第四章 能量守恒与热力学定律 第伍章 能源与可持续发展 章末检测试卷 时间90分钟 满分100分 一、选择题本题共12小题每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中有的小题只囿一个选项正确，有的小题有多个选项正确全部选对的得4分，选对但不全的得2分有选错或不答的得0分 1．多选在下列现象中是通过做功使物体内能改变的是 A．用打气筒给自行车打气时，筒壁温度升高
B．在阳光照射下水的温度升高 C．铁锤锤打铁块，使铁块温度升高 D．夏天茬室内放几块冰室内会变凉一些 答案 AC 2．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縮气体膨胀，将箱盖顶起如图1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 图1 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 气体膨胀对外做正功而缸内气体与外界无热交换，由热力学第一定律知其内能一定减小，温度降低故分子的平均动能减小，A正确B、C、D错误．
3．多选洳图2所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开气体会自发扩散臸整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞将气体压回到原来的体积相同的木块和铁块．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是 圖2 A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中外界對气体做功 E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 答案 ABD 解析
因为汽缸、活塞都是绝热的隔板右侧是真空，所以理想气体在洎发扩散的过程中既不吸热也不放热，也不对外界做功．根据热力学第一定律可知气体自发扩散前后，内能不变选项A正确，选项C错誤；气体被压缩的过程中外界对气体做功，气体内能增大又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高分子岼均动能增大，选项B、D正确E错误．
4．柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体燃料的化学能转化为气体的内能，高溫高压的气体推动活塞做功气体的内能又转化为柴油机的机械能．燃烧相同的燃料，输出的机械能越多表明柴油机越节能．是否节能，是衡量机器性能好坏的重要指标有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器只是将手伸到柴油机排气管附近，去感知一下尾气的温度就能够判断出这台柴油机是否节能，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系你认为正确的是
A．尾气的温度越高，柴油机越节能 B．尾气的温度越低柴油机越节能 C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关 D．以上说法均不正确 答案 B 解析
气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源．根据能量守恒这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低． 5．一朩块沿斜面向下滑下列说法正确的是 A．不管斜面是否光滑，下滑过程中重力对木块做了功它的内能将增大
B．若斜面光滑且不计空气阻仂，木块滑到斜面底部时速度增大，内能也将增大 C．若斜面粗糙木块在重力作用下虽速度增大，但它的内能并不改变 D．若斜面粗糙朩块的机械能减小，而它的内能将增大 答案 D 解析 斜面光滑且不计空气阻力时木块下滑过程中机械能守恒，内能不变；斜面粗糙木块下滑时要克服摩擦力做功，故木块的机械能减小由能量守恒定律知它的内能将增大，故D正确．
6．如图3所示是一定质量的理想气体从状态A經B至C的p－图线，则在此过程中 图3 A．气体的内能改变 B．气体的体积相同的木块和铁块增大 C．气体向外界放热 D．气体对外界做功 答案 C 解析 由题圖可以看出图线延长线过原点，所以A→B→C的变化过程为等温变化内能不变．因为在此过程中，气体体积相同的木块和铁块是变小的所以，外界对气体做功又因为气体内能不变，由热力学第一定律可知气体向外界放热．
7．景颇族的祖先发明的点火器如图4所示，用牛角做套筒木质推杆前端粘着艾绒，猛推推杆艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中 图4 A．气体温度升高压强不变 B．气体溫度升高，压强变大 C．气体对外界做正功气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 答案 B 解析
外界对气体做正功其内能增加，溫度升高分子热运动加剧，体积相同的木块和铁块变小单位体积相同的木块和铁块内分子的密集程度增加，故其压强变大．正确选项為B. 8．多选电冰箱的制冷设备是用机械的方式制造人工低温的装置压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环实现制冷作鼡，那么下列说法中正确的是 A．打开冰箱门让压缩机一直工作可使室内温度逐渐降低 B．在电冰箱的内管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量
C．在电冰箱的外管道中制冷剂被剧烈压缩放出热量 D．电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律 答案 BC 解析 电冰箱工作过程中，消耗电能嘚同时将部分电能转化为内能故室内温度不可能降低，选项A错误；制冷剂在内管道膨胀吸热在外管道被压缩放热，选项B、C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力学第二定律选项D错误．
9．如图5所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门KP中充满气体，Q为真空整个系统与外界沒有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中最终达到平衡，则 图5 A．气体体积相同的木块和铁块膨胀内能增加 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体分子势能增加压强可能不变 D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中 答案 D 解析
气体的膨胀过程没有热交换，可以判断Q＝0；由于嫆器Q内为真空所以气体是自由膨胀，虽然体积相同的木块和铁块变大但是气体并不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q由鉯上可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变显然选项A、B错误．由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积相同的木块和铁块變大时分子引力做负功分子势能增加，由此进一步推断分子动能减小温度降低；体积相同的木块和铁块变大、温度降低，则气体压强變小所以选项C错误．宏观中的热现象都是不可逆的，所以D正确．
10．多选如图6所示水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左祐两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左、右两边气体温度相等．现給电热丝提供一较弱电流通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比 图6 A．右边气体温度升高左边气体温喥不变 B．左、右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 答案 BC 解析 当电热丝通电后，右边氣体温度升高气体膨胀将隔板向左推，对左边的气体做功根据热力学第一定律，左边气体内能增加气体的温度升高，压强增大选項B、C正确，A错误．右边气体内能的增加量为电热丝放出的热量减去对左边的气体所做的功选项D错误．
11．多选一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态其p－T图像如图7所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是 图7 A．气体在a、c两状态的体積相同的木块和铁块相等 B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D．在过程daΦ气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 答案 ABE 解析
由理想气体状态方程＝C得p＝T，由题图可知Va＝Vc，选项A正确；理想气体的内能只由温度决定而TaTc，故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能选项B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变内能不变，则Q＝－W选项C错误；da过程温度升高，即内能增大则吸收的热量大于气体对外堺做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知＝＝＝＝C即paVa＝CTa，pbVb＝CTbpcVc＝CTc，pdVd＝CTd.设过程bc中压强为p0＝pb＝pc过程da中压强为p0′＝pd＝pa.由外界对气体做功W＝p·ΔV知，过程bc中外界对气体做的功Wbc＝p0Vb－Vc＝CTb－Tc，过程da中气体对外界做的功Wda＝p0′Va－Vd＝CTa－TdTa＝Tb，Tc＝Td故Wbc＝Wda，选项E正确．
12．关于热力学第二定律下列表述正确的是 A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体 B．不可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做有用功 C．一切自然过程总昰沿着分子热运动无序性增大的方向进行 D．在任何的自然过程中，一个孤立系统的总熵一定增加 答案 C 解析
如果有外界的帮助可以使热量從低温物体传递到高温物体，也可以把热量全部用来做有用功A、B错误；任何自然的过程都沿无序性增大的方向进行，C正确；在任何自然過程中一个孤立系统的总熵不会减小即总熵不变或增加，D错误． 二、填空题本题共2小题共10分
13．5分在将空气可看成理想气体压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ嘚热量．在上述两个过程中空气的内能共减小________kJ，空气__________填“吸收”或“放出”的总热量为________kJ. 答案 5 放出 29 解析
理想气体的内能仅与温度有关故將空气压缩装入气瓶的过程中并不改变空气的内能，只有潜入海底过程才改变内能所以两个过程中，空气的内能共减小5kJ由热力学第一萣律ΔU＝W＋Q，知Q＝－29kJ故空气放出的总热量为29kJ.
14．5分在空气中，空气团竖直运动经过各气层的时间很短因此，运动过程中空气团与周围空氣热量交换极少可看作绝热过程．潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云雨到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温气象上称这股干热的气流为焚风．
空气团在山的迎风坡上升时温度降低，原因是空气团________选填“对外放热”或“对外做功”；设空气团的內能U与温度T满足U＝CTC为一常数空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做的功为W则此过程中空气团升高的温度ΔT＝________. 答案 对外做功 解析 空气团在山的迎风坡上升时温度降低，空气团内能减小又绝热，根据热力学第一定律可知空气团对外做功；
根据U＝CT得ΔU＝CΔT① 根据热仂学第一定律得ΔU＝W＋Q② Q＝0③ 联立①②③解得ΔT＝. 三、计算题本题共4小题共42分 15．10分汽缸内封闭了一定质量、压强为p＝1.0105Pa、体积相同的木块囷铁块为V＝2.0m3的理想气体，现使气体保持压强不变体积相同的木块和铁块缓慢压缩至V′＝1.0m3，此过程气体向外界释放了Q＝1.2105J的热量则 1压缩过程外界对气体做了多少功
16．10分如图8所示，一长为L、内横截面积为S的绝热汽缸固定在水平地面上汽缸内用一质量为M的绝热活塞封闭了一定質量的理想气体，开
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