階段驗(yàn)收評(píng)估（四）熱力學(xué)定律(時(shí)間：50分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分，第1～5小題中只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，第6～8小題中有多個(gè)選項(xiàng)符合題意，全選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)1．某校中學(xué)生參加電視臺(tái)“異想天開”節(jié)目的活動(dòng)，他們提出了下列四個(gè)設(shè)想方案，從理論上講可行的是()A．制作一個(gè)裝置從海水中吸收內(nèi)能全部用來做功B．制作一種制冷設(shè)備，使溫度降至絕對零度以下C．汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣，想辦法使它們自發(fā)地分離，既清潔了空氣，又變廢為寶D．將房屋頂蓋上太陽能板，可直接用太陽能來解決照明和熱水問題解析：選D根據(jù)熱力學(xué)第二定律知道，在不產(chǎn)生其他影響時(shí)，內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此從海水中吸收內(nèi)能全部用來做功而不產(chǎn)生其他影響是不可能實(shí)現(xiàn)的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；絕對零度是溫度的極值，是不能達(dá)到的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；有害氣體和空氣不可能自發(fā)地分離，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；利用太陽能最有前途的領(lǐng)域是通過太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能再加以利用，選項(xiàng)D正確。2．下列說法中正確的是()A．物體吸熱后溫度一定升高B．物體溫度升高，內(nèi)能一定增加C．0℃的冰融化為0℃的水的過程中內(nèi)能不變D．100℃的水變?yōu)?00℃的水汽的過程中內(nèi)能增大解析：選D物體吸收熱量溫度不一定升高，A錯(cuò)誤；物體溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，若分子勢能減小，物體的內(nèi)能可能減小或不變，B錯(cuò)誤；0℃的冰融化成0℃的水的過程中吸熱，內(nèi)能增加，C錯(cuò)誤；100℃的水變成100℃的水汽過程中吸熱，內(nèi)能增大，D正確。3.A、B兩裝置，均由一支一端封閉，一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中(插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi))，水銀柱上升至如圖所示位置停止，假設(shè)這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法中正確的是()A．A中水銀的內(nèi)能增量大于B中水銀的內(nèi)能增量B．B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量C．A和B中水銀體積保持不變，故內(nèi)能增量相同D．A和B中水銀溫度始終相同，故內(nèi)能增量相同解析：選B外界大氣壓力對水銀做功，使水銀進(jìn)入試管內(nèi)，兩裝置將同樣多的水銀壓入管中，故大氣壓力做功是相同的，這些功一部分增加了水銀的重力勢能，另一部分增加了水銀的內(nèi)能。由于A管中水銀重心高，增加的重力勢能大，故A管中水銀內(nèi)能的增量小。4.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過程A→B、等容過程B→C、等溫過程C→A又回到了狀態(tài)A，則()A．A→B過程氣體降溫B．B→C過程氣體內(nèi)能增加，可能外界對氣體做了功C．C→A過程氣體吸熱D．全部過程氣體做功為零解析：選AA→B過程氣體絕熱膨脹，氣體對外界做功，其對應(yīng)的內(nèi)能必定減小，即氣體溫度降低，A正確；B→C過程氣體等容升壓，由eq\f(p,T)＝恒量可知，氣體溫度升高，其對應(yīng)的內(nèi)能增加，因氣體體積不變，做功W＝0，B錯(cuò)誤；C→A過程氣體等溫壓縮，故內(nèi)能變化為零，但外界對氣體做功，因此該過程中氣體放熱，C錯(cuò)誤；A→B過程氣體對外做功，其數(shù)值等于AB線與橫軸包圍的面積，B→C過程氣體不做功，C→A過程外界對氣體做功，其數(shù)值等于CA線與橫軸包圍的面積，顯然全過程外界對氣體做的凈功為ABC封閉曲線包圍的面積，D錯(cuò)誤。5．下列說法中正確的是()A．任何物體的內(nèi)能就是組成該物體的所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和B．只要對內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的方式上是不同的D．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進(jìn)行解析：選C內(nèi)能的改變有兩種方式：做功是不同形式的能間的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是同種能間的轉(zhuǎn)移，故C項(xiàng)正確。內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢能之和，故A項(xiàng)錯(cuò)。由熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，且一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是有方向性的，故B、D均錯(cuò)。6．關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是()A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B．氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減少C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少解析：選AD如果氣體等溫膨脹，則氣體的內(nèi)能不變，吸收的熱量全部用來對外做功，A正確；當(dāng)氣體體積增大時(shí)，對外做功，若同時(shí)吸收熱量，且吸收的熱量大于或等于對外做功的數(shù)值時(shí)，內(nèi)能不會(huì)減少，所以B錯(cuò)誤；若氣體吸收熱量同時(shí)對外做功，其內(nèi)能也不一定增加，C錯(cuò)誤；若外界對氣體做功同時(shí)氣體向外放出熱量且放出的熱量多于外界對氣體所做的功，則氣體內(nèi)能減少，所以D正確。7．下列關(guān)于熵的說法中正確的是()A．熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度B．在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過程熵總是向減小的方向進(jìn)行C．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵的增加，因此熱力學(xué)第二定律又叫熵增加原理D．熵值越大，代表系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)越無序解析：選ACD熱力學(xué)第二定律表明，一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行的。例如，功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崾菣C(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化。8.(2016·海南高考)一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過程1或者過程2到達(dá)狀態(tài)N，其p-V圖像如圖所示。在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化。對于這兩個(gè)過程，下列說法正確的是()A．氣體經(jīng)歷過程1，其溫度降低B．氣體經(jīng)歷過程1，其內(nèi)能減小C．氣體在過程2中一直對外放熱D．氣體在過程2中一直對外做功E．氣體經(jīng)歷過程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過程2的相同解析：選ABE氣體經(jīng)歷過程1，壓強(qiáng)減小，體積變大，膨脹對外做功，內(nèi)能減小，故溫度降低，選項(xiàng)A、B正確。氣體在過程2中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，則開始時(shí)，氣體體積不變，壓強(qiáng)減小，則溫度降低，對外放熱；然后壓強(qiáng)不變，體積變大，膨脹對外做功，則溫度升高，吸熱，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；無論是經(jīng)過過程1還是過程2，初、末狀態(tài)相同，故內(nèi)能改變量相同，選項(xiàng)E正確。二、計(jì)算題(共3小題，共52分)9．(14分)圖中A、B汽缸的長度和截面積分別為30cm和20cm2，C是可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)的、體積不計(jì)的活塞，D為閥門。整個(gè)裝置均由導(dǎo)熱材料制成。起初閥門關(guān)閉，A內(nèi)有壓強(qiáng)pA＝2.0×105Pa的氮?dú)狻內(nèi)有壓強(qiáng)pB＝1.0×105Pa的氧氣。閥門打開后，活塞C向右移動(dòng)，最后達(dá)到平衡。(1)求活塞C移動(dòng)的距離及平衡后B中氣體的壓強(qiáng)；(2)活塞C移動(dòng)過程中A中氣體是吸熱還是放熱？簡要說明理由。(假定氧氣和氮?dú)饩鶠槔硐霘怏w，連接汽缸的管道體積可忽略)解析：(1)由玻意耳定律：對A部分氣體有：pALS＝p(L＋x)S，對B部分氣體有：pBLS＝p(L－x)S，代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得：x＝10cm，p＝1.5×105Pa。(2)活塞C向右移動(dòng)的過程中A中氣體對外做功，而氣體發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律W＋Q＝ΔU知Q＞0，故A中氣體從外界吸熱。答案：(1)10cm1.5×105Pa(2)吸熱理由見解析10.(18分)風(fēng)能是一種環(huán)保型能源。我國風(fēng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣，新疆維吾爾自治區(qū)擁有得天獨(dú)厚的風(fēng)能資源。新疆擁有達(dá)坂城、小草湖、塔城老風(fēng)口、額爾齊斯河谷、羅布泊等九大風(fēng)區(qū)，可開發(fā)利用的風(fēng)區(qū)總面積為15萬平方千米，可裝機(jī)容量總計(jì)在8000萬千瓦以上。目前我國風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量已達(dá)2640MW。據(jù)勘測我國的風(fēng)力資源至少有2.53×105MW，所以風(fēng)力發(fā)電是很有前途的一種能源。如圖所示，風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。已知物體的動(dòng)能與質(zhì)量、速度的關(guān)系式為Ek＝eq\f(1,2)mv2。設(shè)空氣的密度為ρ，水平風(fēng)速為v，風(fēng)力發(fā)電機(jī)每個(gè)葉片長為L，設(shè)通過葉片旋轉(zhuǎn)所圍成的圓面積內(nèi)的所有風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η。求：(1)該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率P的數(shù)學(xué)表達(dá)式。(2)若某地平均風(fēng)速v＝10m/s，所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長L＝4m，空氣密度ρ＝1.3kg/m3，效率η＝25%，每天平均發(fā)電20h，則每天能獲得多少電能？解析：(1)葉片旋轉(zhuǎn)所形成的圓面積為S＝πL2，t秒內(nèi)流過該圓面積的風(fēng)柱體的體積V＝Svt＝πL2vt，風(fēng)柱體的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)ρπL2v3t，轉(zhuǎn)化成的電能E＝ηEk＝eq\f(1,2)ηρπL2v3t，發(fā)出的電功率P＝eq\f(E,t)＝eq\f(1,2)ηρπL2v3。(2)將已知數(shù)據(jù)代入可求得每天獲得的電能E＝Pt＝eq\f(1,2)×25%×1.3×3.14×42×103×20×3600J≈5.88×108J。答案：(1)P＝eq\f(1,2)ηρπL2v3(2)5.88×108J11.(20分)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)。這就是著名的“卡諾循環(huán)”。(1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________。A．A→B過程中，外界對氣體做功B．B→C過程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大C．C→D過程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化(2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是________(選填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)。若氣體在A→B過程中吸收63kJ的熱量，在C→D過程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對外做的功為________kJ。(3)若該循環(huán)過程中的氣體為1mol，氣體在A狀態(tài)時(shí)的體積為10L，在B狀態(tài)時(shí)壓強(qiáng)為A狀態(tài)時(shí)的eq\f(2,3)。求氣體在B狀態(tài)時(shí)單位體積內(nèi)的分子數(shù)。(已知阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1，計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)解析：(1)A→B過程中，氣體溫度不變，內(nèi)能不變，氣體體積變大，氣體對外界做功，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B→C過程中，氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減少，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C→D過程中，氣體溫度不變，分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度不變，體積減小，單位體積內(nèi)的分子個(gè)數(shù)增加，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，選項(xiàng)C正確；D→A過程中，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大，溫度升高，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。(2)A→B、C→D都是等溫過程，內(nèi)能不變，B→C為絕熱膨脹，Q＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＜0，內(nèi)能減小，D→A為絕熱壓縮，同理內(nèi)能增加，故選“B→C”。由熱力學(xué)第一定律：W＋Q1＋Q2＝ΔUW＝ΔU－