若沿 adb 过程，系统对外做功 42 J，则有多少热量传入系统？ (2)若系统由状态 b 沿曲线过程返回状态 a 时，外界对系统做功 84 J，则系统是吸 热还是放热？热量传递是多少？ 解析 (1)由热力学第一定律可得 acb 过程系统增加的内能 UWQ(126335)J209 J，adb 过程有 UWQ 得 QUW209(42)J251 J，为正，即有 251 J 的热量传入系统。 (2)由题意知 ba 过程系统内能的增量 UU209 J 根据热力学第一定律有 QUW(20984)J293 J 负号说明系

21、统放出热量，热量传递为 293 J。 答案 (1)251 J (2)放热 293 J 16.(12 分)某压力锅结构如图 9 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 9 (1)若此时锅内气体的体积为 V，摩尔体积为 V，阿伏加德罗常数为 NA，写出锅 内气体分子数的估算表达式； (2)假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功 1 J，并向外界释放了 2 J 的热量。锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？ (3)已知大气压强 p 随海拔高度 H 的变化满足 pp0(1H)(其中常数

22、 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。 解析 (1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁， 设锅内气体分子数为 n， 则 nV VNA。 (2)根据热力学第一定律 UWQ，气体对外做功，功为负，W1 J；向外放 热，热量为负，Q2 J。 则有 UWQ3 J，负号表示内能减少。 锅内气体内能减少，减少了 3 J。 (3)由 pp0(1H)(其中 0)，随着海拔高度的增加，大气压强减小； 由 p1pmg S p0(1H)mg S ，随着海拔高度的增加，压力阀被顶起时锅内气体 压强减小； 根据查理定律p1 T1 p2 T2可知，压力阀被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而 降低。 答案 (1)nV VNA (2)内能减少 减少了 3 J (3)当阀门被顶起时，锅内气体的温度随着海拔高度的增加而降低