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【单元测试全程方略人教】2013年高中物理选修3-3：第十章热力学定律单元质量评估（含详解）

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单元质量评估（四）

第十章

（时间：90分钟满分：100分）

一、选择题（本大题共12小题，每小题5分，共60分.每小题至少一个答案正确）

1．下列关于物体内能变化的说法，正确的是（）

A．一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变

B．一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加

C．一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加

D．一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变

2．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来.其原因是（）

A．这违反了能量守恒定律

B．在任何条件下内能都不可能转化成机械能，只有机械能才会转化为内能

C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的

D．以上说法均不正确

3．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比

（）

A．气体内能一定增加

B．气体内能一定减小

C．气体内能一定不变

D．气体内能是增是减不能确定

4.关于能量和能源，下列说法中正确的是（）

A.化石能源是清洁能源；水能是可再生能源

B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造

C.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源

D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了

5．下列说法中正确的是（）

A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加

B．机械能完全转化成内能是不可能的

C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变

D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少

6.关于热力学定律，下列说法中正确的是（）

A.随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的

B.热力学第二定律是热力学第一定律的推论

C.因为第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它将会被制造出来

D.热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传递到高温物体

7.（2012·福州高二检测）对一定质量的气体，下列四种状态变化中，可能实现的是（）

A．增大压强时，温度降低，体积增大

B．升高温度时，压强增大，体积减小

C．降低温度时，压强增大，体积不变

D．降低温度时，压强减小，体积增大

8.（2012·萍乡模拟）如图所示，绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的空气后水平放置在光滑地面上，不计活塞与汽缸壁的摩擦，现用电热丝给汽缸内的气体加热，在加热过程中（）

A．汽缸向左移动

B．活塞A、B均向左移动

C．密封气体的内能一定增加

D．汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数相同

9.一定质量的某种气体（忽略气体分子间的作用力），在保持温度不变的情况下，压强由p变为p/2.在这个过程中下列说法中正确的是（）21教育网

A.气体一定吸收热量，内能减小

B.气体一定吸收热量，内能不变

C.气体可能放出热量，内能增加

D.气体一定放出热量，内能不变

10.下列说法正确的是（）

A.热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性

B.电流通过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成与原来大小相同的电流

C.可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功

D.冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律

11.如图所示，用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分，甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气.在达到平衡时，它们的温度必相等，若分子势能可忽略，则甲、乙中（）

A.气体的压强相等 B.气体分子的平均动能相等

C.气体的内能相等 D.气体分子的平均速率相等

12.关于能源的开发和利用下列说法正确的是（）

A.能源是无限的，地下煤、石油、天然气是足够人们开采的

B.根据能量守恒定律，担心能源枯竭就是杞人忧天

C.能源的开发和利用不必考虑对环境的影响

D.通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种途径

二、计算题（本大题共4小题，共40分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位）

13.（10分）（2011·山东高考）气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1=14 cm.后来放入待测恒温槽中，上下移动D，使左管C中水银面在O点处，测得右管D中水银面高出O点h2=44 cm（已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76 cmHg）

（1）求恒温槽的温度.

（2）此过程A内气体内能_______（选填“增大”或“减小”），气体不对外做功，气体将_______（选填“吸热”或“放热”）.

15.（10分）某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？　　21*cnjy*com

16.（10分）一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳暴晒，气体温度由T0=300 K 升至T1=350 K.【来源：21cnj*y.co*m】

（1）求此时气体的压强.

（2）保持T1=350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值.判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因.【出处：21教育名师】

答案解析

1．【解析】选C.晶体在熔化过程中要吸热，却没有对外做功，故内能增加，A错误.一定质量的气体在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，还有可能放热，但一定对外做功，由ΔU=Q+W不能确定ΔU，故B错误.物体热膨胀一定是吸收了热量，对外做功不一定小于吸收的热量，内能不一定增加，C正确.物体体积不变，温度可能改变，内能随之变化，D错误.www.21-cn-jy.com

2．【解析】选C.机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现.由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化.www-2-1-cnjy-com

3．【解题指南】物体内能改变的方式有两种：做功和热传递，考虑物体的内能变化时，必须两种因素全部考虑在内.如果两种方式均有，则应考虑利用热力学第一定律ΔU=Q+W判断.21教育名师原创作品

【解析】选D.由热力学第一定律ΔU=Q+W可判断：气体吸收热量，Q为正值；气体体积膨胀对外做功，W为负值，由于不知道Q与W绝对值的关系，因此气体的内能变化无法确定.21*cnjy*com

4.【解析】选D.化石能源在燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源,A项错误；能量是守恒的，既不能被创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错，D项正确.

5．【解析】选D.由ΔU=Q+W知，外界对物体做功，W为正值，而Q未知，ΔU不一定为正，A错.同理，Q为正，W未知，因此ΔU也不能确定，C错.物体对外做功，W为负，但Q可能为正值，ΔU可能不变，也可能增加，D正确.机械能可以完全转化为内能，而内能不可能完全转化为机械能而不引起其他变化，B错.

6.【解析】选D.绝对零度不可以达到，A项错误；热力学第一定律侧重能量守恒，热力学第二定律侧重热学现象的方向性，故B项错误；第二类永动机虽不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，故不能被制造出来，C错；由热力学第二定律知，D正确.

7.【解析】选B、D.温度降低时，分子的平均动能减少，使压强有减小的趋势；体积增大时，也使压强有减小的趋势，故A的过程是不可能的．升高温度和减小体积，都会使压强增大，故B的过程是可能的（也可由＝恒量来判断）．对C、D用同样的方法来判断．

8.【解析】选C.对汽缸整体分析，外部各个方向上受到大气的压力相等，所以汽缸保持静止，A错；用电热丝给汽缸内的气体加热后，汽缸内的气体温度升高，内能增大，压强变大，活塞A、B均向外运动，B错，C正确；活塞A的面积大于活塞B的面积，单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同，D错．

9.【解析】选B.忽略气体分子间作用力，则不考虑分子势能，温度不变，平均动能不变，内能不变，由等温变化规律可知，气体体积膨胀为原来的2倍，对外做功，由热力学第一定律知，气体从外界吸收热量，B对，A、C、D错.

【变式备选】如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则（）

A．A→B过程气体降温

B．B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功

C．C→A过程气体放热

D．全部过程气体做功为零

【解析】选A、C.A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，选项A正确；B→C过程气体等容升压，由=恒量可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，即选项B错；C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积．

10.【解析】选C.热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否认以特殊方式利用能量的可能性，故A错误；功和内能的转化具有方向性，在不引起其他变化时，其逆过程是不可能实现的，故B错误；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律，D错误.

11.【解析】选B.由于温度是分子平均动能的标志，所以在达到平衡时，它们的温度相等，气体分子的平均动能必相等.

12.【解析】选D.能源是有限的，如果无节制地开采，能源终有一日会枯竭的，故A、B项均错.在能源开发过程中必须考虑对环境的影响，故C项错误.通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径，D项正确.

13.【解析】（1）由于在温度变化前后左端被封闭气体的体积没有发生变化，由查理定律可得（2分）

代入数据可得恒温槽的温度

（4分）

（2）此过程中由于被封闭理想气体温度升高，故内能增大；由热力学第一定律知在没对外做功的前提下应该从外界吸收热量. （4分）21cnjy.com

答案：（1）364 K或91 ℃ （2）增大吸热

14.【解析】一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为2-1-c-n-j-y

ΔU1=Q1+W1=420 J+（-300 J）=120 J. （5分）

气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时，气体内能将减少120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2=200 J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2=

ΔU2-W2=（-120 J）-200 J=-320 J. （5分）

答案：放出的热量为320 J

15.【解析】首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2vtρ，

（2分）

这些气流的动能为；（2分）

转变的电能为E=×10％，（2分）

故风车带动电动机功率为[来源:]

（2分）

代入数据以后得P=3.4 kW （2分）

答案：3.4 kW

16.【解析】（1）设升温后气体的压强为p1，由查理定律得

①（2分）

代入数据得

②（1分）【来源：21·世纪·教育·网】

（2）抽气过程可视为等温膨胀过程，设膨胀后的总体积为V，由玻意耳定律得

p1V0=p0V ③（2分）21·cn·jy·com

联立②③式解得

④（1分）

设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为k，由题意得

⑤（1分）21·世纪*教育网

联立④⑤式解得

⑥（1分）

因为抽气过程中剩余气体质量不变，温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热. （2分）

答案：（1）（2）吸热原因见解析

【总结提升】解决热学问题的方法

解决热学问题应从两方面入手，一是根据热力学第一定律，二是根据能的转化与守恒定律.

1.在应用热力学第一定律解决问题时，要明确：

（1）热力学第一定律的物理意义.[来源:]

（2）表达式中各物理量的含义及符号规则.

（3）ΔU、W及Q必须对应于同一研究对象的同一物理过程，且注意各物理量的正负号.

2.在应用能量转化与守恒定律解决问题时，要注意

（1）研究的对象及所研究的过程.

（2）能量的转化过程，即是什么形式的能转化为什么形式的能.

（3）搞清楚能量转化过程中各量之间的关系.

（4）各物理量单位的统一.

3.“两抓”、“一注意”

抓住“气体体积变化是做功的标志”，“温度变化是理想气体内能变化的标志”，注意对一定质量的某种气体膨胀后再收缩成原状态的过程中功不一定等于零，因为膨胀和收缩不一定是在相同压强（压力）下进行. 2·1·c·n·j·y

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