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2019年高中物理 第5章 熱力學(xué)定律綜合檢測(cè) 魯科版選修3-3 一、選擇題(本題共7個(gè)小題，每小題6分，共42分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有一個(gè)或多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，選錯(cuò)或不選的均得0分．) 1．(xx蘇州高二檢測(cè))下列說法中正確的是(　　) A．一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B．一切不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的物理過程都是可以實(shí)現(xiàn)的 C．由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行 D．一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行 【解析】　一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的過程都具有方向性，必須同時(shí)滿足熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的過程才可以實(shí)現(xiàn)，故選A、C. 【答案】　AC 2．(2011大綱全國(guó)高考)關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是(　　) A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 B．氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減小 C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能可能減小 【解析】　由熱力學(xué)第二定律知，熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但要引起其他變化，A選項(xiàng)對(duì)．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，改變物體內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞，B項(xiàng)只說明氣體對(duì)外做功，沒有考慮熱傳遞；C項(xiàng)只說明氣體從外界吸收熱量，沒有考慮做功情況，故B、C選項(xiàng)均錯(cuò)，D選項(xiàng)對(duì)． 【答案】　AD 3．(xx重慶高考)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面，在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體(　　) A．從外界吸熱 B．對(duì)外界做負(fù)功 C．分子平均動(dòng)能減小 D．內(nèi)能增加 【解析】　若車胎不漏氣，氣體溫度不變，不計(jì)分子勢(shì)能，則氣體分子平均動(dòng)能不變，內(nèi)能也不變，故C、D兩項(xiàng)均錯(cuò)．緩慢放水過程中氣體膨脹，對(duì)外界做正功，再由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w從外界吸熱，故A對(duì)、B錯(cuò)． 【答案】　A 4．(xx福建高考)關(guān)于熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，下列說法正確的是(　　) A．一定量氣體吸收熱量，其內(nèi)能一定增大 B．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體 C．若兩分子間距離增大，分子勢(shì)能一定增大 D．若兩分子間距離減小，分子間引力和斥力都增大 【解析】　由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，一定量氣體吸收熱量?jī)?nèi)能不一定增大，例如氣體對(duì)外做功，且W＞Q，那么內(nèi)能將會(huì)減少，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律的一種表述為：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，關(guān)鍵理解“而不引起其他變化”，如果“引起其他變化”，則可以實(shí)現(xiàn)將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)r＜r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，當(dāng)分子間距增大時(shí)，分子勢(shì)能減小，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)分子引力、斥力隨分子間距的變化規(guī)律知，D項(xiàng)正確． 【答案】　D 5．(xx大綱全國(guó)高考)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法中正確的是(　　) A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 B．空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 C．科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī) D．對(duì)能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)” 【解析】　熱力學(xué)第二定律有兩種表述：第一是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，即自發(fā)熱傳遞具有方向性，選項(xiàng)A中熱量從低溫物體傳到高溫物體是電冰箱工作的結(jié)果，選項(xiàng)A正確；第二是不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響，即第二類永動(dòng)機(jī)不存在，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由能量守恒定律知，能量總是守恒的，只是存在的形式不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 【答案】　AB 圖1 6．(xx泉州檢測(cè))如圖1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內(nèi)為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱交換．打開閥門K后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則(　　) 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 【解析】　據(jù)熱力學(xué)第二定律，自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，可知D項(xiàng)正確．容器內(nèi)氣體自由膨脹，氣體與外界之間不做功也沒有熱交換，故氣體的內(nèi)能不變，A、B項(xiàng)不正確．氣體分子間作用力很弱，氣體體積變化時(shí)，氣體分子勢(shì)能可認(rèn)為不變，C項(xiàng)不正確． 【答案】　D 7．如圖2所示，帶有活塞的氣缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體．將一個(gè)半導(dǎo)體NTC熱敏電阻R置于氣缸中，熱敏電阻與容器外的電源E和電流表A組成閉合回路，氣缸和活塞具有良好的絕熱(與外界無熱交換)性能．熱敏電阻發(fā)熱不計(jì)．若發(fā)現(xiàn)電流表的讀數(shù)增大時(shí)，以下判斷正確的是(　　) 圖2 A．氣體一定對(duì)外做功 B．氣體體積一定增大 C．氣體內(nèi)能一定增大 D．氣體壓強(qiáng)一定增大 【解析】　電流表讀數(shù)增大，說明熱敏電阻溫度升高，由于氣缸絕熱，故氣體溫度升高，則內(nèi)能一定增大，C正確；氣體壓強(qiáng)也一定增大，D正確． 【答案】　CD 二、非選擇題(本大題共5小題，共58分．按題目要求作答，解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位．) 圖3 8．(10分)(2011江蘇高考)如圖3所示，內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在氣缸內(nèi)，外界大氣壓強(qiáng)為p0.現(xiàn)對(duì)氣缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2.則在此過程中，氣體分子平均動(dòng)能__________(選填“增大”、“不變”或“減小”)，氣體內(nèi)能變化了__________． 【解析】　加熱后，氣體溫度升高，平均動(dòng)能增大， ΔU＝Q＋W＝Q－p0S0d＝Q－p0(V2－V1) 【答案】　增大　Q－p0(V2－V1) 9．(10分)若一定質(zhì)量的理想氣體分別按如圖4所示的三種不同過程變化，其中表示等壓變化的是________(選填“A”“B”或“C”)，該過程中氣體的內(nèi)能________(選填“增加”“減少”或“不變”)． 圖4 【解析】　由題圖知，圖C是等壓變化，等壓的過程是升溫膨脹，溫度是理想氣體內(nèi)能的決定因素，由此判斷知，內(nèi)能增加． 【答案】　C　增加 10．(12分)(xx?？跈z測(cè))(1)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說法中正確的是________．(填寫選項(xiàng)前的字母) A．氣體分子間的作用力增大 B．氣體分子的平均速率增大 C．氣體分子的平均動(dòng)能減小 D．氣體組成的系統(tǒng)的熵增加 (2)若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對(duì)外界做了0.6 J的功，則此過程中氣泡________(填“吸收”或“放出”)的熱量是________J．氣泡到達(dá)湖面后，溫度上升的過程中，又對(duì)外界做了0.1 J的功，同時(shí)吸收了0.3 J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了________ J. 【解析】　(1)氣泡從湖底升到湖面，溫度不變，根據(jù)玻意耳定律，壓強(qiáng)減小，體積增大，對(duì)外做功，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確． (2)氣泡從湖底升到湖面，溫度不變，壓強(qiáng)減小，體積增大，對(duì)外做功0.6 J，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，內(nèi)能不變，所以氣泡吸收熱量0.6 J；如果溫度升高，內(nèi)能增加，由ΔU＝W＋Q知，內(nèi)能的增量ΔU＝0.3 J－0.1 J＝0.2 J. 【答案】　(1)D　(2)吸收　0.6　0.2 圖5 11．(12分)(xx漳州檢測(cè))如圖5所示，p－V圖中，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過ACB過程至狀態(tài)B，氣體對(duì)外做功280 J，吸收熱量410 J；氣體又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，這一過程中外界對(duì)氣體做功200 J．求： (1)ACB過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？ (2)BDA過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？ 【解析】　(1)ACB過程內(nèi)能增加，ACB過程中W1＝－280 J，Q1＝410 J 由熱力學(xué)第一定律UB－UA＝W1＋Q1＝130 J 氣體內(nèi)能的變化量為130 J. (2)BDA過程中氣體放熱 因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，則BDA過程中氣體內(nèi)能變化量 UA－UB＝－130 J 又因外界對(duì)氣體做功200 J 由熱力學(xué)第一定律UA－UB＝W2＋Q2，Q2＝－330 J 放出熱量330 J. 【答案】　(1)增加　130 J　(2)放熱　330 J 12．(14分)(xx江蘇高考)如圖6所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)．這就是著名的“卡諾循環(huán)”． 圖6 (1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________． A．A→B過程中，外界對(duì)氣體做功 B．B→C過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大 C．C→D過程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化 (2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是________(選填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)．若氣體在A→B過程中吸收63 kJ的熱量，在C→D過程中放出38 kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為________________kJ. (3)若該循環(huán)過程中的氣體為1 mol，氣體在A狀態(tài)時(shí)的體積為10 L，在B狀態(tài)時(shí)壓強(qiáng)為A狀態(tài)時(shí)的.求氣體在B狀態(tài)時(shí)單位體積內(nèi)的分子數(shù)．(已知阿伏伽德羅常數(shù)NA＝6.01023mol－1，計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 【解析】　(1)在A→B的過程中，氣體體積增大，故氣體對(duì)外界做功，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B→C的過程中，氣體對(duì)外界做功，W<0，且為絕熱過程，Q＝0，根據(jù)ΔU＝Q＋W，知ΔU<0，即氣體內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動(dòng)能減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C→D的過程中，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，故單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，選項(xiàng)C正確；D→A的過程為絕熱壓縮，故Q＝0，W>0，根據(jù)ΔU＝Q＋W，ΔU>0，即氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，所以氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． (2)從A→B、C→D的過程中氣體做等溫變化，理想氣體的內(nèi)能不變，內(nèi)能減小的過程是B→C，內(nèi)能增大的過程是D→A. 氣體完成一次循環(huán)時(shí)，內(nèi)能變化ΔU＝0，熱傳遞的熱量Q＝Q1－Q2＝(63－38) kJ＝25 kJ，根據(jù)ΔU＝Q＋W，得W＝－Q＝－25 kJ，即氣體對(duì)外做功25 kJ. (3)從A→B氣體為等溫變化，根據(jù)玻意耳定律有 pAVA＝pBvB，所以VB＝＝＝15 L. 所以單位體積內(nèi)的分子數(shù)n＝＝ L－1＝41022 L－1＝41025 m－3. 【答案】　(1)C　(2)B→C　25　(3)41025 m－3