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第十章水平测试本试卷分第Ⅰ卷选择题和第Ⅱ卷非选择题两部分满分120分,考试时间90分钟第Ⅰ卷选择题,共50分
一、选择题本题共10小题,每小题5分,共50分第1~6题只有一个选项符合题目要求,第7~10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得5分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分
1.关于热力学定律,下列说法正确的是 A.在一定条件下物体的温度可以降到0KB.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C.吸收了热量的物体,其内能一定增加D.压缩气体总能使气体的温度升高答案 B解析 绝对零度只能无限趋近,永远无法达到,A错误;物体从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功,只不过会引起其他变化,B正确;内能的变化决定于做功和热传递两个方面,单纯吸收热量或者对物体做功物体的内能都不一定增加,温度也不一定升高,C、D错误
2.在功与热的转变过程中,下列叙述中不正确的是 A.不可能制成一种循环运作的热机,它只从一个热源吸取热量,使之完全变为有用功,而不发生任何其他变化B.热机的效率恒小于1C.功可以完全变成热能,而热能不能完全变为功D.绝热过程对外做正功,则系统的内能必减小答案 C解析 由热力学第二定律的两种表述可知,功和热在转变过程中不是单一的,总要引起其他变化,如向低温热源放热等,A项显然与热力学第二定律相符合,A正确;热机的效率不可能等于1,反映了热机的特性,B项正确;C项中没有附加条件,是不正确的;由ΔU=Q+W知Q=0,对外做功W0,则ΔU0,系统内能必减小,D正确
3.河面水温高于河底温度,一个气泡从河底加速上升到水面,在这一过程中,气泡内空气质量不变,气泡内吸热为Q,内能增加为ΔU,则 A.重力对气泡做负功,ΔUQB.浮力对气泡做正功,QΔUC.合力对气泡做正功,QΔUD.气体膨胀对外做功,QΔU答案 D解析 根据热力学第一定律ΔU=Q+W,即Q=ΔU-W因为上升时气泡膨胀对外做功W0,所以QΔU,故选D
4.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体 A.对外做正功,分子的平均动能减小B.对外做正功,内能增大C.对外做负功,分子的平均动能增大D.对外做负功,内能减小答案 A解析 汽缸内气体膨胀时其向外推动活塞做正功,C、D两项均错误;因缸内气体与外界无热交换,根据热力学第一定律可知气体内能减小,故B项错误;忽略气体分子间作用力时,气体的内能就是所有分子的动能之和密闭气体的状态变化时分子的总数不变,所以气体的内能减小时分子的平均动能减小,答案为A5.如图所示,圆柱形容器封有一定质量的空气,质量为m的光滑活塞C和容器都用良好的隔热材料制成,另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B,在这一过程中,空气内能的改变量ΔU,外界对空气做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系为 A.Mgh+mgΔh=ΔU+WB.ΔU=W=Mgh+mgΔhC.ΔU=WMgh+mgΔhD.W=Mgh+mgΔh≠ΔU答案 C解析 物体与活塞碰撞过程中要损失一部分机械能,因为活塞、容器都是绝热的,不存在与外界热交换,故选C
6.飞机在万米高空飞行的时候,舱外气温往往在-50℃以下在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象,叫做气团气团直径可达几千米,由于气团很大,边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响,可以忽略,高空气团温度很低的原因可能是 A.地面的气团上升到高空的过程中膨胀,同时对外放热,使气团自身温度降低B.地面的气团上升到高空的过程中收缩,同时从周围吸收热量,使周围温度降低C.地面的气团上升到高空的过程中膨胀,气团对外做功,气团内能大量减少,气团温度降低D.地面的气团上升到高空的过程中收缩,外界对气团做功,故周围温度降低答案 C解析 由热力学第一定律,物体的内能的变化ΔU与做功W和热传递Q有关,满足ΔU=W+Q,气团在上升的过程中,气体不断膨胀,气体对外做功,又由于气团很大,其边缘与外界的热传递作用可忽略,因而内能不断减小,所以气团的温度会很低
7.关于一定质量的气体,下列叙述正确的是 A.气体吸收的热量可以完全转化为功B.气体体积增大时,其内能一定减少C.气体从外界吸收热量,其内能一定增加D.外界对气体做功,气体内能可能减少答案 AD解析 由热力学第二定律知吸收的热量不能自发地全部转化为功,但通过其他方法可以全部转化为功,故A正确;气体体积增大,对外做功,若同时伴随着吸热,其内能不一定减少,B错误;气体从外界吸热,若同时伴随着对外做功,其内能不一定增加,C错误;外界对气体做功,同时气体放热,其内能可能减少,D正确
8.下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 A.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D.在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小答案 AD解析 系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化,从微观角度看,热力学第二定律是一个统计规律,A正确热力学第二定律的微观意义是“一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行,即在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小”,B、C均错误,D正确
9.对于一定质量的理想气体,在下列各种过程中,可能发生的过程是 A.气体膨胀对外做功,温度升高B.气体吸热,温度降低C.气体放热,压强增大D.气体放热,温度不变答案 ABCD解析 A过程中,气体膨胀对外做功W0,气体温度升高ΔU0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,说明只要气体吸收足够的热量,A过程可以发生;B过程中,气体吸热Q0,温度降低ΔU0,根据热力学第一定律,若气体对外界做适量的功,B过程也可以发生;C过程中,气体压强增大且气体在放热,外界必须压缩气体对气体做功才能实现这种情况,故Q0,W0,根据热力学第一定律,C过程可以发生;D过程中,气体放热Q0,温度不变ΔU=0,根据热力学第一定律,只要外界对气体做适量的功,D过程可以发生10.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自状态A变化到状态B时 A.体积必然变大B.有可能经过体积减小的过程C.外界必然对气体做正功D.气体必然从外界吸热答案 ABD解析 在pT图象中,等容线为过原点的倾斜直线,且斜率越大,体积越小,即VAVB,A正确中间过程不确定,B正确;从A变化到B,体积增大,气体对外做功W0,C错误;由题图可看出TATB,即内能增加,ΔU0由热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q0,D正确第Ⅱ卷非选择题,共70分
二、填空题本题共3小题,每小题6分,共18分把答案直接填在横线上
11.如图所示,内壁光滑的汽缸水平放置,一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内,外界大气压强为p0现对汽缸缓慢加热,气体吸收热量Q后,体积由V1增大为V2则在此过程中,气体分子平均动能________选填“增大”“不变”或“减小”,气体内能变化了________________答案 增大 Q-p0V2-V1解析 气体等压膨胀,由=C可知T增大,所以气体分子平均动能增大由热力学第一定律可得ΔU=Q-p0V2-V
112.有人设想让丰富的海水温度降低
0.1℃,把所放出的能量应用于生产,它相当于1800万个功率均为100万千瓦的电站一年的发电量,这是一件既经济又没有环境污染的事情,但它违背了______________,属于________永动机答案 热力学第二定律 第二类解析 尽管没有违背能量守恒定律,但是违背了热力学第二定律,属于第二类永动机不可能把内能全部转化为机械能,而不引起其他变化,所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性
13.一个截面积为S的圆形绝热容器装有质量为m的水已知水的比热容为c,水的温度为t1,在阳光下照射时间T后,温度升高到t2,若照射时阳光与水平方向的夹角为α,则可估算出太阳光垂直照射时单位面积热辐射的功率为____________答案 解析 水吸收的热量Q=cmt2-t1,设照射容器的太阳光能量为E,使水升温的能量则为Esinα=Q垂直照射单位面积的热辐射功率为P=联立可得P=
三、论述、计算题本题共4小题,共52分解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤只写出最后答案的不能得分有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位
14.10分如图所示,绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分,S与汽缸壁的接触是光滑的两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b,气体分子之间相互作用可忽略不计,现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后,a、b各自达到新的平衡状态,试分析a、b两部分气体与初状态相比,体积、压强、温度、内能各如何变化?答案 见解析解析 汽缸和隔板绝热,电热丝对气体a加热,a温度升高,体积增大、压强增大,内能增大;a对b做功,b的体积减小,温度升高,压强增大,内能增大
15.12分压强为1个标准大气压
1.013×105Pa,1mol的水在100℃时变成同温度的水蒸气,问它的内能增加了多少?已知在此压强和温度下,水和水蒸气的摩尔体积分别为
18.8cm3/mol、
3.01×104cm3/mol,水的汽化热L=
4.06×104J/mol答案
3.76×104J解析 水的汽化是等温、等压的变化过程,可想象为水从热库缓慢吸热汽化,水汽缓慢地推动活塞移动对外做功则1mol水变为同温度和同压强的水汽过程中,水从热库吸热Q=ML=1×
4.06×104J=
4.06×104J,水汽对外做功W=pV汽-V水=
1.013×105×
3.01×104-
18.8×10-6J≈
3.05×103J,系统变化过程前、后的内能增量ΔU=Q-W=
4.06×104-
3.05×103J≈
3.76×104J
16.12分一个质量为2kg的木块静止在光滑水平面上,一颗质量为20g的子弹以600m/s的速度水平射入木块,穿出后的速度变为200m/s这一过程中系统损失的机械能60%转化为子弹的内能已知子弹的比热容为400J/kg·℃,求子弹升高的温度答案 239℃解析 由动量守恒定律有mv0=mv1+Mv,代入数据解得v=4m/s损失的机械能为ΔE=mv-mv-Mv2=J=3184JΔE×60%=cmΔt,Δt=×60%≈239℃
17.18分氢气燃料汽车,氢在发动机内燃烧过程中,只会排出水蒸气而无其他废气排出,因此不会产生温室效应,是环保汽车每摩尔氢气燃烧后生成水蒸气并放出
2.858×104J的热量有一辆氢气燃料汽车质量为6×103kg,阻力是车重的
0.05倍,最大输出功率为60kW,问1汽车以加速度a=
0.5m/s2从静止匀加速启动,这个加速过程能持续多少时间?2最大行驶速度为多少?3若此车以最大速度行驶300km,发动机效率为50%,则需要多少氢气做燃料?答案 120s 220m/s 3126kg解析 1汽车加速启动有⇒t==20s2当牵引力等于阻力时,行驶速度最大为v==20m/s3汽车的牵引力F=Ff=
0.05mg=3×103N,汽车的有用功W=F·s=9×108J,汽车所做的总功W总==
1.8×109J所以需要氢气做燃料的质量为MH2=kg≈126kg。