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1、
第十章 熱力學(xué)定律
章末檢測卷(十)
(時間:90分鐘 滿分:100分)
一、選擇題(本題共10小題,每小題4分,共40分)
1.在下列現(xiàn)象中不是通過做功使物體內(nèi)能改變的是( )
A.用打氣筒給自行車打氣時,筒壁溫度升高
B.在陽光照射下,水的溫度升高
C.鐵錘打鐵塊,使鐵塊溫度升高
D.夏天在室內(nèi)放幾塊冰,室內(nèi)會變涼一些
答案 BD
解析 活塞與筒壁發(fā)生摩擦,摩擦力做功使筒壁溫度升高;在陽光照射下,水溫升高是靠太陽的熱輻射來升溫的;鐵錘打鐵塊是做功過程;室內(nèi)放上冰塊是通過熱傳遞的方式來改變室內(nèi)溫度的.
2.柴油機使柴油燃料在它的氣缸中燃燒,產(chǎn)生高溫高壓的氣體,燃料
2、的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能,高溫高壓的氣體推動活塞做功,氣體的內(nèi)能又轉(zhuǎn)化為柴油機的機械能.燃燒相同的燃料,輸出的機械能越多,表明柴油機越節(jié)能.是否節(jié)能,是衡量機器性能好壞的重要指標(biāo),有經(jīng)驗的柴油機維修師傅,不用任何儀器,只是將手伸到柴油機排氣管附近,去感知一下尾氣的溫度,就能夠判斷出這臺柴油機是否節(jié)能,關(guān)于尾氣的溫度跟柴油機是否節(jié)能之間的關(guān)系,你認(rèn)為正確的是( )
A.尾氣的溫度越高,柴油機越節(jié)能
B.尾氣的溫度越低,柴油機越節(jié)能
C.尾氣的溫度高低與柴油機是否節(jié)能無關(guān)
D.以上說法均不正確
答案 B
解析 氣體的內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為柴油機的機械能,柴油機使柴油燃料在它的氣缸中燃燒
3、,產(chǎn)生高溫高壓的氣體,是一個高溫?zé)嵩?;而柴油機排氣管排出的尾氣是一個低溫?zé)嵩矗鶕?jù)能量守恒,這兩個熱源之間的能量差就是轉(zhuǎn)換的機械能,燃燒相同的燃料,要想輸出的機械能越多,尾氣的溫度就要越低.
3.景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖1所示,用牛角做套筒,木質(zhì)推桿前端粘著艾絨,猛推推桿,艾絨即可點燃.對筒內(nèi)封閉的氣體,在此壓縮過程中( )
圖1
A.氣體溫度升高,壓強不變
B.氣體溫度升高,壓強變大
C.氣體對外界做正功,氣體內(nèi)能增加
D.外界對氣體做正功,氣體內(nèi)能減少
答案 B
解析 外界對氣體做正功,其內(nèi)能增加,溫度升高,分子熱運動加劇、體積變小,單位體積內(nèi)分子的密集程度增加,
4、故其壓強變大.正確選項為B.
4.對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列說法正確的是( )
A.若氣體的壓強和體積都不變,其內(nèi)能也一定不變
B.若氣體的溫度不斷升高,其壓強也一定不斷增大
C.若氣體溫度升高1 K,其等容過程所吸收的熱量一定大于等壓過程所吸收的熱量
D.在完全失重狀態(tài)下,氣體的壓強為零
答案 A
解析 一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能與溫度有關(guān),若氣體的壓強和體積都不變,則溫度不變,其內(nèi)能也一定不變,A正確;由=C知,氣體的溫度不斷升高,壓強不一定增大,B錯誤;根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=Q+W,氣體溫度升高1 K,ΔU相同,等容過程W=0,等壓過程,體積增大,則W<0,故等容過程
5、所吸收的熱量一定小于等壓過程所吸收的熱量,C錯誤;氣體的壓強是由于分子頻繁撞擊器壁而產(chǎn)生的,與是否失重?zé)o關(guān),D錯誤.
5.固定的水平氣缸內(nèi)由活塞B封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,氣體分子之間的相互作用力可以忽略.假設(shè)氣缸壁的導(dǎo)熱性能很好,外界環(huán)境的溫度保持不變.若用外力F將活塞B緩慢地向右拉動,如圖2所示,則在拉動活塞的過程中,關(guān)于氣缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論,正確的是( )
圖2
A.氣體對外做功,氣體內(nèi)能減小
B.氣體對外做功,氣體內(nèi)能不變
C.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能不變
D.氣體向外界放熱,氣體內(nèi)能不變
答案 B
解析 用力F緩慢拉活塞時,氣體膨脹,對外做功,但由于氣缸的導(dǎo)熱性
6、很好,環(huán)境溫度又不變,氣體會從外界吸收熱量而保持與環(huán)境溫度相同,因而氣體的內(nèi)能不變,故B選項正確.
6.一木塊沿斜面向下滑,下列說法正確的是( )
A.不管斜面是否光滑,下滑過程中重力對木塊做了功,它的內(nèi)能將增大
B.若斜面光滑且不計空氣阻力,木塊滑到斜面底部時,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 斜面光滑且不計空氣阻力時,木塊下滑過程中機械能守恒,內(nèi)能不變;斜面粗糙,木塊下滑時要克服摩擦力做功,故木塊的機械能減小,由能量守恒定律知它的內(nèi)能將增大,故D正確.
7、
7.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.氣體對外界做功
答案 C
解析 由題圖可以看出,圖線延長線過原點,所以A→B→C的變化過程為等溫過程,內(nèi)能不變.因為在此過程中,氣體體積是變小的,所以,外界對氣體做功,又因為氣體內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律可知:氣體向外界放熱.
8.如圖4所示,水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分,隔板可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動,右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲.氣缸壁和隔板均絕熱.初始時隔板靜止,左、右兩邊氣體溫度相等.現(xiàn)給電熱絲提供
8、一較弱電流,通電一段時間后切斷電源.當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達到平衡時,與初始狀態(tài)相比( )
圖4
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,壓強增大,選項B、C正確,選項A錯誤.右邊氣體內(nèi)能的增加量為電熱絲產(chǎn)生的熱量減去對左邊的氣體所做的功,選項D錯誤.
9.如圖5所示,密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為
9、真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計,置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,彈簧被壓縮后用繩扎緊(繩未畫出),此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零),現(xiàn)繩突然斷開,彈簧推動活塞向上運動,經(jīng)過多次往復(fù)運動后活塞靜止,氣體達到平衡狀態(tài).經(jīng)過此過程( )
圖5
A.Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能
B.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能
C.Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能
D.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能
答案 D
解析 彈簧靜止后仍有彈性勢能,最后活塞重心升高
10、,重力勢能增加,由于氣體的體積變小,活塞對氣體做了功,氣體內(nèi)能增加.故正確答案為D.
10.我國神九航天員的漫步太空已成為現(xiàn)實.神九航天員漫步太空,此舉震撼世界,意義重大無比.其中,飛船在航天員出艙前先要“減壓”,在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”,因此飛船將此設(shè)施專門做成了一個艙,叫“氣閘艙”,其原理如圖6所示,兩個相通的艙A、B間裝有閥門K,指令艙A中充滿氣體,氣閘艙B內(nèi)為真空,整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換.打開閥門K后,A中的氣體進入B中,最終達到平衡,則( )
圖6
A.氣體體積膨脹,對外做功
B.氣體分子勢能減少,內(nèi)能增加
C.體積變大,溫度降低
D.B中氣體不可
11、能自發(fā)地全部退回到A中
答案 D
解析 當(dāng)閥門K被打開時,A中的氣體進入B中,由于B中為真空,所以A中的氣體不會做功,則A錯誤;又因為系統(tǒng)與外界無熱交換,所以氣體內(nèi)能不變,則氣體的溫度也不變,則B、C錯誤;由熱力學(xué)第二定律知,真空中氣體膨脹具有方向性,在無外界作用時,B中氣體不能自發(fā)地全部退回到A中.故D正確.
二、填空題(本題共2小題,共14分)
11.(6分)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中,溫度保持不變,外界做了24 kJ的功.現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底,若在此過程中,瓶中空氣的質(zhì)量保持不變,且放出了5 kJ的熱量.在上述兩個過程中,空氣的內(nèi)能共減小________kJ,空氣_
12、_________(填“吸收”或“放出”)的總熱量為________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程中并不改變空氣的內(nèi)能,只有潛入海底過程才改變內(nèi)能,所以兩個過程中,空氣的內(nèi)能共減小5 kJ,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,知Q=-29 kJ,故空氣放出的總熱量為29 kJ.
12.(8分)一定質(zhì)量的理想氣體,狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖7所示的p-V圖描述,圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量.
圖7
(1)氣體狀態(tài)從A到B是________(填“等容”“等壓”或“等溫”)過程;
(2)氣體狀態(tài)從B到C
13、的變化過程中,氣體的溫度________(填“升高”“不變”或“降低”);
(3)氣體狀態(tài)從C到D的變化過程中,氣體________(填“吸熱”或“放熱”)
(4)氣體狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中,氣體對外界所做的總功為________________________.
答案 (1)等壓 (2)降低 (3)放熱 (4)p2(V3-V1)-p1(V3-V2)
解析 (1)從A到B壓強不變,所以是等壓過程.
(2)從B到C為等容過程,由查理定律=可知溫度降低.
(3)從C到D為等壓壓縮過程,體積減小,溫度降低,因此外界對氣體做功,內(nèi)能減?。蔁崃W(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,氣體放出
14、熱量.
(4)從A到B過程體積增大,氣體對外界做功W1=p2(V3-V1).從B到C過程體積不變,不做功.從C到D,外界對氣體做功W2=p1(V3-V2),所以從A→B→C→D過程中,氣體對外界所做的總功W=W1-W2=p2(V3-V1)-p1(V3-V2).
三、計算題(本題共4小題,共46分)
13.(8分)氣缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量、壓強為P=1.0105 Pa、體積為V=2.0 m3的理想氣體,現(xiàn)使氣體保持壓強不變,體積緩慢壓縮至V′=1.0 m3,此過程氣體向外界釋放了Q=1.2105 J的熱量,則:
(1)壓縮過程外界對氣體做了多少功?
(2)氣體內(nèi)能變化了多少?
答案 10
15、5 -2104
解析 封閉氣體做等壓變化的壓強為P
外界對氣體做功:
W=FS=PSΔh=PΔv
解得:W=105 J
由熱力學(xué)第一定律得,氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能的變化:
ΔU=Q+W=-1.2105+105 J=-2104 J
14.(12分)如圖8所示,為一氣缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量的氣體的p-V圖線,當(dāng)該系統(tǒng)從狀態(tài)a沿過程a→c→b到達狀態(tài)b時,有335 J熱量傳入系統(tǒng),系統(tǒng)對外界做功126 J.求:
圖8
(1)若沿a→d→b過程,系統(tǒng)對外做功42 J,則有多少熱量傳入系統(tǒng)?
(2)若系統(tǒng)由狀態(tài)b沿曲線過程返回狀態(tài)a的過程中,外界對系統(tǒng)做功84 J,則系統(tǒng)是吸熱還是放熱?傳遞
16、的熱量是多少?
答案 (1)251 J (2)放熱 293 J
解析 (1)由熱力學(xué)第一定律可得a→c→b過程系統(tǒng)增加的內(nèi)能ΔU=W+Q=(-126+335) J=209 J,由a→d→b過程有ΔU=W′+Q′
得Q′=ΔU-W′=[209-(-42)] J=251 J,為正,即有251 J的熱量傳入系統(tǒng).
(2)由題意知系統(tǒng)由b→a過程內(nèi)能的增量
ΔU′=-ΔU=-209 J
根據(jù)熱力學(xué)第一定律有Q″=ΔU′-W″=(-209-84) J=-293 J
負(fù)號說明系統(tǒng)放出熱量,熱量傳遞為293 J.
15.(12分)如圖9所示,一導(dǎo)熱氣缸放在水平面上,其內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想
17、氣體.活塞通過滑輪組與一重物連接,并保持平衡.已知氣缸高度為h,開始活塞在氣缸中央,初始溫度為t攝氏度,活塞面積為S,大氣壓強為p0,物體重力為G,活塞質(zhì)量及一切摩擦不計.緩慢升高環(huán)境溫度,使活塞上升Δx,封閉氣體吸收了Q的熱量.(活塞、氣缸底的厚度不計,且氣缸始終未離開地面)求:
圖9
(1)環(huán)境溫度升高了多少度?
(2)氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少?
答案 (1)(273.15+t)
(2)氣體內(nèi)能增加 Q-(p0S-G)Δx
解析 (1)活塞緩慢移動,任意時刻都處于平衡狀態(tài),故氣體做等壓變化,由蓋—呂薩克定律可知:
=,得ΔT=(273.15+t).
(2)設(shè)氣缸內(nèi)
18、氣體壓強為p,由平衡條件得:pS=p0S-G,
封閉氣體對外做功W=pSΔx=(p0S-G)Δx,
由熱力學(xué)第一定律得:ΔU=Q+(-W)=Q-(p0S-G)Δx.
由于氣體的溫度升高,其內(nèi)能增加.
16.(14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)氣體壓強達到一定值時,氣體就把壓力閥頂起.假定在壓力閥被頂起時,停止加熱.
圖10
(1)假定在一次放氣過程中,鍋內(nèi)氣體對壓力閥及外界做功1 J,并向外界釋放了2 J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p隨海拔高度H的變化滿足p=p0(1-αH),其中
19、常數(shù)α>0.結(jié)合氣體實驗定律定性分析在不同的海拔高度使用壓力鍋,當(dāng)壓力閥被頂起時鍋內(nèi)氣體的溫度有何不同.
答案 (1)減少 3 J (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,氣體對外做功,W=-1 J;向外放熱,熱量為負(fù),Q=-2 J.
則有:ΔU=W+Q=-3 J,負(fù)號表示內(nèi)能減少.
鍋內(nèi)氣體內(nèi)能減少,減少了3 J.
(2)由p=p0(1-αH)(其中α>0),隨著海拔高度的增加,大氣壓強減??;
由p1=p+=p0(1-αH)+,隨著海拔高度的增加,閥門被頂起時鍋內(nèi)氣體壓強減小;
根據(jù)查理定律=可知,閥門被頂起時鍋內(nèi)氣體溫度隨著海拔高度的增加而降低.
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