2021学年第3章 热力学定律本章综合与测试当堂达标检测题

第3章　热力学定律

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易混易错练

易错点1　不能正确理解改变内能的两种方式的等效性

1.()关于物体的内能,下列说法正确的是(　　)

A.不通过做功的过程,机械能也能转化为内能

B.不通过做功的过程,内能也可从一个物体传递给另一个物体

C.若物体不发生热传递,则物体内能总保持不变

D.外力对物体做1 J的功,物体就一定增加1 J的内能

2.()(多选)关于物体内能的变化情况,下列说法中正确的是(　　)

A.吸热的物体,其内能一定增加

B.体积膨胀的物体,其内能一定减少

C.放热的物体,其内能也可能增加

D.绝热压缩的物体,其内能一定增加

3.()当物体的内能增加时,下列说法正确的是(　　)

A.物体一定吸收了热量

B.外界一定对物体做了功

C.不可能是物体放出热量,同时对外做功

D.不可能是物体放出热量,同时外界对物体做功

4.()(多选)下列说法中正确的是(　　)

A.做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程:做功使物体的内能改变,是其他形式的能和内能之间的转化;热传递则不同,它是物体内能的转移

B.外界对物体做功,物体的内能一定增大

C.物体向外界放热,物体的内能一定增大

D.热量是在热传递中,从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移的内能的多少

易错点2　不能正确应用热力学定律

5.()气体膨胀对外做功100 J,同时从外界吸收了120 J的热量,它的内能的变化是(　　)

A.减小20 J B.增大20 J

C.减小220 J D.增大220 J

6.()一定质量的理想气体在某一过程中,从外界吸收的热量为 2.5×104 J,气体对外界做的功为1.0×104 J,则该理想气体的(　　)

A.温度降低,密度增大 

B.温度降低,密度减小

C.温度升高,密度增大 

D.温度升高,密度减小

7.()下列叙述中正确的是(　　)

A.对一定质量的气体加热,其内能可能减小

B.在任何系统中,一切过程都朝着熵增加的方向进行

C.物体的温度升高,分子热运动变得剧烈,每个分子动能都增大

D.根据热力学第二定律可知,热量能够从高温物体传到低温物体,但不可能从低温物体传到高温物体

8.()一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C,其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃。求:

(1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少摄氏度?

(2)该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少?

思想方法练

思想方法一　守恒思想的应用

1.()(多选)下列设想符合能量守恒定律的是(　　)

A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器

B.做成一条船利用河水的能量逆水航行

C.通过太阳照射飞机使飞机起飞

D.不用任何燃料使河水升温

2.()如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能转动较长时间,下列说法正确的是(　　)

A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量

B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高

D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

3.()下列说法正确的是(　　)

A.随着科技的发展,第一类永动机是可能制成的

B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了

C.“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的

D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量是可能凭空产生的

思想方法二　数形结合思想的应用

4.()如图所示,A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态,当气体从状态A变化到状态B时(　　)

A.气体内能一定增加 B.气体压强变大

C.气体对外界做功 D.气体对外界放热

5.()(多选)如图所示,在一定质量的理想气体压强随体积变化的p-V图像中,气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程,其中ab垂直于cd,ab垂直于V轴且与p轴平行,bc、da是两条等温线。下列判断正确的是(　　)

A.气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度

B.从a→b的过程,气体分子密集程度不变,分子平均动能增加

C.从a→b→c的过程,气体密度不断减小,温度先升高后不变

D.从c→d的过程,气体放出的热量大于外界对气体做的功

E.从a→b→c→d的过程,设气体对外做功为W1,外界对气体做功为W2,气体吸热为Q1,放热为Q2,则W1-W2<Q1-Q2

6.()一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d,其体积V与热力学温度T的关系如图所示,O、a、d三点在同一直线上,ab和cd平行于横轴,bc平行于纵轴,则由状态a变到状态b的过程中,气体　　　　(选填“吸收”或“放出”)热量,气体分子的平均动能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”);从状态b到c,气体对外做功,内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”);从状态c到d,气体密度　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”);从状态a到d,气体内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 

7.()如图所示,一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105 Pa,经历A→B→C→A的过程,整个过程中对外界放出61.4 J热量。求该气体在A→B过程中对外界所做的功。

答案全解全析

第3章　热力学定律

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易混易错练

1.B　做功和热传递都可以改变物体的内能,做功的过程是能量的转化过程,热传递是能量的转移,B正确。

2.CD　改变物体的内能有做功和热传递两种方式,物体吸热,同时对外做功,内能不一定增加,A项错误;物体体积膨胀对外做功,若物体同时吸热,内能不一定减少,B项错误;物体放热,同时外界对物体做功,其内能可能增加,C项正确;物体绝热压缩,外界对物体做功,且物体不发生热传递,其内能一定增加,故选C、D两项。

3.C　做功和热传递是改变内能的两种方式,外界对物体做功会使物体内能增加,反之内能减少,物体吸收热量也会使内能增加,反之内能减少,所以物体内能是否增加应看做功和热传递的总效果,故答案为C。

4.AD　做功和热传递改变物体内能的本质不同,因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程,而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移,故A选项正确;物体内能的变化取决于做功和热传递两种途径,单就一个方面不足以断定其内能的变化,故B、C错误;热量表示在热传递中转移内能的多少,D选项正确。

5.B　研究对象为气体,外界对气体做功W=-100 J,吸收热量Q=120 J,由热力学第一定律有ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J,ΔU>0,说明气体的内能增加20 J,故选B。

6.D　由ΔU=W+Q可得,理想气体内能变化为:ΔU=-1.0×104 J+2.5×104 J=1.5×104 J>0,故气体温度升高,A、B两项均错。因为气体对外做功,所以气体体积变大,由ρ=可知气体密度变小,故C项错误,D项正确。

7.A　对一定质量的气体,内能的变化既与热传递有关又与做功有关,对气体加热,气体的内能可能减小,A项正确;系统总是自发地朝着熵增加的方向进行,B项错误;温度升高,分子的平均动能增大,但每个分子的动能不一定都增大,C项错误;热量在一定条件下可以从低温物体传到高温物体,D项错误。

8.答案 (1)-173 ℃　27 ℃　(2)吸收热量　2 000 J

解析　 (1)由题图可知,从A到B是等容变化,则根据=,

解得TB=TA=×(273+27) K=100 K=-173 ℃;

从B到C是等压变化,则根据=,

解得TC=TB=×100 K=300 K=27 ℃。

(2)从A到C,对状态A与C,因TA=TC,故气体内能不变,ΔU=0;因VA<VC,气体对外做功,W<0,根据ΔU=W+Q可知,气体吸热;

因W=pBCΔVBC=1×105×(3-1)×10-2 J=2 000 J,

则气体吸收的热量Q=W=2 000 J。

思想方法练

1.BCD　利用磁场可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能,但由于摩擦的不可避免性,动能最终会转化为内能,使转动停止,故A项错误;让船先静止在水中,设计一台水力发电机使船获得足够电能,然后把电能转化为船的动能使船逆水航行,同理可使光能转化为飞机的动能,实现飞机起飞,故B、C正确。设计水坝利用河水的重力势能发电,电能可转化为内能使水升温,另外,重力势能还可以通过水轮机叶片转化为水的内能使水升温,故D项正确。

2.D　形状记忆合金进入水中后受热,形状发生改变而搅动热水,由能量守恒知,能量来源于热水,热水温度会降低,故A、B、C三项错误;由能量守恒知,叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能,一部分释放于空气中,故D项正确。

3.C　第一类永动机违背了能量守恒定律,故永远无法制成,A项错误;太阳照射到宇宙空间的能量均能转化成其他形式的能量,B项错误;马儿奔跑时需要消耗能量,故“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的,C项正确;不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动的“全自动”手表是依靠手臂的摆动而自动上弦的,它的能量不是凭空产生的,D项错误。

4.C　由题图可知,理想气体的变化为等温膨胀,气体压强减小,内能不变,气体对外做功,由热力学第一定律可知,气体一定从外界吸收热量。综上可知,C项对,A、B、D项错。

5.ABD　根据题图可知,气体在状态a和状态b时体积相同,气体的压强越大,温度越高,故状态b的温度比状态a的温度高,又bc为等温线,所以状态c的温度比状态a的温度高,A正确。气体在状态a和状态b时体积相同,故分子密集程度不变,状态b的压强大,温度高,分子平均动能更大,B正确。由c到d,气体体积减小,外界对气体做正功,且温度降低,内能减小,由热力学第一定律可得D正确。从a到b,气体体积不变,密度不变,从b到c,气体体积变大,温度不变,C错误。a、d等温,内能相等,-W1+W2+Q1-Q2=0,E错误。

6.答案　吸收　增大　不变　不变　增大

解析　由状态a变到状态b的过程中,气体体积不变,则W=0,温度升高,则气体内能增大,即ΔU>0,根据ΔU=W+Q可知Q>0,即气体吸收热量;由状态a变到状态b的过程中,气体的温度升高,则气体分子的平均动能增大;从状态b到c,气体温度不变,气体的内能不变;从状态c到d,气体体积不变,则气体的密度不变;从状态a到状态d气体温度升高,则气体的内能增大。

7.答案　138.6 J

解析　整个过程中,外界对气体做功W=WAB+WCA。

CA段发生等压变化,有WCA=pA(VC-VA)

整个过程,由热力学第一定律得ΔU=Q+W=0,

得WAB=-(Q+WCA)

将pA=2.0×105 Pa,VC=2×10-3 m3,VA=1×10-3 m3,Q=-61.4 J

代入上式解得WAB=-138.6 J

即气体在A→B过程中对外界所做的功是138.6 J。